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三星成FD-SOI工艺救命稻草?

2015/02/11
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不少代工厂都宣称已经从意法半导体那里获得了FD-SOI技术的授权,然后就再没动静了。
GlobalFoundries在两年前就发表了这样的声明,三星在去年的设计自动化会议上也做出了类似的声明,但是这两家公司从那以后就再也没有给出更多的关于FD-SOI的消息。当然,关于14/16nm,人们最关注的还是FinFET,但事实上,把设计迁移到FinFET上的案例也相当少。 很多设计还是停留在28nm或更大尺寸的工艺上(比如,台积电重新设计了45nm和65nm工艺得出一个超低功耗的版本)。由于可以提供大部分20nm工艺才具备的特征,FD-SOI被视为可以扩充28nm工艺的一个很好的方式,如果采用偏压技术甚至可以实现更低的功耗,并且因为比采用基板平面较便宜所以成本也会稍微降低一些。特别是,我并没看到物联网设备采用14/16nm SoC进行设计,而更适合于模拟和射频组件的28nm工艺更可能充当拉动这个市场成长的动力。

来回顾下工艺演进的历史。在尺寸下降到130nm之前,我们一直在缩小包括栅氧化层厚度在内的所有尺寸,然后这条路开始走不通了。从那时起,开始在90nm工艺引入铜互连,65nm时引入低K电介质,45nm时引入应变硅技术,32/28nm时引入高K金属栅极技术,基本上就是材料创新的编年史。到了20nm的平面工艺,已经达到闸极长度的缩放极限,此后业界从两个方向展开结构创新,分别是FinFET和FD-SOI(最初是针对28nm的改进)。FD-SOI面临的挑战之一是它目前仅获得意法半导体的使用,客户显然希望看到其他的使用者。当然,客户需要考量很多因素,包括每个晶体管的单位成本、IP支持、性能,还有最重要的,就是低功耗。三星目前是世界排名第二(或者第三,取决于你的判断角度)的代工厂,有了它的支持,可信度会提高很多。

上个月在东京举行的FD-SOI和RF-SOI论坛上,三星做了关于FD-SOI的演讲。另外一个有趣的演示来自索尼,它采用了28nm FD-SOI进行其RF设计。不过,事实是,客户(不是指代工厂)已经开始认可这种工艺,这对FD-SOI生态系统而言确实是一个好消息。

三星重点强调了成本问题,因为相比于28nm基板高K金属栅极(28HKMG),28nm FD-SOI需要的工艺步骤更少,而且它们的后段制程是相同的。这种更简单的工艺帮助抵消了SOI的衬底比基板更贵的事实。

FD-SOI比28HKMG性能更高,功耗更小,而占位面积不变,而且它在所有方面都超过了45bulk或28PSION工艺。

三星强调,更好的短沟道控制意味着更短的沟道长度和更大的栅极偏压。这会在性能和漏电控制上提供方便。门级偏压是物理效应,体偏压是电子效应,它们可以用来在不考虑性能或电路处于空闲模式时降低漏电。但是FD-SOI真正的亮点在于其电压可以进一步降低至0.63V,同时保持合理的性能及更低的功耗。

三星在2014年9月完成了该工艺的全资质验证,其PMOS和NMOS晶体管也通过了所有测试。
 

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