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只能FinFET或FD-SOI?二合一也行!

上網時間: 2015年07月06日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:FinFET  FD-SOI  製程  晶圓代工  奈米 

在我們大多數人「非黑即白」、「非此即彼」的觀念裡,半導體業者應該不是選擇FinFET就是FD-SOI製程技術;不過既然像是台積電(TSMC)、GlobalFoundrie或三星(Samsung)等晶圓代工廠,必須要同時提供以上兩種製程產能服務客戶,有越來越多半導體製造商也正在考慮也致力提供「兩全其美」的製程技術。

例如飛思卡爾半導體(Freescale Semiconductor)最近就透露,該公司正在14至16奈米節點採用FinFET技術,以及在28奈米節點採用FD-SOI製程技術,只為了達成相同的目標--更高的速度以及更低的功耗--不過是針對不同的半導體元件產品;此外飛思卡爾也在嘗試在下一世代的半導體製程節點,將兩種技術結合在一起。

「飛思卡爾與所有的晶圓代工業者都有合作關係,也具備從低複雜性到超高複雜性的製程技術與連結技術能力,其中有很多是獨家的;」飛思卡爾微控制器(MCU)事業群的應用處理器與先進技術副總裁Ron Martino表示:「因此,我們已經針對FinFET與FD-SOI製程開發了最佳化的技術藍圖。」

Martino進一步舉例指出,FD-SOI晶圓片較昂貴,不過適合低功耗或高性能的應用,搭配飛思卡爾的28奈米i.MX非常完美;至於FinFET製程,該公司認為該技術是數位連網(digital networking)產品線成功的關鍵,能以良好的價格與性能比達成他們提高產品速度的目標。

SOI產業聯盟(成員包括IBM、Imec、Soitec、ST與飛思卡爾)已經嘗試將FinFET技術與SOI結合,圖中顯示埋入氧化層(buried-oxide,BOX;圖右)已經為FD-SOI薄化
SOI產業聯盟(成員包括IBM、Imec、Soitec、ST與飛思卡爾)已經嘗試將FinFET技術與SOI結合,圖中顯示埋入氧化層(buried-oxide,BOX;圖右)已經為FD-SOI薄化 (圖片來源:SOI產業聯盟)

Martino甚至認為,未來可能會有一些透過結合FinFET與FD-SOI所帶來的「驚喜」,也許是將這兩種技術在下一個半導體製程節點合併在一起,同時在未來許多年維持以28奈米FD-SOI製造較低階的產品。

「FD-SOI製程需要感測器整合,28奈米節點具備所需的RF與類比功能,能讓許多可穿戴式裝置在連結性與低功耗方面取得具吸引力的平衡;」Martino表示:「各個節點的甜蜜點(sweet spot)是FD-SOI在40奈米節點與28奈米節點,FinFET則是更先進的節點如14~16奈米節點。在製程微縮以及成本的最佳化方面,我們將看我們能如何有效地利用FD-SOI與FinFET。」

圖中顯示在SOI上的FinFET之鰭式電晶體如何能被更好的隔離,以及無期限的通道如何簡化了製程步驟
圖中顯示在SOI上的FinFET之鰭式電晶體如何能被更好的隔離,以及無期限的通道如何簡化了製程步驟 (圖片來源:SOI產業聯盟)

意法半導體(STMicroelectronics)是選擇FD-SOI優先於FinFET,前者是藉由在電晶體(BOX)之下放置一層薄的絕緣體,因此讓未摻雜的通道達到全空乏(full-depletion),將洩漏電流縮減到最小。不過FD-SOI還有一個通常被忽視的優勢,是極化(polarize) BOX下方基板的能力,也就是「順向基底偏壓(forward body biasing,FBB)」。

順向基底偏壓在功耗與性能折衷的最佳化方面非常有效率,而且藉由在運作過程中改變偏置電壓,設計工程師能讓他們的電晶體在不使用時達到超低功耗,但又能在速度如常時於關鍵時刻達到超高效能。

飛思卡爾表示,FD-SOI在28奈米節點與非常省電之低功耗元件的智慧整合方面是領先技術,而且能擴展到28奈米以下,FinFET則是在更先進的製程節點產出今日最高性能的元件;這兩種技術都會產生全空乏通道,只是以不同的方式--所以如果讓兩者結合在一起呢?

塊狀晶圓與SOI晶圓上的FinFET成本差異,會隨著所需的額外製程步驟而抵銷,但在SOI上仍然較昂貴
塊狀晶圓與SOI晶圓上的FinFET成本差異,會隨著所需的額外製程步驟而抵銷,但在SOI上仍然較昂貴 (圖片來源:SOI產業聯盟)

「FD-SOI是全空乏,FinFET也是全空乏,你甚至可以將兩種技術結合在一起;」Martino 表示:「總之,飛思卡爾將繼續最佳化我們的產品陣容,因為我們需要廣泛的技術與製程,從i.MX最佳化到嵌入式快閃記憶體最佳化,所有都將會需要適合它們的製程。」

有些半導體業者專注於FD-SOI,有一些則鎖定FinFET,但對無晶圓廠業者與半無晶圓廠(semi-fabless)來說,晶圓代工業者能提供兩種技術選項;所以為什麼不將兩者混搭甚至結合在一起呢?事實上SOI產業聯盟,正在實驗於7奈米節點結合兩種技術,跨越閘極全面拓展鰭式架構,而且利用三五族(III-V)通道。

編譯:Judith Cheng

(參考原文: FinFETs + FD-SOI Proposition: May Save Power,by R. Colin Johnson)





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