FD-SOI制程決勝點在14nm！

　　產(chǎn)業(yè)資深顧問Handel Jones認為，半導體業(yè)者應該盡速轉(zhuǎn)移14奈米FD-SOI (depleted silicon-on-insulator)制程，利用該技術(shù)的眾多優(yōu)勢…

　　半 導體與電子產(chǎn)業(yè)正努力適應制程節(jié)點微縮至28奈米以下之后的閘成本(gate cost)上揚;如下圖所示，在制程微縮同時，每單位面積的邏輯閘或電晶體數(shù)量持續(xù)增加，其速率高于晶圓片成本增加的速率。在另一方面，當制程特征尺寸縮 減時，晶片系統(tǒng)性與參數(shù)性良率會降低，帶來較高的閘成本。

　　在 理想環(huán)境下，每單位面積良率(yield per unit area)會與特征尺寸的縮減一致，因而帶來閘成本的下降;不過現(xiàn)實情況并非如此，因為越來越多的疊對(overlay)等等因素會影響良率。當制程特征 尺寸縮小，也會帶來性能提升以及整體功耗的降低，但代價是更高的閘成本。

　　制程節(jié)點轉(zhuǎn)移至5奈米，需要采用深紫外光(EUV)微影技 術(shù);EU雖然可以減少多重圖形(multiple patterning)步驟以及疊對問題導致的良率損失，晶圓處理成本將會提升，因此導致閘成本跟著提高。半導體產(chǎn)業(yè)可以采用現(xiàn)有的技術(shù)藍圖嘗試提高系統(tǒng) 與參數(shù)良率，或者是評估其他的技術(shù)選項。

　　180奈米(0.18微米)晶圓代工市場的需求量仍然很高，而28奈米的12寸晶圓產(chǎn)量在接下來10~15年將超過150K WPM;因此，新一代的制程技術(shù)選項可以擁有約20~30年的生命周期。

　　除了FinFET之外的技術(shù)選項是FD-SOI，對該技術(shù)功能的分析顯示，其性能與功耗等同于甚至超越FinFET;雖然FinFET結(jié)構(gòu)能為數(shù)位設(shè)計提供優(yōu)勢，但在高頻以及類比混合訊號設(shè)計方面，F(xiàn)inFET架構(gòu)卻有成本與技術(shù)上的劣勢。

　　相 較于其他制程技術(shù)選項，物聯(lián)網(wǎng)(IoT)與Wi-Fi組合晶片等應用，能以FD-SOI達到最佳實現(xiàn)。下表是以16/14奈米FinFET與14奈米 FD-SOI晶圓制造成本的比較;分析顯示，14奈米FD-SOI晶圓成本比16/14奈米FinFET低了7.3%，最重要的原因是前者光罩步驟數(shù)較 少，因此也縮短了晶圓廠生產(chǎn)FD-SOI晶圓的周期。

　　雖 然晶圓成本很重要，對使用者來說還有一個更重要的因素是閘成本;這些成本的比較如下表所示。閘成本是基于晶圓成本、晶片尺寸、產(chǎn)品良率的組合，假設(shè) FinFET與FD-SOI兩種制程技術(shù)生產(chǎn)的晶片尺寸相當，14奈米FD-SOI的閘成本比16/14奈米FinFET低了16.6%，而晶圓廠指標 (wafer fab metrics)也相當。這顯示了FD-SOI頗具競爭力的優(yōu)勢。

　　此外FinFET制程與FD-SOI制程產(chǎn)品的性能也差不多，F(xiàn)D-SOI的功耗則因為使用反偏壓(back biasing)與閾值電壓(threshold voltage)而低于FinFET;反偏壓是在FD-SOI環(huán)境中達成性能與功耗權(quán)衡的關(guān)鍵因素。

　　FD-SOI可望微縮至7奈米節(jié)點

　　ARM 發(fā)表過一篇分析報告，指出Globalfoundries的22奈米FD-SOI技術(shù)，能讓很多設(shè)計在性能與功耗方面與14LPP制程媲美;而期望14奈 米FD-SOI能擁有更低的成本，并有效因應許多正嘗試以10奈米或7奈米FinFET制程實現(xiàn)之設(shè)計的性能與功耗問題。

　　此外，法國研究機構(gòu)CEA-Leti已經(jīng)分析過了將FD-SOI制程微縮至7奈米的潛力，其結(jié)果如下圖所示;能微縮至7奈米，意味著FD-SOI可以擁有超過30年的生命周期，特別是針對物聯(lián)網(wǎng)以及其他低功耗混合訊號設(shè)計。

　　Globalfoundries 已經(jīng)建立了22奈米FD-SOI晶圓產(chǎn)能，并證實在數(shù)位、混合訊號與RF功能性方面表現(xiàn)優(yōu)異;三星電子(Samsung Electronics)建立了28奈米FD-SOI產(chǎn)能，采用該制程實作的設(shè)計數(shù)量正快速增加;意法半導體(STMicroelectronics)也 有28奈米FD-SOI產(chǎn)能，而且是第一家能顯示該制程超越28奈米高介電金屬閘極(HKMG)塊狀CMOS制程的競爭力。

　　對于14奈米FinFET技術(shù)的采用者來說，轉(zhuǎn)移至14奈米FD-SOI制程可取得明顯的好處;制程轉(zhuǎn)移成本應該不高，因為后段制程(BEOL)可以是相同的。雖然新的程式庫與IP還需要開發(fā)以及認證，14奈米FD-SOI制程的生命周期應該有20~30年。

　　FD- SOI是FinFET與三閘極電晶體架構(gòu)(Tri-Gate)的互補技術(shù);對半導體產(chǎn)業(yè)來說很重要的是，最佳技術(shù)應該是針對關(guān)鍵應用，而非讓晶圓供應商聚 焦于最大化FinFET結(jié)構(gòu)的財務優(yōu)勢。在法國南部以非常少量專業(yè)技術(shù)崛起的FD-SOI，現(xiàn)在已是具備全球市場能見度的高利潤技術(shù)，半導體業(yè)者應該考慮 快速轉(zhuǎn)移至該制程以體驗其優(yōu)勢。