奈米片電晶體(Nanosheet Transistor)是GAA(Gate-All-Around)FET的一種形式,其結構是由閘極電極從四周環繞水平堆疊的薄半導體通道(奈米片)。它由FinFET的鰭片(垂直方向的突起)演進為水平方向堆疊的多片薄片,也可以說是將奈米線FET加寬的結構。三星將此結構稱為MBCFET(Multi-Bridge Channel FET),英特爾則取其帶狀之意稱為RibbonFET。
奈米片電晶體最大的優點,是閘極對通道的控制能力比FinFET大幅提升。由於閘極包覆通道四面,可抑制短通道效應(SCE),在降低漏電流的同時維持高導通電流。此外,藉由改變薄片寬度(奈米片寬度),可在同一製程中分別最佳化邏輯用(寬片=高效能)與SRAM、低功耗用(窄片),實現「可調式(tunable)」設計。
製造上的課題,在於將多片薄奈米片(通常厚5~7nm)精密堆疊,以選擇性蝕刻去除層間的犧牲層(SiGe等)後,再將閘極金屬沉積於四周的製程(包含內間隔層形成)難度很高。以原子層沉積(ALD)均勻沉積High-k閘極介電層、內間隔層的無損傷成形,以及源極/汲極的磊晶成長控制,是良率的關鍵。
三星於2022年在SF3(3nm節點)全球首度量產奈米片電晶體,台積電也將在N2(2nm節點,預定2025年量產)轉向GAA/奈米片。英特爾預定在18A的RibbonFET採用此技術。轉向奈米片電晶體已成為3nm/2nm世代以後主要的架構趨勢。
作為奈米片的下一代,將N通道與P通道奈米片垂直堆疊的CFET(Complementary FET)正在研究中。此外也有人提出在片與片之間設置閘極介電牆、將NFET與PFET一體化的叉型片電晶體。imec、英特爾與台積電正在研究這些技術,作為突破奈米片電晶體微縮極限的下一步。