FinFET在22nm節點的首次商業化帶來了制造“大腦”中的晶體管-微動開關的顛覆性變化。

芯片。

與先前的平面晶體管相比，由“鰭”形成的溝道被去除。

與閘門的三個側面接觸更容易控制。

但是，隨著3nm和5nm技術節點面臨的問題不斷累積，FinFET的有效性已達到極限。

晶體管縮放的難度在每個技術節點，設備制造商都可以減小器件面積，降低成本和功耗，并通過縮小晶體管來實現性能提升。

此方法也稱為PPAC（功率，性能，面積，成本）縮放。

但是，進一步減小FinFET的尺寸將限制驅動電流和靜電控制能力。

在平面晶體管中，可以增加溝道寬度以驅動更多電流并提高導通和關斷速度。

然而，隨著CMOS設計的發展，標準單元的軌道高度持續減小，這導致“鰭”的尺寸的限制，并且基于5nm以下的節點制造的單鰭器件將不能。

提供足夠的驅動電流。

另外，盡管“鰭”的三個側面都可以相互連接。

由門控制，仍然有一側不受控制。

隨著柵極長度的縮短，短溝道效應將更加明顯，并且更多的電流將通過器件底部的非接觸部分泄漏。

因此，尺寸較小的設備將無法滿足功耗和性能要求。

用納米片代替鰭片全封閉柵極（GAA）是一種改進的晶體管結構，其中通道的所有側面都與柵極接觸，因此可以實現連續縮放。

具有這種結構的晶體管稱為全封閉柵極（GAA）晶體管，并且已經出現了這種晶體管的許多變體。

早期的GAA設備使用垂直堆疊納米薄片的方法，即將水平放置的薄片彼此分開放置在網格中。

與FinFET相比，此方法下的溝道更易于控制。

與FinFET必須排列多個鰭以增加電流不同，GAA晶體管只需要垂直堆疊幾個納米片，并允許柵極包裹溝道以獲得更強的載流能力。

這樣，僅需縮放這些納米薄片就可以進行調整以滿足晶體管尺寸的特定性能要求。

但是，就像鰭片一樣，隨著技術的進步和特征尺寸的不斷減小，鰭片的寬度和間距將繼續縮小。

當薄片的寬度幾乎等于厚度時，這些納米薄片將看起來更像“納米線”。

制造挑戰盡管納米片的概念很簡單，但它給實際制造帶來了許多新挑戰。

一些制造挑戰源于結構，而其他一些挑戰則與滿足PPAC縮放目標所需的新材料有關。

具體而言，施工中的主要挑戰來自結構的復雜性。

要制造GAA晶體管，首先必須交替使用Si和SiGe外延層形成超晶格并將其用作納米片結構的基礎，然后將電介質隔離層沉入內部（用于保護源極） /漏極并確定柵極寬度），并通過蝕刻去除溝道的犧牲層。

在去除犧牲層之后留下的空間，包括納米片之間的空間，需要填充由電介質和金屬制成的柵極。

未來的網格可能會使用新的金屬材料，其中鈷已進入評估階段。

制造商還考慮了釕，鉬，鎳和各種合金。

不斷的進步GAA晶體管最終將取代FinFET，并且其中的納米片將逐漸發展成納米線。

GAA結構應能夠應用于計劃中當前包括的所有高級流程節點。

從最早的平面結構開始，晶體管體系結構已取得了長足的進步，并有效地促進了智能互連的發展，而這一切都是早期行業先驅者無法想象的。

隨著全封閉柵晶體管的問世，我們也熱切期望它為世界帶來更多驚人的最終用戶設備和功能。