평면 MOSFET vs FinFET: 업계가 전환한 이유

평면 MOSFET은 평평한 채널 위에 게이트가 있어 게이트가 한쪽에서만 채널을 제어합니다. 게이트 길이가 약 20 nm보다 짧아지면서 드레인이 채널에 지나치게 영향을 미치기 시작했고, 누설과 단채널 효과가 커졌습니다. FinFET은 채널을 얇은 수직 핀으로 세우고 게이트가 세 면을 감싸게 하여 훨씬 더 엄격한 제어를 제공합니다. 그래서 로직은 22 nm와 16/14 nm 노드부터 평면 트랜지스터에서 FinFET으로 전환되었습니다.

비교 항목	평면 MOSFET	FinFET
구조	게이트가 평평한 채널 위에 놓임	게이트가 얇은 수직 실리콘 핀의 세 면을 감쌈
게이트 제어	한쪽에서만: 짧은 게이트 길이에서는 약함	세 면에서: 훨씬 강함
단채널 효과(DIBL 등)	작은 치수에서 심각	크게 억제됨
누설 전류	미세화된 소자에서 더 높음	더 낮음
서브스레숄드 스윙	소자가 작아질수록 악화	디케이드당 약 60 mV라는 이상값에 가까움
면적당 구동 전류	더 낮음	더 높음: 채널 폭에 핀 양쪽 측면과 윗면이 포함됨
채널 도핑	높은 도핑으로 무작위 도펀트 요동 발생	낮은 도핑 또는 무도핑이어서 편차가 적음
폭 조절	연속적: 어떤 폭이든 그릴 수 있음	단계적: 핀의 개수로 결정됨
제조	더 단순하고 저렴	더 복잡함: 핀 패터닝과 3차원 게이트 형성
오늘날의 사용처	성숙 노드(28 nm 이상): 아날로그, 마이크로컨트롤러, RF, IoT	16/14 nm에서 약 3 nm에 이르는 첨단 로직

수치는 대략적인 자릿수 기준이며, 공정 세대와 제품에 따라 달라져요.

상황별 선택 기준

평면: 최소 노드가 필요하지 않고 마지막 한 줌의 속도보다 비용이 중요할 때: 아날로그, 혼성 신호, 많은 마이크로컨트롤러.
FinFET: 작은 치수에서 성능과 낮은 누설이 필수일 때: 스마트폰, PC, 데이터센터 프로세서.

자주 묻는 질문

평면 트랜지스터는 왜 미세화가 멈췄나요?

게이트 길이가 약 20 nm 아래로 내려가면서 드레인이 채널에 지나치게 영향을 미치기 시작했고(DIBL 같은 단채널 효과), 한쪽에서의 게이트 제어로는 막을 수 없는 누설이 생겼기 때문입니다.

FinFET은 어떻게 누설을 줄이나요?

게이트가 얇은 수직 핀의 세 면을 감싸 채널을 더 잘 제어하므로 트랜지스터가 더 완전하게 꺼집니다.

평면 기술은 구식이 되었나요?

아닙니다. 28 nm 이상의 성숙 노드는 비용이 더 중요한 아날로그, 마이크로컨트롤러, RF, IoT 칩에 여전히 평면 트랜지스터를 사용합니다.

FinFET 채널을 도핑하지 않아도 되는 이유는 무엇인가요?

강한 게이트 제어 덕분에 높은 채널 도핑이 필요 없어 무작위 도펀트 요동을 피하고 트랜지스터 간 편차를 줄일 수 있기 때문입니다.

주요 용어 설명

FinFET: ひれ(フィン)状に立てたチャネルをゲートが3方向から囲む立体構造のトランジスタ。短チャネル効果を抑えやすい。
短チャネル効果: ゲート長が短くなると、ドレインの電界の影響でしきい値電圧が下がったり、オフ時のリーク電流が増えたりする現象。
DIBL: Drain Induced Barrier Lowering の略。短チャネルのMOSFETで、ドレイン電圧が高いほどソース側の電位障壁が下がり、しきい値電圧が低下する現象。オフ時のリーク電流を増やす。