互补MIS鳍式场效应晶体管(FinFET)的专利技术综述

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1、互补MIS鳍式场效应晶体管(FinFET)的专利技术综述摘要：FinFET鳍式场效应晶体管，作为一种新型结构的互补式金属氧化物半导体晶体管，具有以下优势：能够有效抑制短沟道效应，有更高的电流驱动能力和良好的亚阈值斜率,准平面结构且制备方法简单，与CMOS工艺兼容性好,双栅自对准并同时和源漏自对准，能够有效提高MOS管的性能，在过去的十多年受到了广泛的关注。关键词：FinFET;场效应晶体管;专利分析中图分类号：TN304.2+1文献标识码：A文章编号：1006-893726-0007-021绪论1.1FinFET简介我们知道早期的IC制造都是基于平面型晶体管结构。平

2、面型晶体管技术发展至今成本日趋低廉，但随着特征尺寸的缩小，亚阈值漏电流和漏极感应势垒下降等短沟道效应对性能的严重影响使其很难再跟上摩尔定律的步伐。为延续传统平面晶体管技术的寿命，同时克服特征尺寸缩小带来的负面效应，一种新型的器件结构Fin-typeFieldEffectTransistor越来越受到关注，intel的22nm工艺便采用了这种结构。1.1FinFET结构及优势传统的MOSFET当栅极缩小到20纳米以下的时候遇到很多问题，如当栅极长度越小，源漏极的距离越近，栅极下方的氧化物也越薄，电子有可能溜过去产生漏电;另外，原本电子是否能由源极留到漏极是由栅极电压来

3、控制的，但是栅极长度越小，则栅极与通道之间的接触面积就越小，也就是说栅极对通道的影响力越小。在此基础上，美国加州大学伯克利分校的胡正明教授发明了鳍式场效应晶体管，将原本的2D构造的MOSFET改为3D的FinFET,因为构造很想鱼鳍，因此称为”鳍式”。原本的源极和漏极拉高编程立体板状结构，让源极和漏极之间的通道变成板状，则栅极与通道之间的接触面积变大了。这样一来，即使栅极长度缩小到20nm以下，仍然保留很大的接触面积，可以控制电子是否能由源极流到漏极，因此可以更妥善的控制电流，同时降低漏电和动态功率损耗。1.2FinFET发展方向随着近些年来对FinFET的白热化研

4、究，FinFET已经发展成为一个大的家族。从是否二氧化硅埋氧层以及其特点出发，可以分为Silicon-on-InsulatorFinFET,Bulk-FinFET以及Body-on-InsulatorFinFET等;从Gate的数量和形状出发，则可分为双栅，三栅，Q栅以及环栅FinFET等。SOI-FinFET能够更好的抑制漏电流和短沟道效应，但由于其采用了导热效果不太好的二氧化硅埋氧层，其相对于Bulk-FinFET来说，器件散热缓慢，自加热效应明显。因此,对于某些高速芯片来说，采用此结构要慎重。Bulk-FinFET结构继承了SOI-FinFET和平面凹槽器件的

5、结构优势而设计的，其体硅衬底直接连接到Fin的沟道区域。Bulk-FinFET的优势是有着更低的工艺成本，良好的散热能力，并且能更好的与标准的平面CMOS技术兼容。但由于缺乏埋氧层，源漏区容易相互渗漏，亚阈值摆幅和短沟道效应较严重。BOI-FinFET是为了尽量综合SOI-FinFET和Bulk-FinFET二者的优势而避免缺点而产生的。BOI-FinFET具有相似于Bulk-FinFET的结构，只是在沟道处填埋了一层二氧化硅。由于这个绝缘层比SOI要小得多，所以它的散热性能要比SOI-FinFET好，同时，有了绝缘层后，它页可以较好地控制漏电流。同时，FinFET

6、器件按照Gate的数量和形状分，可分为双栅，三栅，Q栅以及环栅FinFET等。Tri-gateFinFET与双栅，二者结构大同小异。三栅相对于双栅来说，栅控能力更强，所以Fin不用太高。除了双栅、三栅外，还存在Q栅以及环栅FinFETo由于栅将沟道全部包围住，得到了更好的栅控能力，可以进一步减小沟道的厚度。2专利趋势分析为了研究FinFET应用在互补MIS场效应晶体管领域专利技术的发展情况，笔者利用数据库，通过IPC分类号、比较准确的关键词、转库检索等检索策略相结合，获得初步结果后通过概要浏览和详细浏览将检索文献中明显的噪音去除，从多方面对该领域的中国专利申请和全球

7、专利申请进行了统计分析，统计的时间节点2016年3月3日。2.1中国专利分析本节主要对中国专利申请状况的趋势以及专利重要申请人进行分析，通过统计S系统CNABS数据库中的关于FinFET应用在互补MIS场效应晶体管领域的数据，共检索到286件相关专利文献，从中得到相关的FinFET应用在互补MIS场效应晶体管领域的技术发展趋势，以及历年专利申请的授权状况。FinFET在互补MIS场效应晶体管领域中的应用在中国重点分布在2004年后，1999年至2003年期间，专利申请量较小，2004年至2013年期间，专利申请量大幅增长，技术增长率呈上升趋势，属于技术发展期，中