全環繞柵極晶體管(GAAFET)
GAAFET的誕生
隨著半導體技術的發展，摩爾定律逐漸逼近物理極限。當晶體管尺寸縮小到7納米以下時，傳統的平面MOSFET和FinFET遇到了難以克服的技術瓶頸，如短溝道效應（SCEs），這導致了漏電流增加、閾值電壓不穩定等問題。
為了繼續實現邏輯縮放超越5納米技術節點，并解決FinFET在進一步縮小時遇到的問題，行業開始探索新的晶體管架構——環繞柵極納米片場效應晶體管（Gate-All-Around FET, GAAFET）。GAAFET通過提供更好的靜電控制和更高的性能密度，成為延續摩爾定律的關鍵。
為什么GAAFET比FinFET更好
更強的靜電控制：GAAFET的柵極圍繞著整個溝道四周，提供了全方位的靜電控制，有效地抑制了短溝道效應，降低了漏電流，并提高了閾值電壓的穩定
相比之下，FinFET僅能在三個方向上控制溝道，而GAAFET實現了四面環繞控制，使得溝道電流更加順暢。
更高的驅動電流：相較于FinFET，GAAFET可以支持更寬的溝道寬度，即柵極打開狀態下的電流更大，從而提升了晶體管的開關速度和整體性能。對于納米線結構而言，雖然其柵控能力不如納米片強，但能夠承載更大的電流；而對于納米片結構（如三星的MBCFET），則可以在更小面積內提供更好的靜電特性，滿足某些柵極寬度的需求
更好的可擴展性：由于GAAFET的溝道厚度不是通過光刻定義而是通過外延生長定義的，這使得它在進一步縮小尺寸方面具有更大的靈活性和潛力，不受傳統圖案化分辨率的限制
多層堆疊設計：GAAFET允許將多個納米片垂直堆疊在一起形成一個器件，這不僅增加了有效溝道面積，還能夠優化空間利用率，提高集成度。這種設計為未來的高密度集成電路提供了可能
GAAFET的制造大概流程
GAAFET的制造涉及到一系列復雜的工藝步驟，下面簡要介紹其主要流程：
堆疊納米片形成：首先，在硅襯底上交替沉積SiGe和Si層，形成多層結構。這些材料的選擇性生長確保了每一層的精確控制，最終構成所需的納米片結構。這一過程利用了超晶格結構（super-lattice），每種材料疊多層，sheet就是在超晶格結構中形成的。
鰭片顯露與淺溝槽隔離（STI）：接下來，利用光刻技術定義出各個器件區域，并進行淺溝槽隔離處理以隔離相鄰器件，保證它們之間不會互相干擾。這一步驟對于確保每個晶體管獨立工作至關重要。
虛擬柵極形成：在此階段，會形成一個臨時性的Si3N4虛擬柵極，用于支撐后續的加工過程。這個虛擬柵極將在后續步驟中被替換為實際的金屬柵極。
內間隔物及源/漏區形成：在暴露出來的納米片兩端選擇性地生長n型或p型摻雜的源/漏區，同時形成內間隔物來保護納米片并為之后的金屬柵極填充做準備。內間隔物的作用在于防止柵極與源漏之間的短路。
替換金屬柵極形成：
犧牲SiGe通道釋放：去除納米片間的SiGe層，以便于填充高k金屬柵極材料；
高k金屬柵極（HKMG）形成：依次沉積界面氧化物、高k電介質層以及金屬，構建完整的柵極結構。高k金屬柵極的應用增強了柵極對溝道的控制力，減少了寄生電容的影響。
參考文獻：
[1] Mukesh, S., & Zhang, J. (2022). A review of the gate-all-around nanosheet FET process opportunities. Electronics, 11(21), 3589.
[2] 3D IC devices, technologies, and manufacturing / Hong Xiao.
