登录注册   忘记密码

都在跟风FinFET的同时,中国先进半导体需要FD-SOI技术

随着中国生产智能手机的数量增多,消耗的半导体占比也是呈现飞速的增长。2010年这一占比为15.8%,而预计到2025年将会增长到60%。虽然中国企业生产的产品增加了,消耗也增加了,但是我们依然面临着一个严峻的问题:中国半导体企业需要加强自身的设计能力。以2015年到2025年这十年间为例,中国半导体企业从国内公司获得支持仅为10.1%,到2025年将增长到18.8%。


但是,中国半导体企业的增长速度和自身能力的增长完全不成比例,绝大多数设计还是以来国外企业。为解决这一问题首先考虑的是从技术方面寻找突破口。随着2014年,大基金的成立,中国半导体企业通过并购、建厂、建立研发基地以及发生了翻天覆地的变化。

 

体硅CMOS技术走到22nm之后,因为光刻技术所限,特征尺寸已很难继续微缩,急需革新技术来维持进一步发展。在众多的候选技术之中,立体型结构的FinFET晶体管,与基于SOI的超薄绝缘层上硅体技术 (UTB-SOI,也就是我们常说的FD-SOI晶体管技术) 极具竞争力。但是FinFET技术不仅需要大量的资金投入,也需要深入的技术研究,这些都不是短期内能够弥补的。更不要说随着收购愈来愈难,先进的技术很难真正进入国内。这时候,我们却从另一个角度看到了突破的希望,那就是FD-SOI工艺。


对于FD-SOI晶体管,硅薄膜自然地限定了源漏结深,同时也限定了源漏结的耗尽区,从而可改善DIBL(Drain Induced Barrier Lowering,漏致势垒降低)等短沟道效应,改善器件的亚阈特性,降低电路的静态功耗。此外,FD-SOI晶体管无需沟道掺杂,可以避免RDF(Random Dopants Fluctuation,随机掺杂涨落)等效应,从而保持稳定的阈值电压,同时还可以避免因掺杂而引起的迁移率退化。

 

FD-SOI技术不仅能得到FinFET全耗尽晶体管带给平面传统技术的全部好处,而且还能实现后者无法达到的先进的负偏压(back bias)技术。

 

FD-SOI工艺可以将工作电压降低至大约0.6V,而相比之下Bulk CMOS工艺的最小极限值一般在0.9V左右。使用FDSOI的后向偏置技术可以提供更宽动态范围的性能,因此特别适合移动和消费级多媒体应用。

 

FD-SOI,SOI中位于顶层的硅层厚度会减薄至5-20nm,这样器件工作时栅极下面沟道位置下方的耗尽层便可充满整个硅薄膜层,如此便可消除在PD-SOI(PD为部分耗尽)中常见的浮体效应。

 

在部分耗尽型SOI结构中,SOI中顶层硅层的厚度为50-90nm,因此沟道下方的硅层中仅有部分被耗尽层占据,由此可导致电荷在耗尽层以下的电中性区域中累积,造成所谓的浮体效应。

 

作为与FinFET技术几乎同时出现的另一种工艺技术,FD-SOI工艺似乎一直活在FinFET的阴影里,难见天日。

 

但是随着物联网、人工智能、智能驾驶这样的新应用对半导体提出了全新的挑战,而FinFET工艺也遇到了瓶颈,尤其是FinFET的制造、研发成本越来越高,已经远远不是一般玩家能够承受的起的了。

 

在今年9月26日举行的第五届上海FD-SOI论坛上,作为在工艺成本方面很有研究的专家,Handel Jones 先生指出,在相同的条件下,12nm FD-SOI的工艺要比7nm FinFET工艺在成本上低27%。

微信图片_20170927101227.jpg

更加详细的比较就是:12nm FD-SOI要比16nm FinFET成本低22.4%,比10nm FinFET低23.4%,比7nm 低27%。当然这些都是在比较理想的情况下进行估计的。

TIM截图20170927101909.jpg

可以说,FD-SOI工艺的主要价值就体现在低成本、低功耗和高性能上。

TIM截图20170927101927.jpg

从设计成本上来说,12nm FD-SOI工艺的设计成本大概在5000万美元到5500万美元,而16nm FinFET的设计成本就已经达到了7200万美元。还是存在着很大的差距。

TIM截图20170927102042.jpg


总结

因此,在Handel Jones 先生看来,FD-SOI具有以下几点优势:

    1.FD-SOI工艺的入门成本要比FinFET,同时能够提供很好低功耗和高性能体验。

    2.目前来看,FD-SOI工艺的设计成本比FinFET更低。

    3.像RF、 eNVM这样的应用使用FD-SOI工艺将会更加有效。

 

那么为什么FD-SOI没有爆发呢?Handel Jones 先生认为主要是以下几点原因限制了FD-SOI工艺的发展。

    1.FD-SOI的好处没有得到充分的认识。

    2.IP还没有到位,生态系统没有建立起来。

    3.目前厂商都过于乐观的估计了未来FinFET工艺的发展,无论是生产成本还是设计成本都存在盲目乐观的情况。

 

因此,Handel Jones 先生在演讲最后表示,中国公司如果只是关注FinFET想要追赶是非常困难,也应当关注其他高性能,低功耗的技术,而目前来看,FD-SOI就是一个很好的选择!


您的评论:

0

用户评价

  • 暂无评论