日前，中科院微电子所集成电路先导工艺研发中心在下一代新型FinFET逻辑器件工艺研究上取得重要进展。微电子所殷华湘研究员的课题组利用低温低阻NiPt硅化物在新型FOI FinFET上实现了全金属化源漏（MSD），显著降低源漏寄生电阻，从而将N／PMOS器件性能提高大约30倍，使得驱动性能达到了国际先进水平。

基于本研究成果的论文被2016年IEEE国际电子器件大会（IEDM）接收，并在IEDM的关键分会场之一——硅基先导CMOS 工艺和制造技术（PMT）上，由微电子所的张青竹做了学术报告，并得到IBM和意法开云棋牌官网在线客服技术专家的赞扬和认可。

在工艺上落后于国际大厂

一直以来，中国境内晶圆代工厂在技术上落后于Intel、台积电、格罗方德、三星等国际大厂，除了受限于瓦森纳协定无法从西方采购到最先进的开云棋牌官网在线客服设备之外，在工艺上落后于西方也是很重要的原因。工艺有多重要呢？就以28nm poly／SiON、28nm HKMG以及28nm SOI来说，虽然同为28nm制程，但由于具体工艺的区别，导致采用不同工艺的芯片在性能上会有差异。

考虑到如果将意法开云棋牌官网在线客服的28nm SOI和中芯国际的28nm HKMG对比可能会有不同晶圆厂带来的变量，那么以同采用台积电28nm LP工艺、28nm HPC／HPC＋工艺、28nm HPM工艺生产的芯片来比较，采用28nm LP工艺的芯片显然在性能上逊色一筹，这也是当年采用28nm LP工艺的高通骁龙615在性能和功耗控制上逊色于采用28nm HPM工艺的联发科6752和采用28nm HPC工艺的麒麟930的原因之一。

而在工艺上，国内晶圆代工厂也是落后于Intel、台积电、格罗方德、三星等国际大厂的。举例来说，某自主CPU公司采用了某境内代工厂的40nm LL工艺，然后由于工艺性能有限，境内代工厂的40nm LL工艺比意法开云棋牌官网在线客服的65nm GP工艺还慢30％……

再比如某合资CPU公司在承接了核高基专项后，由于核高基的要求必须采用境内工艺，然而在采用境内28nm制造工艺流片后，CPU的主频连1GHz都不到，随后就去台积电流片了，虽然同样是28nm制程，但台积电就能把主频做到1．2GHz以上，挑一挑体质好的，主频最高可以到2GHz……

另外，除了在工艺上长期落后于国际大厂，国内晶圆厂的工艺大多是技术引进的，而非自主研发，这一方面要付出不菲资金，另外还不得不签一箩筐的各种限制性条款，这会带来不少恶果。要开发出性能优越的的EDA工具，就离不开和先进工艺相结合，国内自主工艺很少有深亚微米的工艺，大多是180nm和130nm。虽然中芯国际有40nm，而且宣称有28nm，但可能没有量产过，或者量产的都是小芯片。而引进的工艺都签过协议，这就对国内EDA公司的技术进步和发展造成了障碍。

因此，自主研发的工艺就弥足珍贵了。在此之前，国内也提出过S－FinFET、后栅纳米线及体硅绝缘Fin－on－insulator FinFET等创新技术，但大多逊色于主流FinFET工艺。而本次微电子所实现的新工艺，则在性能上达到国际先进水平。

FinFET和胡正明

在介绍微电子所开发出的新工艺之前，先介绍下FinFET和FD－SOI工艺。

FinFET中Fin指的是鳍式，FET指的是场效应晶体管，合起来就是鳍式场效应晶体管。在FinFET问世前，一直在使用MOSFET，但由于当栅长小于20nm的情况下，源极和漏极过于接近且氧化物也愈薄，这很有可能会导致漏电现象。就在部分业界认为制造工艺会止步不前，摩尔定律即将失效的情况下，一位华人科学家与其同事共同发明的两项技术使制造工艺得以向20nm以下延续。

胡正明

胡正明教授国籍为美国，1947年7月出生于中国北京，1973年获美国加州大学伯克利分校博士学位，1997年当选为美国工程科学院院士。2007年当选中国科学院外籍院士。在十多年前，在美国国防部高级研究计划局的资助下，胡正明教授在加州大学研究如何将CMOS技术拓展到25nm领域。胡正明教授及其同事的研究结果是，要么采用FinFET，要么走基于SOI的超薄绝缘层上硅体技术。

在1999年和2000年，胡教授及其团队成员发表了有关FinFET和UTB－SOI（FD－SOI）的论文，由于当时胡正明教授及其团队认为鲜有厂商可以把SOI基体做到5nm，或者说等人们具备这种技术能力时，FinFET技术可能已经得到了充分的发展，所以包括Intel、台积电等一大批厂商都选择了FinFET。凭借在FinFET等技术创新上的贡献，在2000年，胡正明教授获得美国国防部高级研究项目局最杰出技术成就奖。在2015年，胡正明教授还荣获美国年度国家技术和创新奖。

