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突破20納米制程節點困� 還看FD SOI

編輯:admin 2014-04-11 20:21:21 瀏覽�872  來源:國際電子商�

  全空乏絕緣上覆硅(Fully depleted silicon-on-insulator�FD SOI)� 28納米� 20納米半導體制�節點的最佳解決方案,主要原因是該技術與塊狀CMOS制程技術相比,其成本與泄漏電流較低,性能表現則更高�

  同樣�100mm見方大小的芯片,采用 28納米 FD SOI 制程的成本比塊狀CMOS 制程�3%,在 20納米節點則可以進一步低30%;這是因為帶來更高參數良率的同時,晶圓成本也更低。此外相關數據也顯示,FD SOI制程裸晶的復雜度與塊狀CMOS制程比較,低�10%~12%�

  更小的裸晶面積與更高的參數良率之結合,FD SOI制程�20納米節點的產品成本優勢會比塊狀CMOS制程�20%;在28納米節點,FD SOI的性能則比20納米塊狀CMOS高出15% (參考下�)�

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FD SOI 制程與塊狀CMOS制程的性能比較

  FD SOI制程在高/低Vdd方面能提供比塊狀CMOS制程的能源效�(efficiency levels)表現;FD SOI在位單元(bit cells)上的功率效益(power efficiency)也高出塊狀 CMOS,是因為較低的泄漏電流以及對α粒子更好的免疫力�

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各種制程技術在28/20納米節點的裸晶成本比較

  盡管有種種因素,英特�(Intel)仍決定在22納米節點采� FinFET 而非塊狀CMOS制程;該公司選擇22納米而非20納米節點的原因,是為了要免除對雙重圖形(double patterning)微影技術的需求�

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各種制程技術在28/20納米節點的晶圓片成本比�

  晶圓代工業者一開始計劃轉向采用16/14納米FinFET制程,而非20納米塊狀CMOS制程,但現實情況是FinFET目前的組件結構到2017年第四季以前都無法提供具成本競爭力的產品�

  因此晶圓代工業者調整了相關計劃;以臺積�(TSMC)為例,該公司�20納米塊狀CMOS制程業務估計貢獻該公� 2014年總營收(23億美�)�10%,在2014年第四季(估計營收11億美�)其營收貢獻度更可達到20%�

  不過筆者認為,20納米塊狀CMOS制程在每閘成本方面無法低�28納米節點,這對大量生產的手機芯片來說至關重要;因此產業界在20納米�16/14納米FinFET制程的量產速率相當不確定。有一個可能性是�28納米晶圓產量�2020年仍將維持高水平�

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28納米晶圓產量估計

  將FD SOI制程微縮�14納米(也就是ST所說的10納米),其成本優勢會比FinFET高出許多;這意味著FD SOI同時具備短期性與長期性的優勢,無論是在成本、功耗與性能表現上�

  � 業界不采� FD SOI 制程的一個原因是缺乏來自供應鏈的支持,以及對于技術未標準化的疑慮;不過包括Soitec、SunEdison� Shin-Etsu Handotai等廠商都已經開始供應FD SOI 晶圓片,如果產業界采用該技術,那些廠商能擴展產能應對供應鏈的挑戰�

  其他問題包括開發新IP與IP庫的需求、需要具備基底偏�(body biasing)設計能力的人才,以及確保設計流程的建立等等;在這些方面,各家領導級EDA供貨商已經表示有解決方案,學習基底偏壓設計技術并非難事�

  當半導體產業的時間表是以制程技術每兩年升級一次的周期前進,走不同的路線是有高風險的;但隨著新一代技術的發展時程延長──以及估計28納米與衍生技術將�2020年都維持高晶圓產量──不做出最好的選擇恐怕得面臨更高的風險�

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