|
作者：Soitec全球業務發展部資深副總裁Steve Longoria 今日的半導體行業正在經歷著若干充滿挑戰性的轉型過程，不過這也為Soitec為市場與客戶創造新增加值帶來了巨大機遇。隨著傳統的CMOS技術的日薄西山——這一點從28nm巨大產量與20nm缺乏吸引力的規格與成本就可以看出，整個半導體產業的發展方向正在轉向全耗盡晶體管架構。 然而，如果FinFET和其他全耗盡多柵架構只能從14nm開始供貨的話，在這之前我們又應當怎樣應對呢？早在數年之前，Soitec及其合作伙伴就在開展緊密合作，針對這種技術代溝與時間差，在正確的時間以正確的成本效益方式開發正確的解決方案。 在經過與行業生產與設計合作伙伴的密切合作與不懈努力后，Soitec終于開發出能夠彌合技術代溝的先進晶圓基板產品。Soitec的晶圓包括兩種全耗盡方式：平面(2D)與三維(3D，包括FinFET與其他多柵器件)。通過在晶圓架構內預集成具備關鍵屬性的晶體管，Soitec的產品能幫助客戶答復提高產品的質量，加快上市時間并簡化制造工藝，從而帶來成本更低，質量更好的系統級芯片(SoC)。 在此基礎上，運用其FD-2D和FD-3D產品線，Soitec的全耗盡發展藍圖更為全行業提供了一條從28nm節點向成本、功耗以及性能更具優勢的10nm及以下工藝的快捷、低成本的過渡解決方案。 低成本、高性能和高能效對于智能手機與平板電腦的生產商而言尤其重要。數據顯示，Soitec晶圓在整個生產工藝中所節約的成本要超過晶圓本身成本的增加量。Soitec 提出的方案尤其適合于對成本有苛刻要求的大量生產。 由于在bulk CMOS技術基礎上實現28nm節點比預期的更加困難，因此20nm節點就愈加捉襟見肘。在產量、成本、功耗以及性能等諸多指標上與行業對下一代技術的期待相差甚遠。 Soitec的FD-2D晶圓產品線提供了一種從28nm節點開始就能逐步向全耗盡硅技術推進的獨特平面解決方案途徑，從而解決了上述技術進步難題。通過平面FD技術(常被稱為FD-SOI)，芯片制造商們將能夠在14nm節點技術條件下繼續沿用他們已有的平面設計與工藝技術，從而制造出更便宜、更大量、更優性能、更省功耗的芯片。 運用該技術，生產商們可運用同樣的生產工具與生產線，以及極其相似的生產步驟(只不過步驟更少)來展開生產活動。與傳統工藝技術相比，在28nm節點條件下，采用FD-2D晶圓的芯片能夠節約最多40%的功耗，而經設計優化后，運用了這些芯片的處理器的最大峰值性能則能夠提升40%乃至更多，并能憑借超低供電(低于 -0.7V)維持優異性能，因此許多超低功耗運行的移動設備才得以實現。 從晶圓來看，硅材質的均勻厚度對于確保產品性能是極端重要的。憑借Soitec公司“Smart Cut”固有的精湛工藝，300mm晶圓頂層硅厚度均勻性達到3.2埃米——其難度相當于在芝加哥到舊金山這么遠的距離內，將厚度均勻性控制在5mm。 在最頂層硅膜和下邊的硅制基板中間埋有一層超薄氧化埋層(BOX)，在28nm節點工藝中，這層超薄氧化膜的厚度為25nm。下幾代技術甚至有可能運用更薄的埋層——達到10nm，讓移動設備用平面晶體管達到14nm。 除了所有與功耗與性能相關的改進因素外，芯片制造廠商在采用2D-FD晶圓制造器件所考慮的另一個重要因素是更低成本的系統級芯片。FinFET和其他的多柵(即所謂3D)器件架構能夠大幅改進成本、功耗和性能。然而，正如一切重大技術進步所經歷的過程一樣，前途是光明的，但道路是曲折的。 Soitec的FD-3D產品線是針對20nm節點技術而開發的。它的出現為上述技術進步展現了一條康莊大道，加速了3D架構的推出并減少了時間與投資成本。由于Soitec 的FD-3D的硅基板極大地簡化了晶體管的制作工藝，專家估計這將比采用傳統bulk硅基板縮短一年的技術開發時間。 與使用傳統bulk硅基板原始晶圓相比，Soitec的FD-3D晶圓能減少FinFET制造過程中的高難度步驟，降低資本開支與運營費用，并能夠提高產量并最終降低產品成本。一般說來，Soitec的產品能減少四個平面印刷步驟與超過55個工藝步驟。 采用“鰭片優先”的方式，芯片制造商可以依據頂層硅膜來預定義鰭片高度，氧化物層則提供了良好的絕緣。這種結構能夠實現卓越的流程變量控制：由于不需要溝道摻雜以及鰭片高度與輪廓得到更好控制，因此所有晶體管的電學行為都更接近于名義值。 除了簡化生產外，Soitec的FD-3D晶圓還比傳統的bulk硅晶圓降低靜電泄漏(得益于絕緣體埋層)，在芯片級別改善提升單位面積的功率/性能平和。此外最重要的是，由于芯片在極低的電壓條件下運行，因此能夠節約大量功耗。 通過FD-3D晶圓所帶來的工藝簡化，Soitec能夠幫助企業減少研發投入，縮短FinFET產品的上市時間。在制造模式向FinFET演化的過程中，工藝簡化所帶來的好處將進一步帶來持續的成本與時間周期上的效益，降低在Soitec FD-3D基礎上的系統級芯片的成本。 Soitec 同樣正在積極致力于提升硅基與其他材質基板上的晶體管性能。與此同時，為了繼續推動硅CMOS的發展，Soitec還將會把“應變硅”投入到其FD-2D和FD-3D產品當中，保守預計2014年前可以投入生產。擁有這項技術，Soitec便可以在芯片制造過程中，修改制造晶體管的原材料，即硅層的晶狀結構，從而顯著提高了電子的遷移率和晶體管與處理器的峰值性能。 從長遠來看，整個半導體制造業為了引進低于14nm的工藝節點技術，紛紛對各種CMOS新技術進行研究。這其中就包括類似鍺金屬或是III-V族等高遷移率的材料，還有新的晶體管架構譬如納米纖維。Soitec積極參與各種研發項目并且擁有很多與合作伙伴共同創建的研發項目，借此來改善工藝，提供市場最需要的產品。 不僅如此，為了實現行業規劃目標，Soitec正在通過內部以及外部合作研發項目，實現芯片從300mm到450mm的轉變。屆時，FD-2D和FD-3D芯片都可擴大到450mm。 |