根据胡正明教授的介绍，FinFET实现了两个突破，一是把晶体做薄并解决了漏电问题，二是向上发展，晶片内构从水平变成垂直，也就是把2D的MOSFET变为3D的FinFET。而这种做法有怎样的效果呢？台积电就曾表示：16nm FinFET工艺能够显著改进芯片性能、功耗，并降低漏电率，栅极密度是台积电28nm HPM工艺的两倍，同等功耗下速度可以加快超过40％，同频率下功耗则可以降低超过60％。

值得一提的是，被三星挖走的前台积电员工梁孟松的博士论文指导教授就是胡正明，想必这也是三星能够在14nm FinFET上实现大跃进的原因之一吧。

FD－SOI非主流并不意味着落后

相对于在晶体管上做文章的FinFET，SOI工艺则着眼于晶片底衬。

SOI （Silicon－On－Insulator绝缘体上硅）是指绝缘层上的硅，是一种用于集成电路的供应商制造的新型原材料。SOI技术作为一种全介质隔离技术，可以用来替代硅衬底。FD－SOI就是在衬底上做文章，在晶体管相同的情况下，采用FD－SOI技术可以实现在相同功耗下性能提高30％左右，或者在相同性能下，功耗降低30％左右。

根据格罗方德公布的数据：

22nm FD－SOI工艺功耗比28nmHKMG降低了70％；

芯片面积比28nmBulk缩小了20％；

光刻层比FinFET工艺减少接近50％；

芯片成本比16／14nm低了20％。

如果格罗方德发布的数据属实，那么22nm FD－SOI拥有堪比14／16nm FinFET的性能和功耗，但芯片的成本却与28nm相当。而且格罗方德还表示：若是将制程提升到14nm，相对于28nm SOI会有35％的性能提升，功耗也会降到原来的一半。

另外，SOI还具有了较高的跨导、降低的寄生电容、减弱的短沟效应、较为陡直的亚阈斜率，与体硅电路相比，SOI电路的抗辐照强度提高了100倍。在高温环境下，SOI器件性能明显优于体硅器件。

那么，为何FinFET会成为主流，即便是掌握了22nm FD－SOI工艺的格罗方德还是购买了三星的14nm FinFET技术授权呢？原因就在于采用SOI工艺成本较高，而且现阶段Intel和台积电在硅衬底上能够做出满足要求的芯片，所以依旧使用硅衬底，台积电市场份额巨大，而Intel有最好的技术，两家选择了FinFET，自然而然整个产业链就跟着走，SOI工艺也就只能在射频和传感器市场找存在感了。

之前提到，当年胡正明教授及其团队认为恐怕很难有厂商可以把SOI基体做到5nm，但在不久前，胡正明教授表示：“法国Soitec公司改变了这种情况，他们开始推出300mm UTB－SOI的晶圆样品，这些晶圆的顶层硅膜原始厚度只有12nm，然后再经处理去掉顶部的7nm厚度硅膜，最后便可得到5nm厚度的硅膜。这便为UTB－SOI技术的实用化铺平了道路。”

胡正明教授认为：FinFET和UTB－SOI技术是可以并存的，不过在未来几年内，两者都会想尽办法彼此超越对方成为主流技术。现在Intel采用了FinFET技术，原因是这种技术可以让微处理器的性能相对更强。他认为台积电公司会在14nm节点开始采用FinFET技术，然后则会为低功耗产品的用户推出应用了UTB－SOI技术的产品。而联电公司则会减轻对FinFET技术的投资力度，并直接转向UTB－SOI技术。

微电子所新工艺值得期待

不是要介绍微电子所的下一代新型FinFET逻辑器件工艺么？为何整了这么多FinFET和SOI的相关内容？这是因为微电子所的新工艺某种程度上可以理解为是对FinFET和SOI优点的集成。

由于技术和商业上的原因，摩尔定律也失去了效力，而且受制于光刻技术、硅材料的极限等因素，芯片制程提升很可能会遭遇瓶颈。这种情况下，若要再进一步提升芯片性能，将FinFET和SOI相结合的道路不失为解决之道——采用FinFET晶体管＋SOI衬底来提升芯片性能，毕竟FinFET（晶体管）＋FD－SOI（底衬）显然是优于FinFET（晶体管）＋硅衬底的。而这也是FOI FinFET已经成为重要的研究方向的原因之一。

而微电子所的新工艺就类似于FinFET（晶体管）＋FD－SOI（底衬）的思路，并加入了自己独有的创新，能有效弥补FOI FinFET的固有缺陷，并有增强了电子迁移率、成本更低等优势。

也正是因此，微电子所的新型FinFET器件工艺能够得到IBM、意法开云棋牌官网在线客服等国际知名主流集成电路公司的热切关注。

必须指出的是，能否被商业化，技术指标是一方面，产业联盟也非常重要，如果国内研究所、企业能够和IBM、意法开云棋牌官网在线客服、格罗方德等公司组成产业联盟，共同推广这项工艺，也许能有所斩获。