超越摩尔定律，三星声称通过其最新架构 - 多桥通道场效应晶体管（MBCFET，multi-bridge-channel field-effect transistor），在3 nm工艺节点方面已经实现了业界第一。

三星代工业务和半导体研发中心的领导举起三根手指作为3nm的象征，庆祝该公司首次生产采用GAA架构的3nm工艺

半导体行业的历史很大程度上是摩尔定律定义的缩小工艺节点大小的历史。这种趋势大约始于20世纪60年代，在随后的几十年里似乎一直很轻松，直到最近几年该行业陷入困境，满足摩尔定律似乎变得越来越困难了。

在7 nm节点附近，缩放变得非常困难，因为量子效应和制造挑战等新考虑因素限制了我们像以前一样容易扩展的能力。

台积电工艺节点缩放的例子

面对这一挑战，三星在业界取得的突破成为了一个重大新闻，因为它宣布它已成为第一个开始生产3纳米工艺的公司。

在本文中，我们将介绍扩展方面的一些挑战，三星新的多桥通道FET（MBCFET）技术，以及其最新工艺节点开发方面的新闻。

半导体工艺节点缩减的历史

随着晶体管节点尺寸的尺寸在2010年代初开始达到极致，该行业开始在MOSFET性能、控制和制造方面面临重大挑战。

具体而言，随着晶体管的缩小，随着沟道长度的减少，诸如短通道效应和亚阈值泄漏等问题变得更加严重。

为了解决这个问题，工程师们不得不更换传统的平面MOSFET，英特尔在2011年推出了该解决方案，名为FinFET。FinFET（鳍式场效应晶体管，fin-shaped field-effect transistor）允许MOSFET的有效通道宽度显著增加，这最终有助于控制短通道行为和器件的亚阈值泄漏。

平面（左）与FinFET（右）晶体管架构

然而，随着规模的继续，FinFET也需要发展。为了继续使用FinFET技术在缩小尺寸的同时实现性能提升，主要因素包括翅片宽度缩放以获得更好的栅极可控性，翅片间距缩放以减小电容，以及鳍片高度增加以增加直流。

MOSFET架构的演进

如今，该行业已发展到使用栅极全能（GAA，gate-all-around）MOSFET，可在栅极和通道之间提供更大的电容耦合。如今，GAA FET通常基于纳米线，其中堆积了许多导线层以增加总通道宽度。

尽管有这种解决方案，但大多数行业都在努力解决翅片蚀刻，切割和倾斜等领域缺乏工艺裕度的问题。这个问题一直是该行业超越5纳米节点的最大挑战之一。

三星使用 MBCFET 达到 3 nm

现在，三星已经突破了持续扩展的障碍，因为它最近宣布已开始生产其3 nm工艺。根据三星的说法，使其达到这一点的关键技术是其最新的MOSFET架构MBCFET。

MBCFET可以归类为GAA技术;然而，它偏离了使用纳米线的行业标准，而是使用宽度大于导线的片状结构。通过使用纳米片而不是纳米线，MBCFET可以提供几个关键优势，例如通过控制片宽来连续调整沟道宽度。

除此之外，MBCFET还可以提供结构变化，使器件的所有四个侧面都能充当通道。

MBCFET使用纳米片而不是纳米线

通过这些创新，三星声称其MBCFET可以提供更低的工作电压，更高的电流效率（即驱动电流能力）和高设计灵活性。这些进步最终形成了一项新技术，使三星能够在3 nm节点上成功制造。

据三星介绍，与5纳米工艺相比，其第一代3纳米工艺可以降低高达45%的功耗，性能提高23%，面积减少16%。未来的目标包括第二代3 nm节点，该节点将进一步降低高达50%的功耗，将性能提高30%，并将面积减少35%。

进一步推动缩小工艺节点

该行业竞争激烈，多年来一直在努力达到3 nm节点。随着三星在生产中达到3nm，该公司标志着半导体行业的巨大里程碑，并为半导体器件技术未来的持续改进创造了希望。