KAIST 告三星、高通侵犯其FinFET 专利，台积电、苹果也躺枪？

2016-12-02 10:18:00 来源: 互联网

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南韩媒体朝鲜日报、东亚日报1 日报导，南韩科学技术院（ KAIST）专利管理子公司 KAIST IP于 11月 30日向德州联邦地方法院提起专利侵权诉讼，控告三星电子、高通（ Qualcomm）和格罗方德（ GlobalFoundries）擅自盗用其所拥有的「 FinFET」技术专利，要求支付专利使用费。

KAIST IP 指出，「长期以来持续和三星就支付使用费一事进行协商，不过三星全面拒绝，导致协商破裂。且除了三星、高通和格罗方格之外，今后也计划对台湾台积电、苹果（ Apple）提告」。

KAIST IP 表示，三星、格罗方格、台积电使用 FinFET技术生产、贩售手机芯片，但却不支付使用费。三星、格罗方格供应芯片给高通，台积电则帮苹果生产 iPhone用芯片。

据报导，三星关系人士表示，「目前正在掌握诉状内容。三星从2000 年代初期就研发 3D半导体技术，并拥有 FinFET技术相关的自家专利」。

KAIST 的 FinFet 专利问题

谈及专利之前，我们先说一下这个技术，首先要了解一下什么是 Fet 。

FET 的全名是「场效晶体管（ Field Effect Transistor， FET）」，先从大家较耳熟能详的「 MOS」来说明。 MOS的全名是「金属－氧化物－半导体场效晶体管（ Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor， MOSFET）」，构造如图一所示，左边灰色的区域（矽）叫做「源极（ Source）」，右边灰色的区域（矽）叫做「汲极（ Drain）」，中间有块金属（红色）突出来叫做「闸极（ Gate）」，闸极下方有一层厚度很薄的氧化物（黄色），因为中间由上而下依序为金属（ Metal）、氧化物（ Oxide）、半导体（ Semiconductor），因此称为「 MOS」。

MOSFET 的工作原理与用途

MOSFET 的工作原理很简单，电子由左边的源极流入，经过闸极下方的电子通道，由右边的汲极流出，中间的闸极则可以决定是否让电子由下方通过，有点像是水龙头的开关一样，因此称为「闸」；电子是由源极流入，也就是电子的来源，因此称为「源」；电子是由汲极流出，看看说文解字里的介绍：汲者，引水于井也，也就是由这里取出电子，因此称为「汲」。

当闸极不加电压，电子无法导通，代表这个元件处于「关（OFF）」的状态，我们可以想像成这个位元是 0，如图一（ a）所示；

当闸极加正电压，电子可以导通，代表这个元件处于「开（ON）」的状态，我们可以想像成这个位元是 1，如图一（ b）所示。

MOSFET 是目前半导体产业最常使用的一种场效晶体管（ FET），科学家将它制作在矽晶圆上，是数位讯号的最小单位，我们可以想像一个 MOSFET代表一个 0或一个 1，就是电脑里的一个「位元（ bit）」。电脑是以 0与 1两种数位讯号来运算；我们可以想像在矽芯片上有数十亿个 MOSFET，就代表数十亿个 0与 1，再用金属导线将这数十亿个 MOSFET的源极、汲极、闸极连结起来，电子讯号在这数十亿个 0与 1之间流通就可以交互运算，最后得到使用者想要的加、减、乘、除运算结果，这就是电脑的基本工作原理。晶圆厂像台积电、联电，就是在矽晶圆上制作数十亿个 MOSFET的工厂。

闸极长度：半导体制程进步的关键

在图一的MOSFET中，「闸极长度（ Gate length）」大约 10纳米，是所有构造中最细小也最难制作的，因此我们常常以闸极长度来代表半导体制程的进步程度，这就是所谓的「制程线宽」。闸极长度会随制程技术的进步而变小，从早期的 0.18微米、 0.13微米，进步到 90纳米、 65纳米、 45纳米、 22纳米，到目前最新制程 10纳米。当闸极长度愈小，则整个 MOSFET就愈小，而同样含有数十亿个 MOSFET的芯片就愈小，封装以后的积体电路就愈小，最后做出来的手机就愈小啰！。 10纳米到底有多小呢？细菌大约 1微米，病毒大约 100纳米，换句话说，人类现在的制程技术可以制作出只有病毒 1/10（ 10纳米）的结构，厉害吧！

注：制程线宽其实就是闸极长度，只是图一看起来10 纳米的闸极长度反而比较短，因此有人习惯把它叫做「线宽」。

FinFET 将半导体制程带入新境界

MOSFET 的结构自发明以来，到现在已使用超过 40年，当闸极长度缩小到 20纳米以下的时候，遇到了许多问题，其中最麻烦的是当闸极长度愈小，源极和汲极的距离就愈近，闸极下方的氧化物也愈薄，电子有可能偷偷溜过去产生「漏电（ Leakage）」；

