警钟：芯片厂商如果忽视22nm FD-SOI工艺，可能错过良机

在近期的一次产业会议上，与会嘉宾给出了关于22nm FD-SOI工艺的更多细节，包括一家生产FD-SOI需要的晶圆裸片的公司SOITEC的演讲。以及，我与业内资深人士沟通后获得的更多细节信息。同时会议期间还专门组织了一场有很多22nm FD-SOI生态系统内的人士参与的会议。

Gary Patton曾是IBM半导体研发部门的负责人。由于IBM当时保留了半导体研发部门，所以Gary可以自愿决定继续留在IBM还是加入GlobalFoundries。最终，他选择了以CTO的身份加入GF。

先介绍一点历史作为背景资料。IBM曾经在其高端处理器上使用SOI，但是不是全耗尽型的只是部分耗尽。这个工艺的性能非常高，但价格也很昂贵，并且这个工艺很难搞定。IBM和GlobalFoundries还有一个在新加坡的RF-SOI工艺，它是现代多频带手机的射频单元中所采用的基底的首选。你的手机里肯定也有RF-SOI的身影，因为目前所有的手机都是多频带的（它比采用SiGe或GaAs便宜不少）。 IBM的射频工艺（他们在这方面是全球领导者）分布在伯灵顿、德累斯顿和新加坡。

Gary提到，尽管IBM决定继续研究FinFET，但它仍然没有放弃在奥尔巴尼进行的FD-SOI的研究。当然，还有意法半导体开发的授权给GlobalFoundries的28nm FD-SOI，但是，当意法半导体和GF把28nm FD-SOI工艺推荐给客户时，却被告知该工艺的性能不够高。因此，他们决定开发一个22nm的版本，以尽量接近FinFET的性能，而且可以以与28nm相同的制造成本进行生产，同时功耗也低得多。

正如在之前的文章中提到的，尽管22FDX的工艺非常模块化，但该工艺家族其实包括4种不同的制程，每个制程虽然都有一些额外的掩膜，但基本的工艺是一致的。

GlobalFoundries既然已经从三星那里得到了14nm FinFET的授权，为什么还这么重视FD-SOI呢？代工业务的驱动力来自于低端市场的大体量和高速增长。虽然，最高端的手机应用处理器需要FinFET，但是价格太高，无法成为主流。想想新兴市场上廉价的应用处理器和需要多达一周的电池寿命吧。

那么，22nm FD-SOI的主要特点有哪些呢？

• 工作电压低至0.4V，它是世界上唯一一个可以把电压做到这么低的工艺，包括所有已知的正在开发中的工艺。
• 集成射频，绝缘衬底让这变得更简单了。
• 体偏压使得在软件控制下可以更好地进行功率和性能的平衡。
• 比28HKMG的功耗低大约70%。
• 性能比28HKMG大约高70%（击穿正向体偏压为1.5V，实际上可以到1.8V），当然不是在最低的功耗下做到这一点的。
• 比FinFET少50%的沉浸层（因此可以显著地降低制造成本和掩膜成本）。
• 比28nm平面工艺的硅片占用面积少20%。

那么，它的可用性怎么样呢？最初的工艺开发套件已经开放给早期的用户和IP开发者了。由于22FDX与28nm FD-SOI很类似，不需要两次图形曝光技术，也不像FinFET那么复杂，所以该工艺进展迅速，设计辅助工具（EDA和IP等）和工艺的发展同期进行，该工艺有望被验证合格后尽快地流片。

所以，该工艺将会怎样进一步发展呢？目前已经进行了内部shuttle，并将在2016年第一季度启动外部shuttle，并计划在2016年底进行风险试产。

显然，该闪电般的第一颗测试芯片比以往任何一版都要接近目标，晶体管准确运行，只有2%的性能折扣。

这一工艺将会在德累斯顿工厂运行，采用与28nm相同的工具集，也可以在马耳他或East Fishkill运行，但是不会安排在新加坡。可为大量的用户提供足够的产能。

我问过Gary关于10nm和7nm的事情，他指出，由于收购了IBM的半导体部门，所以有大量从事了数十年前沿技术开发工作的天才专家，他们大多常驻马耳他，正在加快10/7nm的开发，而且距奥尔巴尼的纳米技术中心也不远，仅有20分钟的车程。

很多公司的CEO们也发表了对FD-SOI的看法，主要结论是，击穿正向体偏压（FBB）是唯一需要特别注意的事情。显然，需要创建物理验证规则系统，但是既然DRC/LVS已经支持20nm平面晶体管、16nm FinFET、28nm FD-SOI，所以预计没有什么问题。从事IP工作的人全都具有28nm FD-SOI经验，所以应该也没什么问题。ARM的Ron Moore证实他们已经拿到了工艺开发套件，正在检验ARM处理器的性能（这也意味着他们必须先建立一个初步的标准单元库）。

所以，FD-SOI工艺已不容忽视。

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