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在近期的一次產(chǎn)業(yè)會議上，與會嘉賓給出了關(guān)于22nm FD-SOI工藝的更多細(xì)節(jié)，包括一家生產(chǎn)FD-SOI需要的晶圓裸片的公司SOITEC的演講。以及，我與業(yè)內(nèi)資深人士溝通后獲得的更多細(xì)節(jié)信息。同時會議期間還專門組織了一場有很多22nm FD-SOI生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的人士參與的會議。
Gary Patton曾是IBM半導(dǎo)體研發(fā)部門的負(fù)責(zé)人。由于IBM當(dāng)時保留了半導(dǎo)體研發(fā)部門，所以Gary可以自愿決定繼續(xù)留在IBM還是加入GlobalFoundries。最終，他選擇了以CTO的身份加入GF。
先介紹一點歷史作為背景資料。IBM曾經(jīng)在其高端處理器上使用SOI，但是不是全耗盡型的只是部分耗盡。這個工藝的性能非常高，但價格也很昂貴，并且這個工藝很難搞定。IBM和GlobalFoundries還有一個在新加坡的RF-SOI工藝，它是現(xiàn)代多頻帶手機(jī)的射頻單元中所采用的基底的首選。你的手機(jī)里肯定也有RF-SOI的身影，因為目前所有的手機(jī)都是多頻帶的（它比采用SiGe或GaAs便宜不少）。 IBM的射頻工藝（他們在這方面是全球領(lǐng)導(dǎo)者）分布在伯靈頓、德累斯頓和新加坡。
Gary提到，盡管IBM決定繼續(xù)研究FinFET，但它仍然沒有放棄在奧爾巴尼進(jìn)行的FD-SOI的研究。當(dāng)然，還有意法半導(dǎo)體開發(fā)的授權(quán)給GlobalFoundries的28nm FD-SOI，但是，當(dāng)意法半導(dǎo)體和GF把28nm FD-SOI工藝推薦給客戶時，卻被告知該工藝的性能不夠高。因此，他們決定開發(fā)一個22nm的版本，以盡量接近FinFET的性能，而且可以以與28nm相同的制造成本進(jìn)行生產(chǎn)，同時功耗也低得多。
正如在之前的文章中提到的，盡管22FDX的工藝非常模塊化，但該工藝家族其實包括4種不同的制程，每個制程雖然都有一些額外的掩膜，但基本的工藝是一致的。
GlobalFoundries既然已經(jīng)從三星那里得到了14nm FinFET的授權(quán)，為什么還這么重視FD-SOI呢？代工業(yè)務(wù)的驅(qū)動力來自于低端市場的大體量和高速增長。雖然，最高端的手機(jī)應(yīng)用處理器需要FinFET，但是價格太高，無法成為主流。想想新興市場上廉價的應(yīng)用處理器和需要多達(dá)一周的電池壽命吧。
那么，22nm FD-SOI的主要特點有哪些呢？
- 工作電壓低至0.4V，它是世界上唯一一個可以把電壓做到這么低的工藝，包括所有已知的正在開發(fā)中的工藝。
- 集成射頻，絕緣襯底讓這變得更簡單了。
- 體偏壓使得在軟件控制下可以更好地進(jìn)行功率和性能的平衡。
- 比28HKMG的功耗低大約70%。
- 性能比28HKMG大約高70%（擊穿正向體偏壓為1.5V，實際上可以到1.8V），當(dāng)然不是在最低的功耗下做到這一點的。
- 比FinFET少50%的沉浸層（因此可以顯著地降低制造成本和掩膜成本）。
- 比28nm平面工藝的硅片占用面積少20%。
那么，它的可用性怎么樣呢？最初的工藝開發(fā)套件已經(jīng)開放給早期的用戶和IP開發(fā)者了。由于22FDX與28nm FD-SOI很類似，不需要兩次圖形曝光技術(shù)，也不像FinFET那么復(fù)雜，所以該工藝進(jìn)展迅速，設(shè)計輔助工具（EDA和IP等）和工藝的發(fā)展同期進(jìn)行，該工藝有望被驗證合格后盡快地流片。
所以，該工藝將會怎樣進(jìn)一步發(fā)展呢？目前已經(jīng)進(jìn)行了內(nèi)部shuttle，并將在2016年第一季度啟動外部shuttle，并計劃在2016年底進(jìn)行風(fēng)險試產(chǎn)。
顯然，該閃電般的第一顆測試芯片比以往任何一版都要接近目標(biāo)，晶體管準(zhǔn)確運行，只有2%的性能折扣。
這一工藝將會在德累斯頓工廠運行，采用與28nm相同的工具集，也可以在馬耳他或East Fishkill運行，但是不會安排在新加坡。可為大量的用戶提供足夠的產(chǎn)能。
我問過Gary關(guān)于10nm和7nm的事情，他指出，由于收購了IBM的半導(dǎo)體部門，所以有大量從事了數(shù)十年前沿技術(shù)開發(fā)工作的天才專家，他們大多常駐馬耳他，正在加快10/7nm的開發(fā)，而且距奧爾巴尼的納米技術(shù)中心也不遠(yuǎn)，僅有20分鐘的車程。
很多公司的CEO們也發(fā)表了對FD-SOI的看法，主要結(jié)論是，擊穿正向體偏壓（FBB）是唯一需要特別注意的事情。顯然，需要創(chuàng)建物理驗證規(guī)則系統(tǒng)，但是既然DRC/LVS已經(jīng)支持20nm平面晶體管、16nm FinFET、28nm FD-SOI，所以預(yù)計沒有什么問題。從事IP工作的人全都具有28nm FD-SOI經(jīng)驗，所以應(yīng)該也沒什么問題。ARM的Ron Moore證實他們已經(jīng)拿到了工藝開發(fā)套件，正在檢驗ARM處理器的性能（這也意味著他們必須先建立一個初步的標(biāo)準(zhǔn)單元庫）。
所以，F(xiàn)D-SOI工藝已不容忽視。
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