finFET在市场上有空间,特别适用于高端应用。但是对于低功耗器件,FD-SOI更有价值。GlobalFoundries的一位总监Rick Carter在最近的IEDM会议上的演讲中表示:“性能来自第二代FD-SOI晶体管,其在0.8V下产生910μA/μm(856μA/μm)的nFET(pFET)驱动电流。对于超低功耗应用,它的工作电压可以低至0.4V。”
根据GlobalFoundries的IEDM文件,GlobalFoundries的22FDX在pFET沟道中集成了high-k/metal-gate以及SiGe,以提高驱动电流。如果需要,SiGe沟道可以用硅替代以减少泄漏。
22FDX使用了双重曝光步骤。文章中提到:“采用双重曝光技术来缩放M1/ M2间距,相对于28nm poly/SiON节点,logic/SRAM裸片缩放比例为0.72x/0.83x。”
虽然FD-SOI具有吸引力,但该技术存在一些问题。多年来,FD-SOI的使用相对有限,原因有几方面。一方面,SOI晶圆成本更高。根据IBS的统计,SOI晶圆的销售价格从370美元到400美元不等,相比之下,bulk CMOS晶圆的价格为100美元到120美元。
其次,虽然有用于FD-SOI的EDA工具,但客户必须投入大量设计资源来了解FD-SOI和逆向偏压技术的细微差别。
所以,是什么阻碍了FD-SOI?IBS的Jones说:“最大的障碍是人们认为FD-SOI成本高。但是成本不是问题。”
大问题是生态系统和市场拉动。一般来说,该行业追随英特尔和台积电,二者都是bulk CMOS,而不是FD-SOI。
但现在,潮流正在转向。Jones 说:“如果你看看一年前,再看看今天,现在已经有了很大的进步。现在,我们有FD-SOI的测试芯片。你有来自恩智浦和其他公司的出货。而且你有承诺的能力。”
例如,位于德国德累斯顿的GlobalFoundries的FD-SOI工厂每月可生产65,000个晶圆。此外,FD-SOI有路线图,GlobalFoundries正在开发12nm FD-SOI。这一过程可能使供应商滞留在16nm/14nm节点,并且不能迁移到10nm、7nm或5nm。
Bulk CMOS和finFETs在22nm的表现
与之前一样,台积电和英特尔仍然不支持FD-SOI。台积电联合首席执行官Mark Liu在接受采访时表示:“FD-SOI没有需求。(bulk CMOS工艺)设计基础已经很完善了。”
多年来,台积电和其他厂商开发了传统的bulk CMOS工艺。台积电最近推出了低功耗22nm bulk CMOS工艺,以扩大bulk CMOS并抵御22nm FD-SOI的竞争威胁。与28nm相比,台积电所谓的22ULP技术性能提升了15%,功率降低了35%,并将芯片尺寸缩小了10%。
随着这一进程,台积电正在扩大其领先的产品组合,提供28nm,22nm,16nm,12nm,10nm和7nm。Liu表示:“它们并没有相互竞争,我们根据客户的要求设计每一项技术。”
然而,22nm的bulk CMOS技术可能会遇到一些问题,如短信道效应或RDF。 Gartner的Wang说:“22nm时没有足够的空间解决栅介质厚度和CD变化。22nm bulk CMOS的真正优势是值得怀疑的。”
同时,面对着20nm平面技术挑战,台积电、GlobalFoundries、三星,以及联华电子迁移到了16nm/14nm的finFET。相比之下,英特尔在2011年迁移到了22nm的finFET。
最近,英特尔推出了一款名为22FFL的新低功耗22nm finFET技术。22FFL专为物联网和移动应用而设计。英特尔处理器架构与集成高级研究员兼总监Mark Bohr表示:“(22FFL)完全支持射频设计,并与其他厂家的28nm和22nm平面技术具有成本竞争力。”
据Bohr称,对于22nm而言,finFET具有超越平面工艺的优势。“FinFET器件是完全耗尽型晶体管,它具有更陡峭的阈值斜率。因此,它可以具备比任何平面晶体管更小的泄漏。”
22FFL结合了22nm和14nm的特征。例如,英特尔先前的22nm finFET设计具有60nm的鳍片间距和圆形的鳍片。相比之下,其14nm finFET具有42nm的间距和高而窄的鳍片。
22FFL具有45nm的鳍片间距和高而窄的鳍片。这种鳍片形状可以比圆形鳍片拥有更好的驱动电流。此外,英特尔使用单次曝光技术,因而具有更宽松的金属间距。