美國計劃禁止用于Gate-all-around GAA新技術(shù)制造芯片所必需的EDA軟件出口到中國大陸,GAA(環(huán)繞柵極)是GAA FET,那么,什么是GAA FET(環(huán)繞柵極場效應(yīng)晶體管)?
數(shù)字芯片最基本單元是MOSFET,其工藝發(fā)展到7nm、3nm、2nm,這個半導(dǎo)體工藝尺寸是MOSFET柵極(溝槽)寬度。早期MOSFET使用平面結(jié)構(gòu),溝槽寬度越小,漏極到源極距離越小,載流子流動跨越溝道導(dǎo)通時間減小,工作頻率越高;同時,溝道完全開通所加?xùn)艠O電壓越低,開關(guān)損耗越低;而且,溝道導(dǎo)通電阻降低,導(dǎo)通損耗也降低。
但是,工藝尺寸越低,短溝道效應(yīng)越明顯。短溝道效應(yīng)就是晶胞單元漏極到源極間距不斷減小,柵極下部接觸面積越來越小,柵極難以耗盡溝道載流子,其對溝道控制力不斷減弱;因此,器件處于截止?fàn)顟B(tài)時漏電流會急劇增加,惡化其性能,靜態(tài)功耗增加。
圖1:平面MOSFET結(jié)構(gòu)
如果采用立體結(jié)構(gòu),增加柵極和溝道接觸面積,如新的FinFET鰭型三維結(jié)構(gòu),就是將柵極包裹三個側(cè)面溝道,就可以解決上述問題,如圖2所示。
圖2 FinFET鰭型結(jié)構(gòu)
為了進(jìn)一步提高柵極對溝道控制能力,縮小單元尺寸,降低電壓,GAA柵極環(huán)繞結(jié)構(gòu)被開發(fā)出來,如圖3所示。
圖3 柵極環(huán)繞結(jié)構(gòu)
GAA柵極環(huán)繞晶體管結(jié)構(gòu)的柵極在垂直方向被分成幾個條帶RibbonFET,在其溝道區(qū)域,大幅增強(qiáng)對載流子控制,從而實現(xiàn)更好性能,同時也更容易優(yōu)化工藝。