FinFET与GAA结构的差异及其影响

文章来源：老虎说芯

原文作者：老虎说芯

本文介绍了当半导体技术从FinFET转向GAA（Gate-All-Around）时工艺面临的影响。

当半导体技术从FinFET转向GAA（Gate-All-Around）时，会对蚀刻、清洗、CVD/PVD等制造工艺产生一系列影响。

FinFET与GAA结构的差异

FinFET结构：FinFET是一种三维结构，栅极围绕着从衬底突出出来的硅鳍状结构。

GAA结构：GAA是一种更高级的三维结构，栅极完全包围着纳米线或纳米片，从而提供更好的电气控制。

图：FinFET和GAAFET示意

对蚀刻工艺的影响

FinFET中的蚀刻：需要高各向异性蚀刻工艺来形成鳍状结构。在形成鳍结构的过程中，需要高选择性蚀刻来避免损坏周围的材料。

图：SiGe/Si Channel FinFET device生产工艺

GAA中的蚀刻：由于GAA中纳米线或纳米片的精细尺寸，蚀刻工艺需要更高的精度。需要对多层材料进行选择性蚀刻，以确保纳米线或纳米片的完整性。可能需要引入新型蚀刻气体或等离子体，以实现对纳米结构的高保真度蚀刻。

图：GAA-SNWT的生产工艺

对清洗工艺的影响

FinFET中的清洗：主要针对鳍结构的清洗，重点在于去除光刻胶和蚀刻残留物。

GAA中的清洗：由于GAA结构更加复杂，清洗工艺需要避免对纳米线或纳米片的损伤。需要引入更温和、更有效的清洗溶剂和方法，以防止对细小结构的腐蚀和损伤。

图：传统FET跟FinFET对比

对CVD/PVD工艺的影响

FinFET中的CVD/PVD：CVD（化学气相沉积）和PVD（物理气相沉积）主要用于鳍结构的栅极材料沉积和绝缘层沉积。要求良好的沉积均匀性和填充性。

GAA中的CVD/PVD：由于GAA结构需要完全包围纳米线或纳米片，CVD/PVD工艺需要具备更高的沉积均匀性和精确控制能力。需要开发新的沉积材料和工艺，以适应纳米线或纳米片的包覆要求。可能需要使用ALD（原子层沉积）等更精细的沉积技术，以确保每一层材料的均匀性和厚度控制。

图：FinFET器件的尺寸示意

其他相关工艺的影响

光刻：GAA结构对光刻技术提出了更高的要求，需要更高分辨率的光刻技术来定义精细结构。可能需要引入EUV（极紫外光刻）技术，以满足更小尺寸的需求。

材料选择：由于GAA结构中的纳米线或纳米片对材料性能的敏感性，需要选择具有更高电气性能和热稳定性的材料。

封装技术：GAA结构的复杂性对后续的封装技术也提出了新的挑战，需要确保纳米结构在封装过程中的完整性和功能性。

总结来说，从FinFET到GAA的转变对半导体制造的各个方面都提出了更高的要求，特别是在蚀刻、清洗和CVD/PVD等关键工艺上，需要进行技术的改进和创新，以适应新结构的制造需求。