集成电路制造及功耗知识简介(一)：集成电路产业的发展

第一节  近年来硅基半导体制造工艺的演进

图1.  近年的半导体技术主要节点及关键技术革新

如图1所示，近60年来，半导体技术在摩尔定律的主导下大踏步向前演进，基本上每两年进化一个工艺节点，MOSFET的沟道尺寸随之不断减小。由此带来了许多好处，最主要就的就是成本的降低和功耗的降低。MOSFET密度增加导致成本降低；沟道尺寸减小意味着阈值电压减小，从而使器件可以在更低的电压下工作，有效的降低动态功耗。
但由于尺寸的缩小，栅极对沟道的控制能力在不断减弱，各种漏电效应不断增强，静态功耗越来越大，如果这些问题得不到解决，半导体技术将因为漏电严重而无法继续演进，可以说工艺演进中的技术革新主要就是为了解决尺寸缩小带来的漏电问题。最近的两次革新是引入了高K值金属栅极（HKMG）和全耗尽技术。

图2. HKMG示意

如图2所示，HKMG技术的引入有效的抑制了栅极漏电，这项技术最早由Intel在45nm引入，其它公司在28nm也基本都转向这一技术。在使用了HKMG技术之后，栅极漏电不再是静态漏电的主要问题，而亚阈值漏电被推到了主要矛盾的位置上。

为了解决亚阈值漏电问题，最早在70年代业界就已经提出了基于全耗尽结构的MOSFET模型，包括FinFET和FD-SOI两种，这两种技术理论上都可以在源极和漏极之间形成全夹断。