另外一个更麻烦的问题，原本电子是否能由源极流到汲极是由闸极电压来控制的，但是闸极长度愈小，则闸极与下方通道之间的接触面积（图一红色虚线区域）愈小，也就是闸极对通道的影响力愈小，要如何才能保持闸极对通道的影响力（接触面积）呢？

因此美国加州大学伯克莱分校胡正明、Tsu-Jae King-Liu、 Jeffrey Bokor等三位教授发明了「鳍式场效晶体管（ Fin Field Effect Transistor， FinFET）」，把原本 2D构造的 MOSFET改为 3D的 FinFET，如图二所示，因为构造很像鱼鳍，因此称为「鳍式（ Fin）」。

由图中可以看出原本的源极和汲极拉高变成立体板状结构，让源极和汲极之间的通道变成板状，则闸极与通道之间的接触面积变大了（图二黄色的氧化物与下方接触的区域明显比图一红色虚线区域还大）。

这样一来即使闸极长度缩小到20 纳米以下，仍然保留很大的接触面积，可以控制电子是否能由源极流到汲极，因此可以更妥善的控制电流，同时降低漏电和动态功率耗损，所谓动态功率耗损就是这个 FinFET由状态关变开（ 0变 1）或开变关（ 1变 0）所消耗的电能，降低漏电和动态功率耗损就是可以更省电的意思啰！

掌握FinFET 技术，就是掌握市场竞争力

简而言之，鳍式场效晶体管是闸极长度缩小到20纳米以下的关键，拥有这个技术的制程与专利，才能确保未来在半导体市场上的竞争力，这也是让许多国际大厂趋之若骛的主因。值得一提的是，这个技术的发明人胡正明教授，就是梁孟松的博士论文指导教授。

换句话说，梁孟松是这个技术的核心人物之一。

在这里插一句，由于台积电没有重用梁孟松来研发这个技术，致使他跳糟到三星电子，让三星电子的FinFET 制程技术在短短数年间突飞猛进甚至超越台积电，这才是未来台湾半导体晶圆代工产业最大的危机。

回到正题，所以可以知道 FinFET 是胡正明教授等人所推广的概念，至于KAIST，在FinFet上有什么专利，查阅了相关资料，可以看到，这个控诉是设计2005年申请的一个名为“ Double-gate FinFET device and fabricating method thereof ”的专利，申请者为 Jong-ho Lee ，具体情况如下：

具体来说，这个专利涉及了double-gate FinFET 设备及其制造方法。

专利的相关图如下所示：

关于 KAIST

Korea Advanced Institute of Science and Technology，缩写为 KAIST）是一所位于韩国大田广域市的大学， 1971年由韩国政府创建，是所公立研究型综合大学。 KAIST与首尔国立大学、高丽大学、延世大学及成均馆大学在各项大学排行榜上常列前五大。

KAIST的目标是成为领导韩国产业界核心人才的教育基地，同时也成为一个开放的核心技术基地。《韩国科学技术院法》第一条规定， KAIST的任务是为了韩国科技产业发展的需要，在科技领域培养具有理论功底和实际应用能力的高级科学技术人才；为了国家发展政策的需要，以构建国家科技实力为目的而开展国家级中长期的基础研究和应用研究；为其他研究机构或产业界提供技术支持。

KAIST现建有尖端科学研究所、科学英才教育研究所、数学研究所、纳米科学技术研究所、机械技术研究所和人工卫星研究中心、脑科学研究中心、半导体设计教育研究中心等共 9家研究所、 34家研究中心（国家指定的研究中心有 9家）及 62家不同领域的研究室，堪称韩国基础和高技术研究的摇篮。

2003年该院研究经费为 1,151亿韩元（约合 1亿美元），研究课题 973个，教授人均科研经费 2.47亿韩元。截至 2003年末，在国内外著名刊物上发表论文 33,114篇，其中国外刊物 22,077篇； 2003年在 SCI发表论文 1,577篇，教授人均 4篇。 2003年注册专利 261项，其中国内和国外分别为 181项和 80项。该院建有技术创新中心和新技术事业支援团及专业孵化器，迄今毕业生成功地创办了 580余家高技术风险企业。

KAIST既承担国家课题研究，同时也接受企业委托开发，与三星电子、现代电子、 LG半导体、 SK通信等多家著名企业建立了产学合作关系，根据企业需求从事课题共同研究和定向人才培养，所需经费由相关企业提供。虽然 KAIST的历史不长，但是其毕业生活跃在韩国的三星电子、 LG电子、现代汽车、电信等很多大企业。

KAIST 还与美、日、法、德、中国等世界22 个国家的57所大学及研究机构建立了合作关系，其中包括中国的清华大学、上海交大、天津大学、哈尔滨工业大学和华南理工大学，美国的MIT、Stanford、Michigan等高等院校，每年频繁地开展学者互访、学生交换、信息互通和合作研究。