在过去的几十年间，由场效应晶体管为主要构成器件的集成电路在生产生活领域得到了广泛的应用。为了进一步提升器件的性能同时进一步降低成本，很长一段时间内，场效应管的长度按照摩尔定律不断微缩。在进入亚100 nm技术节点以后，单纯依靠器件微缩化已经不能满足应用端对于器件性能以及密度方面的需求。因此，应变工程和高K金属栅工艺技术被工业界采纳，用于提升90 nm到32 nm技术节点的器件性能。在此基础上，平面器件的性能提升空间已经到达瓶颈。从22 nm技术节点至今，三维新结构Si基晶体管利用三维沟道结构，有效的抑制短沟道效应的同时，能够增加单一器件的电流密度，实现后摩尔时代器件性能的持续提升。

浙江大学程然副教授课题组在本篇综述中从三维多栅场效应管的发展历程出发，详细介绍了三维多栅晶体管的机理优势，工艺技术的趋势（如图1），性能以及可靠性方面存在的问题以及在未来技术节点的工艺挑战等。此外，在这篇综述中，作者团队创新性的探讨并对比了多种多栅场效应管的输运机制，特别是自热效应的存在，对这些极小尺寸的多栅器件弹道输运特性的影响（图2）。在文章最后，作者也对亚5 nm技术带之后，多栅晶体管的材料以及工艺选择提出了自己的看法，为研究后摩尔时代逻辑器件的工艺技术和晶体管特性机理提供了非常有价值的参考。

图1. 多栅晶体管的结构随着时间的发展历程（图片来自研究机构以及产业界）。

图2. 几种主要新结构新材料晶体管的弹道输运参数随着器件微缩化的变化趋势。

The past and future of multi-gate field-effect transistors: Process challenges and reliability issues

Ying Sun, Xiao Yu, Rui Zhang, Bing Chen, Ran Cheng

J. Semicond. 2021, 42(2): 023102

doi: 10.1088/1674-4926/42/2/023102

Full Text: http://www.jos.ac.cn/article/doi/10.1088/1674-4926/42/2/023102?pageType=en