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FinFET与FD-SOI阵营都是怎么站队的?
发布时间:2017/2/20 17:45:39 访问次数:

随着现代科技的不断发展,半导体产业已经逐渐成为一个国家综合实力的重要标志,芯片产业每1 美元的产值能够带动100 美元的GDP。其中晶圆制造作为半导体产业链中的重中之重,占全球整个半导体市场比重达58.21%,因此芯片制造环节是制约或推动半导体产业发展的重要因素。FinFET与FD-SOI两种技术在不断抢夺半导体市场。

就未来汽车市场以及IOT市场来说,只是汽车半导体就有410亿美元的市场,IOT方面与半导体相关市场份额也占到了420亿美元。由此可见半导体晶圆的需求量甚大。而只是这两方面市场就用到了FinFET与FD-SOI两种技术。举个例子来讲,格罗方德的14FinFET主要是应用在高端的手机客户端、电脑图像应用,而22FDX主要是在一些移动设备的应用。那么这两种技术最根本的差别在哪里?

FinFET结构看起来像鱼鳍,所以也被称为鳍型结构,其最大的优点是Gate三面环绕D、S两极之间的沟道(通道),实际的沟道宽度急剧地变宽,沟道的导通电阻急剧地降低,流过电流的能力大大增强;同时也极大地减少了漏电流的产生,这样就可以和以前一样继续进一步减小栅长。

FD-SOI(全耗尽绝缘层上硅)技术仍然采用平面型晶体管,其硅薄膜可自然地限定源漏结深,同时限定了源漏结的耗尽区,从而可改善DIBL(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(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。

体偏压技术(body-bias)是FD-SOI技术所独有的特点,也是让该技术最受关注的特点。通过把硅做得极薄,让它可以全部耗尽,所以不会再漏电流。如果再将氧化硅层做的非常薄,同时放入偏置装置(bias),就可以调节控制这个晶体管。如果放入的是正偏压,可以实现性能快速增强;如果放入的是负偏压,我们实际上可以关掉该装置。让它实现很低的漏电流,大概是1pA/micron的水平。

先进逻辑工艺自28纳米节点分野之后,FinFET与FD-SOI工艺的争论就开始出现。两大工艺均家支持者,英特尔与台积电是FinFET路线的坚定支持者,二者目前均无发展FD-SOI工艺的计划。
目前全球四大半导体代工厂中的两家——三星及格罗方德——已经宣布计划量产并采用FD-SOI晶圆进行多项试产也是FD-SOI工艺的坚定支持者。全球有三家位于三大洲的公司能够供应FD-SOI晶圆,包括法国Soitec、日本信越半导体(SHE)、美国SunEdison。这三家公司均采用了行业标准的SOI晶园制造技术。

法国Soitec已实现FD-SOI晶园的高良率成熟量产,其300mm晶圆厂能够支持28nm、22nm及更为先进的节点上大规模采用FD-SOI技术。

Globalfoundries的成都新厂,发展22FDX技术。GF 22FDX市场主要针对于低端智能手机、无线物联网、自动驾驶汽车、便携式相机。与此同时,为了紧跟22FDX的脚步GF也会进行12FDX的研发。12FDX晶圆将会比22FDX小35%,但是它的性能却可以做到25%的更佳。12FDX、20FDX加之RF-SOI和SiGe技术的结合将会更好地应对未来移动计算的发展。

除了以上国外晶圆巨头们发展FD-SOI技术,还有一些中国企业正默默地将半导体制造技术发展聚焦于FD-SOI制程:

上海新傲科技(Simgui)在2015年秋天开始量产该公司首批8吋SOI晶圆片,采用法国业者Soitec的SmartCut制程技术。

中国的上海硅产业投资有限公司在去年收购14.5%的Soitec股权。NSIG与中国的大基金有所不同,后者是一个在2016年初由大基金所成立的投资平台,其任务是建立半导体材料产业生态系统,聚焦于超越摩尔定律。

上海华力微电子的高层前往美国参加SEMI主办之产业策略高峰会时,分享了一张投影片显示FD-SOI是该公司投资额达59亿美元之Fab2计划的一部分。

不过SOI硅片一直无法压低成本,目前8英寸的SOI硅片每片要300-400美元,而通常的硅片每片才30-40美元,相差十倍。因此估计SOI代工硅片价格应该在每片1000美元左右,而中国的代工厂,8英寸硅片平均代工价格在每片约400美元。

目前中国的FD-SOI技术尚没有实现规模化量产阶段,IC设计公司可能尚处在多任务硅片MPW的设计验证阶段。对于大陆SOI产业链的发展需要政府部门牵头,制定规划,并引导与资金支持,目前阶段不可能单靠单一厂家解决所有问题。

中国设计公司能否参与到FD-SOI工艺发展中去,将是FD-SOI工艺能否成功的关键。目前国际客户数量不够,无法支撑FD-SOI工艺成熟,而中国半导体制造工艺原本就落后,如果从国家战略层面推动国内设计公司采用FD-SOI工艺,那么将是FD-SOI工艺的极大机遇。

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