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只能FinFET或FD-SOI,?二合一也行

2015-07-07

  在我們大多數(shù)人“非黑即白”、“非此即彼”的觀念里,,半導體業(yè)者應該不是選擇FinFET就是FD-SOI制程技術,;不過既然像是臺積電(TSMC)、GlobalFoundrie或三星(Samsung)等晶圓代工廠,,必須要同時提供以上兩種制程產能服務客戶,,有越來越多半導體制造商也正在考慮也致力提供“兩全其美”的制程技術。

  例如飛思卡爾半導體(Freescale Semiconductor)最近就透露,,該公司正在14至16奈米節(jié)點采用FinFET技術,,以及在28奈米節(jié)點采用FD-SOI制程技術,只為了達成相同的目標--更高的速度以及更低的功耗--不過是針對不同的半導體元件產品,;此外飛思卡爾也在嘗試在下一世代的半導體制程節(jié)點,,將兩種技術結合在一起,。

  “飛思卡爾與所有的晶圓代工業(yè)者都有合作關系,也具備從低復雜性到超高復雜性的制程技術與連結技術能力,,其中有很多是獨家的;”飛思卡爾微控制器(MCU)事業(yè)群的應用處理器與先進技術副總裁Ron Martino表示:“因此,,我們已經針對FinFET與FD-SOI制程開發(fā)了最佳化的技術藍圖,。”

  Martino進一步舉例指出,,F(xiàn)D-SOI晶圓片較昂貴,不過適合低功耗或高性能的應用,,搭配飛思卡爾的28奈米i.MX非常完美;至于FinFET制程,,該公司認為該技術是數(shù)位連網(wǎng)(digital networking)產品線成功的關鍵,,能以良好的價格與性能比達成他們提高產品速度的目標,。

  SOI產業(yè)聯(lián)盟(成員包括IBM,、Imec,、Soitec,、ST與飛思卡爾)已經嘗試將FinFET技術與SOI結合,圖中顯示埋入氧化層(buried-oxide,,BOX,;圖右)已經為FD-SOI薄化 (圖片來源:SOI產業(yè)聯(lián)盟)

  Martino甚至認為,,未來可能會有一些透過結合FinFET與FD-SOI所帶來的“驚喜”,也許是將這兩種技術在下一個半導體制程節(jié)點合并在一起,,同時在未來許多年維持以28奈米FD-SOI制造較低階的產品。

  “FD-SOI制程需要感測器整合,,28奈米節(jié)點具備所需的RF與類比功能,,能讓許多可穿戴式裝置在連結性與低功耗方面取得具吸引力的平衡;”Martino表示:“各個節(jié)點的甜蜜點(sweet spot)是FD-SOI在40奈米節(jié)點與28奈米節(jié)點,,F(xiàn)inFET則是更先進的節(jié)點如14~16奈米節(jié)點。在制程微縮以及成本的最佳化方面,,我們將看我們能如何有效地利用FD-SOI與FinFET,。”

  圖中顯示在SOI上的FinFET之鰭式電晶體如何能被更好的隔離,,以及無期限的通道如何簡化了制程步驟 (圖片來源:SOI產業(yè)聯(lián)盟)

  意法半導體(STMicroelectronics)是選擇FD-SOI優(yōu)先于FinFET,,前者是藉由在電晶體(BOX)之下放置一層薄的絕緣體,,因此讓未摻雜的通道達到全空乏(full-depletion),將泄漏電流縮減到最小,。不過FD-SOI還有一個通常被忽視的優(yōu)勢,,是極化(polarize) BOX下方基板的能力,,也就是“順向基底偏壓(forward body biasing,,F(xiàn)BB)”,。

  順向基底偏壓在功耗與性能折衷的最佳化方面非常有效率,而且藉由在運作過程中改變偏置電壓,,設計工程師能讓他們的電晶體在不使用時達到超低功耗,,但又能在速度如常時于關鍵時刻達到超高效能,。

  飛思卡爾表示,F(xiàn)D-SOI在28奈米節(jié)點與非常省電之低功耗元件的智慧整合方面是領先技術,,而且能擴展到28奈米以下,F(xiàn)inFET則是在更先進的制程節(jié)點產出今日最高性能的元件,;這兩種技術都會產生全空乏通道,,只是以不同的方式--所以如果讓兩者結合在一起呢?

  塊狀晶圓與SOI晶圓上的FinFET成本差異,,會隨著所需的額外制程步驟而抵銷,,但在SOI上仍然較昂貴 (圖片來源:SOI產業(yè)聯(lián)盟)

  “FD-SOI是全空乏,F(xiàn)inFET也是全空乏,,你甚至可以將兩種技術結合在一起,;”Martino 表示:“總之,,飛思卡爾將繼續(xù)最佳化我們的產品陣容,因為我們需要廣泛的技術與制程,,從i.MX最佳化到嵌入式快閃記憶體最佳化,所有都將會需要適合它們的制程,。”

  有些半導體業(yè)者專注于FD-SOI,,有一些則鎖定FinFET,,但對無晶圓廠業(yè)者與半無晶圓廠(semi-fabless)來說,晶圓代工業(yè)者能提供兩種技術選項,;所以為什么不將兩者混搭甚至結合在一起呢?事實上SOI產業(yè)聯(lián)盟,,正在實驗于7奈米節(jié)點結合兩種技術,跨越閘極全面拓展鰭式架構,,而且利用三五族(III-V)通道。


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