在VLSI 2020上，IMEC發表了有關單片CFET的有趣論文，我有機會采訪了其中一位作者Airoura Hiroaki。在業界眾所周知，FinFET（FF）即將達到其定標壽命。

三星已經宣布，他們將在3nm的時候轉向水平納米片（Horizontal Nanosheets ：HNS）。臺積電（TSMC）保持3nm的FF，但預計將轉移到2nm的新架構。

假設英特爾當時仍在追求自己的技術，則預計英特爾將保留7nm的FF，然后再遷移至5nm的HNS。

該行業最可能的路線圖是從FF到帶有或不帶有Forksheets的HNS，然后過渡到CFET（Complimentary FETs），請參見圖1。

Imec CMOS路線圖。

從以上技術藍圖來看，28納米使用了High-K/Metal Gate，16納米---14納米導入了FinFET，7納米---5納米采用了EUV曝光設備，此外，還將Co應用于Middle of Line（MOL）上。

MOL是一種將晶體管（FOEL）與多層配線（BEOL）連接在一起的孔（Via），雖然imec使用了Co，還有其他選擇項如Mo、Ru等。

此外，4納米---3納米中采用了具有Nanosheet結構的晶體管。

此次的VLSI座談會上，有關7納米、5納米、3納米的文章發布得比較多，然而，筆者卻發現將Gate All Around（GAA）的Nanosheet結構應用在這些節點上的情況是全球共通的認知。

同時從技術藍圖看，在2納米中，使用搭載了Buried Power Rail（BPR，在晶體管下埋入電源線的構造）的Forksheet晶體管；在1納米中，將會使用采用了BPR的Complementary FET（CFET）。

imec在其內部達成了以下共識：3納米之前采用Nanosheet、2納米采用Forksheet、1納米采用CFET。

也就是說，在此次VLSI座談會上，imec也是基于以上技術藍圖而做的發表。從上圖可以清晰地看出FinFET、Nanosheet、Forksheet、CFET的結構變化。

從FinFET到CFET，通過將Contact Poly Pitch（PP）做到最小、分離nMOS和pMOS，以達到縮小SRAM面積的效果。

Forksheet 和CFET通過堆疊nFET和pFET器件的CFET改善n到p的間距來縮小尺寸，見圖2。

CFET結構在當前的工作中，已經開發了“單片”（monolithic） CFET，方法是將單獨的硅片用于nFET和pFET，然后將它們粘合在一起，而按照順序（sequential），CFET則會將兩種類型的FET都制造在同一硅片上。

Imec聲稱單片技術比順序技術便宜，而順序技術要求SOI會增加襯底成本1％，見圖3。

單片CFET的成本優勢在1納米中，IMEC采用了將nMOS和pMOS縱向排列的CFET（如下圖8），雖然CFET的工藝流程非常復雜，但毫無疑問，極大地縮小了CMOS、SRAM的面積，達到了集成化。

問題是---是否做到了人們所期待的晶體管的特性，這是未來研發的關鍵。

我發現起始晶圓成本高出約1％，這有兩個原因，一是，我不相信順序CFET需要SOI，二是，SOI比標準晶圓貴了約1％。整體方法還將需要兩個起始晶圓，而不僅僅是一個。

我認為這種成本分析需要更多的調查。在單片方法中，nFET和pFET在分離的晶圓上制造，從而可以針對該器件優化每個器件的制造流程。每個晶片的處理流程如圖4所示。

圖4.單片CFET的工藝流程。

隨著我們朝N3方向發展，n到p的分離減少了寄生效應并提高了性能。同樣，通過從FF移至GAA）可以在所有四個側面而不是三個側面上提供一個柵極，從而改善了靜電控制。

這項工作中制造的單片CFET為下一代器件提供了順序CFET的替代方案，需要進一步研究。
責編AJX