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FD-SOI叫板FinFET，格罗方德一路狂奔

2016-10-23 23:34:00 来源: 互联网

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在先进的集成电路制造工艺方面，由Intel主导的FinFET一直大行其道。而最近这几年，SOI，包括FD-SOI和RF-SOI越来越受到人们的关注，其技术优势和应用前景也越发地被看好。晶圆代工厂格罗方德（GLOBALFOUNDRIES）及其合作伙伴，包括三星、索尼、STM（意法半导体）、芯原微电子、Invecas等，在FD-SOI方面的投入力度越来越大，颇有与FinFET分庭抗礼之势。

在应用层面，总的来说，FinFET的目标市场是中高端的高性能集成电路，而FD-SOI则是面向中端的、要求低功耗和高性价比的应用。

FD-SOI是个什么鬼优势何在

FD-SOI（FullyDepleted-Silicon-On-Insulator，薄膜全耗尽绝缘衬底上的硅），就是硅晶体管结构在绝缘体之上的意思，原理就是在硅晶体管之间，加入绝缘体物质，使两者之间的寄生电容大幅度降低。基于薄膜SOI结构的器件由于硅膜的全部耗尽完全消除”翘曲效应”，且这类器件具有低电场、高跨导、良好的短沟道特性和接近理想的亚阈值斜率等优点。因此，FD-SOI应该是非常有前景的SOI结构。

与体硅材料相比，FD-SOI具有如下优点：1)减小了寄生电容，提高了运行速度；2)由于减少了寄生电容，降低了漏电，具有更低的功耗；3)消除了闩锁效应；4)抑制了衬底的脉冲电流干扰，减少了软错误的发生；5)与现有硅工艺兼容，还可减少工序。

目前来看，FD-SOI是使用28/40/55nm工艺芯片的厂商升级先进节点较为理想的选择。以22nm的FD-SOI为例，其研发成本比FinFET低很多，与16nm的FinFET相比，它可以减少50%的MOL设计规则，减少10~20%的总规则，等等。可以看出，FD-SOI技术可以平面式片上系统的开发成本实现FinFET的峰值性能。

VLSI所做的一份全球调研显示，很多厂商选择了FD-SOI技术及其产品。它在商业方面的应用有几个比较明显的优势，一是它提供了很多产品的差异化，更短的设计周期，更多的设计余量，并且运用了AMS的设计，使它更强大，并且简单易用。使用FD-SOI还有几个主要的技术原因，最主要的一点就是低功耗，另外，它还可以实现逆向体偏差，并且能进行模拟配对和增加。

FD-SOI的市场驱动力

观察宏观市场的发展状况，我们会发现，现在市场上有几个主要的动态，而这些都是推广FD-SOI的绝佳契机，其自身固有的优势完全能满足这些市场的需求。

第一，手机的市场趋向饱和，因此负责这个市场的客户要求他们的系统能实现更高级别的集成化。手机市场正在高速变化，但有些需求是始终不变的，比如手机必须在有需要的时候提供非常高的性能，但是它的耗电又必须很低。

另一个市场趋势就是AI（人工智能）的盛行，要想做好AI的升级，就必须要求计算机的运行速度、计算速度非常高，总的来讲，在移动设备上的要求是，要在需要的时候提供高性能，但是耗电跟漏电都要很低。

第三个，AR和DNN的技术将越来越成熟，我们会看到越来越多的可穿戴设备进入市场和人们的生活，可穿戴设备必须非常小而轻，因此它要求具备非常高速的计算能力，同时耗电要很低。

5G技术快速发展，这就要求很强大的基站以及很好的终端设备。

格罗方德的执着

作为行业3大晶圆代工厂商之一，格罗方德这几年一直在大力推广FD-SOI技术。该公司于2015年提出了22FDX（22nm工艺）产品规划。而就在前几天举行的第三届上海FD-SOI与RF-SOI论坛上，该公司又发布了12FDX（12nm工艺）平台计划。格罗方德也是业界第一个推出下一代FD-SOI技术路线图的厂家。

