FinFETs + FD-SOI 方案：可以更節(jié)省電力

俄勒岡州波特蘭市——按照我們?cè)S多人認(rèn)為的典型的非黑即白/非此即彼的方式，大多數(shù)半導(dǎo)體制造商做出的選擇是 FinFET(鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管)或 FD-SOI(完全耗盡的絕緣體上硅)。然而，由于臺(tái)積電 (TSMC)、GlobalFoundries Inc. (加利福尼亞州圣克拉拉市) 和三星 (韓國(guó)首爾) 等代工廠必須為其客戶提供這兩種能力，因此越來(lái)越多的半導(dǎo)體制造商正在考慮提供兩全其美。

例如，飛思卡爾半導(dǎo)體公司(現(xiàn)在的NXP)(德克薩斯州奧斯汀)剛剛透露，它正在將 FinFET 用于 14 至 16 納米節(jié)點(diǎn)以及 FD-SOI 用于 28 納米節(jié)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)相同的目標(biāo)——更快的速度和更低的功耗——但適用于其半導(dǎo)體產(chǎn)品組合的不同部分。他們還在考慮將兩者結(jié)合起來(lái)用于下一代半導(dǎo)體節(jié)點(diǎn)。

“飛思卡爾(NXP)與所有代工廠都有關(guān)系，并擁有從低復(fù)雜度到超高復(fù)雜度的工藝技術(shù)和連接性，其中許多是專有的，”飛思卡爾(NXP) MCU 集團(tuán)應(yīng)用處理器和先進(jìn)技術(shù)副總裁 Ron Martino 告訴我們。“因此，我們?yōu)?FinFET 和 FD-SOI 制定了優(yōu)化的路線圖。例如，F(xiàn)D-SOI 晶圓更昂貴，但可用于低功耗或高性能，使其非常適合我們的 28 納米 i.MX 產(chǎn)品組合。就我們的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)路線圖而言，我們認(rèn)為成功的關(guān)鍵是 FinFET，它通過(guò)具有良好成本性能比的擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)了更高的速度?！?/p>

Martino 甚至表示，未來(lái)可能會(huì)通過(guò)合并 FinFET 與 SD-SOI 辯論中的兩全其美——也許在下一代半導(dǎo)體節(jié)點(diǎn)上合并兩者——同時(shí)保持 28 納米 FD-SOI用于未來(lái)許多年的低端設(shè)備。

“在需要傳感器集成的 FD-SOI 上，28 納米節(jié)點(diǎn)具有所需的射頻和模擬功能，對(duì)于許多可穿戴設(shè)備來(lái)說(shuō)，這使其在連接性和低功耗之間取得了引人注目的平衡，”Martino 說(shuō)。“每個(gè)節(jié)點(diǎn)的最佳選擇是 FD-SOI 用于 40 納米和 28 納米，F(xiàn)inFET 用于最先進(jìn)的節(jié)點(diǎn)，如 14 到 16 納米。在擴(kuò)展和成本優(yōu)化方面，我們將取決于我們使用 FD-SOI 和 FinFET 能夠有效地做到這一點(diǎn)?！?/p>

意法半導(dǎo)體選擇了 FD-SOI 而不是 FinFET，前者通過(guò)在晶體管 (BOX) 下方放置薄絕緣體來(lái)實(shí)現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)未摻雜通道的完全耗盡，從而將泄漏降至最低。然而，一個(gè)經(jīng)常被忽視的優(yōu)勢(shì)是能夠極化 BOX 下方的基板，稱為“正向體偏置”(FBB)，它在優(yōu)化功率與性能的權(quán)衡方面非常有效。通過(guò)在工作期間改變偏置電壓，設(shè)計(jì)人員可以使他們的晶體管在不使用時(shí)實(shí)現(xiàn)超低功耗，并在速度至關(guān)重要的關(guān)鍵時(shí)刻實(shí)現(xiàn)超高性能。

根據(jù)飛思卡爾(NXP)的說(shuō)法，F(xiàn)D-SOI 在 28 納米的智能集成方面處于領(lǐng)先地位，具有非常高效的低功耗器件，可以擴(kuò)展到 28 納米以下，但如今可實(shí)現(xiàn)的最高性能是在更先進(jìn)的節(jié)點(diǎn)上使用 FinFET。然而，兩者都會(huì)導(dǎo)致渠道完全耗盡——只是方式不同。如果兩者結(jié)合起來(lái)會(huì)怎樣，Martino 問(wèn)道?

“FD-SOI 完全耗盡，但 FinFET 也完全耗盡，你甚至可以將兩者結(jié)合起來(lái)，”Martino 告訴我們?！翱偠灾?，飛思卡爾(NXP)將繼續(xù)優(yōu)化我們的產(chǎn)品組合，因?yàn)槲覀冃枰獜V泛的技術(shù)和流程，從 i.MX 優(yōu)化到嵌入式閃存優(yōu)化，所有這些都將利用適合他們的流程?！?/p>

許多公司已經(jīng)致力于 FD-SOI，其他公司則致力于 FinFET，但對(duì)于無(wú)晶圓和半無(wú)晶圓芯片制造商來(lái)說(shuō)，代工廠提供了兩種選擇，那么為什么不將兩者混合搭配甚至結(jié)合呢?事實(shí)上，SOI 行業(yè)聯(lián)盟(包括 IBM、Imec、Soitec、ST 和 Freescale)正在嘗試在 7 納米節(jié)點(diǎn)上將兩者結(jié)合起來(lái)，將鰭片一直延伸到柵極并使用 III-V 通道來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)。