CFET(Complementary FET:互補式場效電晶體)是將N通道FET(NFET)與P通道FET(PFET)沿垂直方向堆疊的三維電晶體結構。傳統CMOS電路是將NFET與PFET沿水平方向並排配置,而CFET將PFET堆疊在NFET正上方,把互補式電晶體對收納於1個電晶體的佔用面積內,可大幅縮小單元面積。
CFET是奈米片電晶體的延伸技術,基本形式是下層為NFET用奈米片、上層為PFET用奈米片的堆疊結構。各電晶體的閘極可共用或獨立構成,能以極精簡的方式實現反相器、NAND閘等基本邏輯單元。理論上試算,採用CFET可將標準單元面積縮減50%以上。
製造上最大的難點在於製程的複雜度。NFET層與PFET層必須分別以獨立的通道材料、源極/汲極與閘極堆疊形成,再將各自的接觸窗在垂直方向上分離並連接。由於堆疊高度增加,需要高深寬比(High Aspect Ratio)蝕刻、ALD、選擇性成膜等超高精度製程。確保良率是商業量產最大的障礙。
imec(比利時的半導體研究機構)率先進行CFET的概念驗證,英特爾也將CFET納入長期藍圖。台積電與三星也在研究階段投入。實用化時間預計在2nm之後的節點(1nm前後),預期將先從僅應用於邏輯單元特定部分的半單晶式(semi-monolithic)CFET開始普及。
CFET若能實用化,將大幅有助於延續摩爾定律。此外,與背面供電(BSPDN)結合後,可將電源網路與訊號導線完全分離,同時解決繞線壅塞並降低功耗。支撐CFET的設備與材料技術(選擇性ALD、精密蝕刻、高深寬比量測)的需求可望擴大。