FinFETs + FD-SOI 方案：可以更節(jié)省電力

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

例如，飛思卡爾半導體公司(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)點以及 FD-SOI 用于 28 納米節(jié)點，以實現(xiàn)相同的目標——更快的速度和更低的功耗——但適用于其半導體產品組合的不同部分。他們還在考慮將兩者結合起來用于下一代半導體節(jié)點。

“飛思卡爾(NXP)與所有代工廠都有關系，并擁有從低復雜度到超高復雜度的工藝技術和連接性，其中許多是專有的，”飛思卡爾(NXP) MCU 集團應用處理器和先進技術副總裁 Ron Martino 告訴我們?！耙虼耍覀?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 產品組合。就我們的數(shù)字網(wǎng)絡路線圖而言，我們認為成功的關鍵是 FinFET，它通過具有良好成本性能比的擴展實現(xiàn)了更高的速度?！?/p>

Martino 甚至表示，未來可能會通過合并 FinFET 與 SD-SOI 辯論中的兩全其美——也許在下一代半導體節(jié)點上合并兩者——同時保持 28 納米 FD-SOI用于未來許多年的低端設備。

“在需要傳感器集成的 FD-SOI 上，28 納米節(jié)點具有所需的射頻和模擬功能，對于許多可穿戴設備來說，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。“每個節(jié)點的最佳選擇是 FD-SOI 用于 40 納米和 28 納米，F(xiàn)inFET 用于最先進的節(jié)點，如 14 到 16 納米。在擴展和成本優(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?！?/p>

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

根據(jù)飛思卡爾(NXP)的說法，F(xiàn)D-SOI 在 28 納米的智能集成方面處于領先地位，具有非常高效的低功耗器件，可以擴展到 28 納米以下，但如今可實現(xiàn)的最高性能是在更先進的節(jié)點上使用 FinFET。然而，兩者都會導致渠道完全耗盡——只是方式不同。如果兩者結合起來會怎樣，Martino 問道?

“FD-SOI 完全耗盡，但 FinFET 也完全耗盡，你甚至可以將兩者結合起來，”Martino 告訴我們。“總而言之，飛思卡爾(NXP)將繼續(xù)優(yōu)化我們的產品組合，因為我們需要廣泛的技術和流程，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，但對于無晶圓和半無晶圓芯片制造商來說，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合呢?事實上，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)點上將兩者結合起來，將鰭片一直延伸到柵極并使用 III-V 通道來實現(xiàn)開機。