全环绕栅极晶体管(GAAFET)
GAAFET的诞生
随着半导体技术的发展，摩尔定律逐渐逼近物理极限。当晶体管尺寸缩小到7纳米以下时，传统的平面MOSFET和FinFET遇到了难以克服的技术瓶颈，如短沟道效应（SCEs），这导致了漏电流增加、阈值电压不稳定等问题。
为了继续实现逻辑缩放超越5纳米技术节点，并解决FinFET在进一步缩小时遇到的问题，行业开始探索新的晶体管架构——环绕栅极纳米片场效应晶体管（Gate-All-Around FET, GAAFET）。GAAFET通过提供更好的静电控制和更高的性能密度，成为延续摩尔定律的关键。
为什么GAAFET比FinFET更好
更强的静电控制：GAAFET的栅极围绕着整个沟道四周，提供了全方位的静电控制，有效地抑制了短沟道效应，降低了漏电流，并提高了阈值电压的稳定
相比之下，FinFET仅能在三个方向上控制沟道，而GAAFET实现了四面环绕控制，使得沟道电流更加顺畅。
更高的驱动电流：相较于FinFET，GAAFET可以支持更宽的沟道宽度，即栅极打开状态下的电流更大，从而提升了晶体管的开关速度和整体性能。对于纳米线结构而言，虽然其栅控能力不如纳米片强，但能够承载更大的电流；而对于纳米片结构（如三星的MBCFET），则可以在更小面积内提供更好的静电特性，满足某些栅极宽度的需求
更好的可扩展性：由于GAAFET的沟道厚度不是通过光刻定义而是通过外延生长定义的，这使得它在进一步缩小尺寸方面具有更大的灵活性和潜力，不受传统图案化分辨率的限制
多层堆叠设计：GAAFET允许将多个纳米片垂直堆叠在一起形成一个器件，这不仅增加了有效沟道面积，还能够优化空间利用率，提高集成度。这种设计为未来的高密度集成电路提供了可能
GAAFET的制造大概流程
GAAFET的制造涉及到一系列复杂的工艺步骤，下面简要介绍其主要流程：
堆叠纳米片形成：首先，在硅衬底上交替沉积SiGe和Si层，形成多层结构。这些材料的选择性生长确保了每一层的精确控制，最终构成所需的纳米片结构。这一过程利用了超晶格结构（super-lattice），每种材料叠多层，sheet就是在超晶格结构中形成的。
鳍片显露与浅沟槽隔离（STI）：接下来，利用光刻技术定义出各个器件区域，并进行浅沟槽隔离处理以隔离相邻器件，保证它们之间不会互相干扰。这一步骤对于确保每个晶体管独立工作至关重要。
虚拟栅极形成：在此阶段，会形成一个临时性的Si3N4虚拟栅极，用于支撑后续的加工过程。这个虚拟栅极将在后续步骤中被替换为实际的金属栅极。
内间隔物及源/漏区形成：在暴露出来的纳米片两端选择性地生长n型或p型掺杂的源/漏区，同时形成内间隔物来保护纳米片并为之后的金属栅极填充做准备。内间隔物的作用在于防止栅极与源漏之间的短路。
替换金属栅极形成：
牺牲SiGe通道释放：去除纳米片间的SiGe层，以便于填充高k金属栅极材料；
高k金属栅极（HKMG）形成：依次沉积界面氧化物、高k电介质层以及金属，构建完整的栅极结构。高k金属栅极的应用增强了栅极对沟道的控制力，减少了寄生电容的影响。
参考文献：
[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.
