新颖的器件技术：探索创新路径

晶体管尺寸缩小的主要困难在于关态泄漏的控制。为了解决这个问题，人们提出了多种先进的器件结构，例如全耗尽SOI（例如超薄衬底器件^[100]）和双栅结构（例如FinFET^[101]）。其中，FinFET的工艺流程和版图结构与常规MOSFET相似，同时具有优良的可缩放性，因此被认为是～10nm栅长器件技术的最佳选择。FinFET的结构如图9-19a所示。它一般使用SOI结构的衬底制造，栅跨在一个鱼鳍状的衬底上，在鳍的两侧形成两个自对准沟道。鳍的顶部一般覆盖着硬掩膜并且不是沟道的部分。鳍的高度（H_in）确定了器件的宽度。采用多个鳍的组合就可以实现不同宽度的器件。由于使用双栅控制很薄的沟道，从而有效地抑制了器件的短沟道效应。FinFET器件的其他优点包括：由于本征掺杂沟道中的载流子迁移率更高，因此电流更大；另外由于同时消除了耗尽电容和结电容，因此电容更小。这样，由于双栅特性抑制了亚阈区泄漏，FinFET的待机功耗减小。而且，因为FinFET的驱动电流比常规体硅器件更高，就可以减小电源电压，与体硅CMOS的同一性能匹配，这样也可以极大地减小了电路的有源功耗。图9-19b所示结果表明，与经典的体硅工艺相比，使用FinFET和UTB器件的FO4反相器的功耗得到明显减小。使用FinFET减小的能量损耗可以高达60%。由于FinFET结构具有优良的可缩放性和重要的电路性能优势，在65nm技术节点（约25nm的物理栅长）的IC制造中就会采用^[102]。

图9-19 FinFET结构和潜在的节省有源功率的优点(www.xing528.com)

a）FinFET三维示意图 b）几种技术之间的性能比较（来源于参考文献[102]）

除了SOI和双栅器件，其他的技术革新包括低k介质（气隙Cu技术）和为90nm以及更小工艺新开发的有氮化硅“帽”的应变硅技术。