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還記得什么時候我們可以在星期天給手機充電，直到下周末才再考慮嗎？曾經有一段時間，在購買手機時，電池壽命甚至不在前十名中。然而，如今，智能手機不斷被用于計算、游戲、視頻流和其他耗電的應用程序，因此電池壽命比以往任何時候都更加重要。
經典摩爾定律縮放曾經用于同時改進芯片“PPAC”——功率、性能和面積/成本——但由于 2D 縮放已經達到物理極限，情況不再如此。展望未來，PPAC 的改進將通過多種方法實現(xiàn)，包括縮小晶體管的新方法。簡單地將晶體管做得更小已經不夠了；我們還需要提高能效，以在小尺寸中提供最大性能。
延長移動設備電池壽命的一種方法是確保晶體管在應該關閉的時候真正關閉。理想情況下，當晶體管處于“關閉”狀態(tài)時，不應有任何電流流過晶體管鰭通道和柵極。然而，在現(xiàn)實世界中，總會有少量電流通過溝道、結和柵極電介質泄漏（稱為 I?off）。因此，制造商不斷努力將這些泄漏降至最低。
傳統(tǒng)上，通過增加對門的控制來減少I?off。FinFET 的創(chuàng)新就是一個很好的例子。在這個方案中，整個晶體管在垂直方向上被拉伸，使得溝道從襯底中凸起，柵極環(huán)繞鰭的三個側面。在特定的 2D 封裝中，柵極的較大接觸面積可以更好地控制漏電流。
FinFET 的硅鰭片中的大部分驅動電流流向靠近材料表面而不是鰭片的中間，并且總電流幾乎與鰭片周長（有效溝道寬度）成正比。這意味著當我們縮小鰭片和鰭片間距和/或減少每個晶體管的鰭片數(shù)量以在每個晶片上包含更多晶體管時，我們還需要使它們更高以進行補償（圖 1）；然而，在減薄、成形和增加鰭片的高度方面存在重大的工程挑戰(zhàn)。
圖 1. 鰭片輪廓從 22 納米到 10 納米的演變表明更高和更窄的輪廓需要更高的驅動電流和更好的靜電。示意圖顯示了翅片輪廓和關鍵物理參數(shù)。
一個關鍵的縮放因素是縮小鰭片之間的空間或間距，以減少整體器件占用空間。以窄間距對窄鰭進行圖案化非常具有挑戰(zhàn)性，因此行業(yè)標準方法是將鰭圖案化為可管理的寬度和間距，然后再對其進行修整。傳統(tǒng)上，這是通過氧化鰭片頂部的幾個納米表面來實現(xiàn)的，然后使用濕化學在一個步驟中去除薄氧化層。這種“全局鰭片修整”方法以相同的速率蝕刻所有鰭片以獲得最大的可控性，但也給先進設備帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 2. 鰭片顯示后全局鰭片修整的流程
整體翅片修整的第一個問題涉及修整后翅片的機械強度。在圖 2 所示的流程中，翅片修整后有許多熱過程，產生的應力對內翅片和外翅片產生不同的影響。這會導致鰭像孔雀羽毛一樣散開，這種變形會導致鰭通道應力和通道流動性的差異。
第二個挑戰(zhàn)是因為全局鰭片修整同時修整了溝道和源漏 (S/D) 區(qū)域。如果 S/D 變窄，訪問阻力將上升并首先抵消鰭片修剪的任何好處。
解決這些問題需要一種創(chuàng)新的方法來僅修剪通道區(qū)域，同時保持 S/D 區(qū)域不變。在這種“局部硅鰭片修整”方案中，如圖 3 所示，未修整的鰭片在鰭片形成和金屬柵極之間的步驟中保持最大的機械強度。因此，它們在后續(xù)步驟中不易變形。另一個好處這種新工藝的特點是 S/D 沒有暴露，因此修整僅限于通道。這使我們能夠創(chuàng)建我們需要的精確輪廓：窄通道、寬源極和漏極，翅片變形最小。
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圖 3. 去除偽柵極后局部鰭片修整的工藝流程為后續(xù)工藝步驟保留了鰭片的機械強度。
我們需要對氧化物和氮化物具有極高的選擇性，以防止損壞隔離物或其他材料（低 k 膜）。在我們最近的論文中，我們通過精確的蝕刻控制和甚至改進的硅鰭線邊緣粗糙度（LER 2.1nm 前，1.8nm 后）證明了該方案的可行性。
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