鳍式晶体管怎样把沟道刻成立着的硅鳍

平面晶体管的栅极只压在沟道上方。沟道一缩短，栅极管不住远离表面的那一层硅，关断时仍有电流从体内漏过去。鳍式结构把这条沟道刻成一条立起来的硅脊，栅极从两侧和顶上一起包住它。包住的面变多，短沟道时栅极仍能把体内的通路掐住。这一步做的是鳍的形状，不是再铺一整层新的衬底。

鳍不是另外贴上去的一条硅，是从晶圆自己的硅里刻出来的。先在硅上留下一条硬掩模，再把掩模两侧的硅挖下去。留下来的那一条就是鳍。挖偏了，鳍的位置偏。挖不透，相邻的鳍在底部还连着。位置和是否刻开，要在同一次截面里一起看。

鳍的宽度决定栅极能不能管到鳍的中心。宽了，中心离两侧的栅都远，关断漏电从中心走。窄了，能通过的电流变小，宽度的一点点波动会变成电流的很大波动。宽度按这一代沟道长度来定，不能沿用上一代平面晶体管的线宽。线宽合格，不代表鳍宽合格。

鳍的高度决定一条鳍能给出多少电流。高了，侧壁面积大，电流大，鳍也更容易在清洗后倒向旁边，两根粘在一起。矮了，电流不够，后面只好用更多根鳍来补，占掉的面积又回去了。高度是刻蚀深度减去后来氧化物回刻之后仍埋住的那一截。只报刻蚀深度，会把埋住的一截也算进电流。

节距是相邻两根鳍中心的距离。节距太小，鳍之间的缝填氧化物时会留空洞，回刻之后空洞露出来，栅极材料会灌进空洞，把不该连的地方连上。节距太大，同样面积里排不下足够的鳍，电流不够。节距、宽度和高度要一起定，改一项就要重看另外两项。

刻蚀要停在该停的深度，侧壁要直。侧壁鼓出来，中段比顶上宽，栅极包不住最宽的那一圈。侧壁收进去，顶上宽、底下细，鳍容易从根部折断。底角如果掏出一条凹槽，应力集中在凹槽里，后面的加热会从这里长出缺陷。截面要量顶宽、中宽、底宽和底角，不要只量顶上的一条线。

顶上的硬掩模在刻鳍时保护硅，刻完还要留着。后面填氧化物、磨平，都靠这层掩模当停止层。掩模磨穿了，鳍的顶部会被一起磨掉，高度整片变矮。掩模太厚，刻蚀时侧壁容易偏，图形转到硅里时宽度变。掩模厚度和鳍的目标高度写在同一张卡上，不能各写各的。

鳍与鳍之间先填氧化物，再磨到掩模停下，然后把氧化物往下回刻，让鳍露出该有的高度。回刻多了，露出太高，鳍发软。回刻少了，埋得太深，有效高度不够。边缘散热和气流不同，边缘常常回刻得更快，边缘的鳍比中心高一截。高度图要带上边缘一圈，不能只抽中心。

刻蚀会在侧壁留下一层受伤的硅。受伤的硅里缺陷多，栅极介质长上去之后，漏电从侧壁走。受伤层要用一次很薄的氧化再去掉，把坏掉的硅吃掉，留下完整的侧壁。这层氧化太厚，鳍会变窄，宽度出带子。太薄，受伤层还在。这层厚度用陪片量，不能和后面正式的栅极介质合成一步。

侧壁和顶上的尖角会把电场集中在角上。角太尖，介质先在角上被打穿。刻蚀之后做一次圆角，让顶角和底角都带一点弧。弧太大，等于把鳍的顶部削掉，电流变小。圆角和宽度一起量。截面里能看见角，平面上看不出来。只看顶视图就放行，角上的弱点要到后面才暴露。

鳍的晶向要认对。沿不同晶向刻出来的侧壁，原子排法不一样，载流子走的快慢不一样，侧壁也更容易或更不容易被刻出斜面。晶向认反，整批的电流和侧壁角度一起偏。进线之前核对缺口方向和鳍的走向。缺口转了九十度，鳍的晶向就整个换了。

密集区和孤立区吃刻蚀气体不一样。密集处反应物更新慢，鳍刻得矮，缝也更不容易刻开，底部容易连在一起。孤立的鳍刻得深，侧壁也更直。只量孤立的大监测图形，产品里最密的那一组会不合格。放行看最小节距的那一组，大图形只用来看机台有没有漂。

底部如果没刻开，两根鳍在根部连成一根宽鳍。平面上仍能看见两条顶，截面里底下是连着的。栅极以为在管两根细鳍，实际上管的是一根粗鳍，漏电从连着的那一截走。这种连鳍用顶视图会漏判。抽查必须剖截面，而且要剖到根部，剖到一半停住，连着的地方还在刀口下面。

一根晶体管常用多根鳍并联。少一根，电流按整数跳一截，不是慢慢漂。少鳍的原因可能是刻蚀把一根刻断了，也可能是两根粘在一起被算成一根，还可能是后面的栅极没有包到某一根。电学上看到电流台阶，要回到该位置数鳍的根数，不要先改掺杂。掺杂改了，少掉的那一根也不会自己长回来。

湿法之后的干燥会把相邻的鳍吸到一起。鳍越高越细，越容易粘连。粘连一旦形成，后面很难再分开，中间的缝也填不进栅极介质。干燥方式、从水里拉出的速度和鳍的高宽比写在一起。只把鳍刻得更高、却不改干燥，高鳍会在清洗这一站成对粘住。粘住的鳍在顶视图里像一根变宽的鳍。

片内的高度图和宽度图要分开看。宽度成环，先查光刻和刻蚀的中心边缘差。高度成扇，先查回刻的气流。两项叠在同一片上，电流会在某个扇区同时偏。只调其中一项，另一项还在。放行要两张图都进带子，不能用一张图的平均值代替另一张。

鳍顶上的硅如果在磨平或回刻时被削掉，沟道的顶部变成氧化物，栅极包上去之后顶上这一面没有硅。电流只剩两侧。这种削顶在平面上不明显，截面里鳍顶是平的，而且比掩模应有的位置低。高度用截面量，也用对掩模剩余厚度敏感的方法量。掩模还在，不代表底下的硅没被削。

后面的栅极介质要贴着三面长。侧壁上如果还有残留的聚合物或氧化，介质会在某一面变厚，这一面的控制变弱。长介质之前的表面处理和鳍的刻蚀分开判。表面没处理好，加长介质时间只会让厚的地方更厚，薄的地方先被打穿。厚度要分三面量，不能只量顶上那一面。

栅极材料填进鳍与鳍的缝里时，缝的底部先填满，顶部才封口。底部留了空洞，栅极在空洞处包不住鳍。空洞和前面氧化物没填好留下的空洞不是同一种。一个在氧化物里，一个在栅极里。截面要标清楚空洞在哪一层。改错步骤，另一层的空洞还在。

电流变大并不都是鳍做对了。鳍被刻得过窄，关断漏电升高，开态电流看起来也大。驱动电流和关断漏电要一起看。只看电流上来了就放行，鳍可能已经细到管不住。电流掉了，也不要立刻把鳍刻宽，先确认是不是少了一根，或是高度被埋进了氧化物。

整条链路是：鳍按晶向刻到该到的深度，侧壁直，底角不掏空，相邻鳍在底部分开，受伤的侧壁被去掉，氧化物回刻把有效高度放进带子，干燥时不粘连，栅极三面都包上且缝里没有空洞。顶视图只看见两条线、截面里底部已经连上，就不要把这片送去后面。

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