该公司产品管理事业群高级副总裁AlainMutricy表示，他们计划在2017年量产22FDX，并且在2019年量产12FDX。据说，12FDX的工作电压将低于0.4伏，该技术的优势是它能够改变体偏压，相比16nm和14nm的FinFET工艺，12FDX的能耗降低了50%。

格罗方德首席技术官兼全球研发高级副总裁Dr.GaryPatton表示，22FDX已经整合了RF，最重要的一点是能够实现智能缩放，无需三重/四重曝光。对比10nm的FinFET，它的掩膜成本降低了40%，并且在模拟设计方面也更加灵活，降低40%，这就意味着降低成本，并减少了设计周期。

目前，FD-SOI推广的最大障碍就是不完善的生态系统以及缺少相关的IP，因此，格罗方德在这些方面做了不少工作。AlainMutricy表示，我们的FDX客户需要资源、IP，他们需要更好的解决方案，以便更好地支持下一代系统和设备的设计。

AlainMutricy表示，为了帮助客户减少FDX的设计周期，加速上市时间。格罗方德的最初合作伙伴为我们开发了一系列的工具，比如EDA和一些IP，而且他们也开发了一些针对性的模块，把这些模块整合到应用当中，支持一系列的性能。另外，我们有一个初始合作伙伴叫Invecas，他们是格罗方德在全球的战略合作伙伴，他们为我们开发了一系列的IP，比如基础的IP和用户界面等等。

大约有30种不同的IP都是基于22FDX开发的。这些IP都已经经过验证，我们的客户已经可以马上进行产品设计，他们还会提供一些设计方案，这些方案能够支持我们的客户对技术上的一些要求，尤其是SOC。我们很高兴宣布，Invecas已经基于ASIC的平台跟我们签订了协议，以提供支持。在接下来的几周也会有更多的伙伴加入到我们当中来。

三星主攻28nm节点

三星是FD-SOI的重要推动力量。由于摩尔定律发展到28nm工艺节点的时候，出现了不同以往的情况，即从28nm开始，再向更高节点发展，如20、16、14、10、7nm等等，每集成电路当中每个晶体管的成本不再下降，而是提升。

所以该公司认为28nm工艺更适合物联网（IoT）在成本、功耗和性能方面的要求，特别是MCU和传感器产品。因此，三星LSI推出了“28FDS”技术和产品，并且于今年开始量产。

在FD-SOI的技术攻坚方面，三星一直在与STM和IBM紧密合作，解决了一些列的技术难题，并将研发成果应用于28FDS产品。

芯原微电子为FD-SOI做好设计服务工作

作为一家中国本土的IP和生态系统服务商，芯原微电子（VeriSilicon）也一直在关注并支持着FD-SOI的发展。该公司创始人，董事长兼总裁戴伟民（WayneDai）表示：“我们是一家SiPaaS平台即服务公司，芯原的业务主要以以IP为中心，提供基于平台、端到端的一站式设计服务。”

在为FD-SOI提供设计服务方面，戴伟民介绍了FD-SOI低功耗存储编译器，其具有低功耗、低漏电流、支持体偏压等特点，并且已经为三星的28FDS和格罗方德的22FDX做好了设计服务准备，并期望在今年的第四季度实现出货。

戴伟民还介绍了SOI材料在中国的发展情况。

中国的FD-SOI晶囿厂将花落谁家呢？让我们拭目以待。

索尼GPS芯片支持华米手表低功耗

索尼（SONY）公司也是FD-SOI的重要践行者。该公司为我们带来了其采用FD-SOI（整合了RF功能）工艺制造的GPS芯片CXD5603GF。该产品已于今年3月量产出货。

由于物联网器件对低功耗的要求很高，GPS芯片在这方面尤为突出，据介绍，索尼公司是从2013年开始投入进行FD-SOI技术研发的。要想实现低功耗，首先要实现地工作电压。CXD5603GF成功的关键就在于，其实现了0.65V的工作电压，这样，与其前一代产品CXD5600GF相比，功耗由原来的6.3mW降到了1.5mW。