FDSOI韜光養(yǎng)晦以待時(shí)變

　　半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)遵循摩爾定律發(fā)展已有數(shù)十年，生命力之強(qiáng)大令人敬畏，這種生命力的背后是馬不停蹄的技術(shù)創(chuàng)新，每一個(gè)革新技術(shù)都為產(chǎn)業(yè)注入前行的動(dòng)力。SOI(Silicon on Insulator，絕緣體上的硅)技術(shù)就是其中之一。

　　SOI韜光養(yǎng)晦二十余年

　　SOI技術(shù)在上世紀(jì)80年代開(kāi)始發(fā)展，其顯著的性能優(yōu)勢(shì)得到業(yè)界公認(rèn)，如抗輻射、低功耗、高速、工藝簡(jiǎn)單等，被認(rèn)為是“二十一世紀(jì)的硅集成電路技術(shù)”。盡管如此，但SOI晶圓制造成本高于普通硅晶圓，因此并未得到推廣。然而SOI技術(shù)的發(fā)展并未就此停止，在諸如抗輻射電路、耐高溫電路等成本相對(duì)不敏感的應(yīng)用中，SOI技術(shù)成為首選。憑借這些特種應(yīng)用的支持，業(yè)界對(duì)于SOI技術(shù)的知識(shí)積累和性能改善從未停止過(guò)，這為SOI后期的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。

　　這種努力并未白費(fèi)。1998年，IBM宣布成功利用SOI技術(shù)制成高性能處理器，這一成果標(biāo)志著SOI正式邁入高性能商用芯片市場(chǎng)。此后的十幾年SOI領(lǐng)域出現(xiàn)了越來(lái)越多領(lǐng)先芯片廠商的身影，除了IBM，AMD、Freescale、GlobalFoundries等芯片大廠先后推出一系列基于SOI的高性能產(chǎn)品和先進(jìn)節(jié)點(diǎn)的代工服務(wù)。業(yè)界曾寄希望于通過(guò)這些大廠的努力，使SOI CMOS技術(shù)成為主流，但這一天并沒(méi)有到來(lái)。一方面晶圓成本仍是問(wèn)題，另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)體硅技術(shù)還沒(méi)有遇到不可逾越的障礙，技術(shù)革新的時(shí)機(jī)尚不成熟。因此，SOI技術(shù)的發(fā)展仍局限于規(guī)模較小的高性能芯片市場(chǎng)。就這樣，SOI又潛伏了十余年。

　　潛龍勿用，是為了等待飛龍?jiān)谔斓臅r(shí)機(jī)。如今，這個(gè)機(jī)會(huì)已近在眼前。

　　體硅CMOS強(qiáng)弩之末 FDSOI或躍在淵

　　體硅CMOS技術(shù)走到22nm之后，特征尺寸已很難繼續(xù)微縮，急需革新技術(shù)來(lái)維持進(jìn)一步發(fā)展。在候選技術(shù)之中，F(xiàn)DSOI(Fully Depleted SOI，全耗盡SOI)技術(shù)極具競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)于FDSOI晶體管，硅薄膜自然地限定了源漏結(jié)深，同時(shí)也限定了源漏結(jié)耗盡區(qū)，從而可改善DIBL(Drain Induced Barrier Lowering，漏致勢(shì)壘降低)等短溝道效應(yīng)，改善器件的亞閾特性，降低電路的靜態(tài)功耗。此外，F(xiàn)DSOI晶體管無(wú)需溝道摻雜，可以避免RDF(Random Dopants Fluctuation，隨機(jī)摻雜漲落)等效應(yīng)，從而保持穩(wěn)定的閾值電壓，同時(shí)還可以避免因摻雜而引起的遷移率退化。

　　SOI晶圓制備技術(shù)的發(fā)展也為FDSOI投入應(yīng)用提供了良好的支撐。為了使晶體管獲得理想的性能，F(xiàn)DSOI晶圓的頂層硅膜和隱埋氧化層(Buried Oxide，BOX)須非常薄。目前市場(chǎng)上已出現(xiàn)相應(yīng)的產(chǎn)品，可滿(mǎn)足現(xiàn)階段的應(yīng)用需求。

　　SOI技術(shù)的發(fā)展環(huán)境也日益改善。自2007年SOI聯(lián)盟(SOI Consortium)成立以來(lái)，越來(lái)越多的公司和機(jī)構(gòu)開(kāi)始關(guān)注SOI技術(shù)，并加入到推廣SOI技術(shù)的隊(duì)伍中。目前SOI聯(lián)盟已有會(huì)員30個(gè)，包括科研機(jī)構(gòu)、材料商、設(shè)備商、集成芯片制造商、芯片設(shè)計(jì)商、芯片代工商、EDA供應(yīng)商等，貫穿整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。在這些廠商的努力下，產(chǎn)業(yè)對(duì)SOI的認(rèn)識(shí)變得更為全面、準(zhǔn)確和深入。

　　綜上所述，F(xiàn)DSOI走向大規(guī)模應(yīng)用的時(shí)機(jī)已經(jīng)到來(lái)，如能成功地縱身一躍，將完成SOI技術(shù)發(fā)展史上最華麗的篇章。

　　移動(dòng)芯片市場(chǎng)的機(jī)會(huì)

　　近期ARM、GlobalFoundries、IBM、STMicroelectronics、Soitec和CEA-Leti聯(lián)合發(fā)布了一份評(píng)估，稱(chēng)FDSOI技術(shù)非常適用于20nm及以下的移動(dòng)芯片。FDSOI的優(yōu)勢(shì)已在基于ARM架構(gòu)的處理器上獲得了證明。

　　隨著智能手機(jī)、平板電腦等電子產(chǎn)品的興起，移動(dòng)芯片市場(chǎng)呈現(xiàn)出良好的增長(zhǎng)勢(shì)頭。未來(lái)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)將日益普及，移動(dòng)芯片市場(chǎng)的潛力無(wú)可限量。FDSOI憑借低功耗殺手锏，若能在移動(dòng)芯片中打下一片天地，那么在新技術(shù)之爭(zhēng)中將獲得舉足輕重的優(yōu)勢(shì)。如今FDSOI得到領(lǐng)先大廠們的認(rèn)證是非常利好的消息，尤其是ARM的助力。近幾年ARM的創(chuàng)新商業(yè)模式使其處理器架構(gòu)廣泛傳播，已在移動(dòng)市場(chǎng)上占得了先機(jī)，讓Intel頭痛不已。得到ARM的認(rèn)同與采用，對(duì)FDSOI具有非凡的意義。如果FDSOI技術(shù)能通過(guò)ARM的渠道滲透市場(chǎng)，就猶如搭上了一艘順風(fēng)快船，星火燎原之勢(shì)指日可待。