在集成电路工艺上,中国选择两条腿走路

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2017-09-29 19:37:41

9月26日,第五届上海FD-SOI论坛在上海浦东嘉里大酒店召开。在本次大会上,中国科学院院士,中国科学院上海微系统与信息技术研究所所长王曦、SOI产业联盟董事长,创始人、董事长兼总裁Carlos Mazure、格芯首席执行官SanjayJha等专家和企业家共聚一堂畅谈FD-SOI目前的发展情况、技术优势,以及未来的发展前景。

由于在Intel和台积电的主导下,FinFET技术已经成为主流,FD-SOI工艺的市场接受度并不高,连带着使格罗方德、Soitec等一批在SOI工艺上有较深厚技术积累的公司受到拖累。格罗方德如果想让SOI工艺能够逆袭,只能依靠中国企业和中国市场的帮助。对中国而言,这也可以两条腿走路,分摊押宝FinFET的风险。

什么是FD-SOI工艺

OI(Silicon-On-Insulator绝缘体上硅)是指绝缘层上的硅,是一种用于集成电路的供应商制造的新型原材料。SOI技术作为一种全介质隔离技术,可以用来替代硅衬底。FD-SOI就是在衬底上做文章,在晶体管相同的情况下,采用FD-SOI技术可以实现在相同功耗下使性能提高,或者在相同性能下,使功耗降低。

不过,相对于已经广泛使用的FinFET工艺,FD-SOI工艺则显得非主流。原因之一就在于过去很难有厂商可以把SOI基体做到5nm,这使得SOI工艺的前途不明朗。而Intel和台积电在硅衬底上能够做出满足要求的芯片,所以依旧使用硅衬底。台积电市场份额巨大,而Intel有最好的技术,两家选择了FinFET,自然而然整个产业链就跟着走,于是FinFET就成为了主流,FD-SOI工艺则成为非主流

国内某公司的芯片采用了SOI工艺,该公司的工程先声明“对工艺不太熟悉”之后,做出的评价是:我的体会是SOI工艺,功耗控制还不错,但和台积电和Intel的工艺相比不是主流,非主流的不利影响就是工艺发展慢,稳定性弱。

厂商间的PPT大战

虽然SOI工艺成为非主流,但是还是有自己独到之处的。SOI工艺具有了较高的跨导、降低的寄生电容、减弱的短沟效应、较为陡直的亚阈斜率,与体硅电路相比,SOI电路的抗辐照强度提高了100倍。在高温环境下,SOI器件性能明显优于体硅器件。

根据格罗方德直接宣称:22nmFD-SOI工艺功耗比28nmHKMG降低了70%;芯片面积比28nmBulk缩小了20%;光刻层比FinFET工艺减少接近50%;芯片成本比16/14nm低了20%。若是将制程提升到14nm,相对于28nmSOI会有35%的性能提升,功耗也会降到原来的一半。

在第五届上海FD-SOI论坛上,格芯首席执行官Sanjay Jha在自己的演讲中直接给出了22nmFD-SOI和TSMC与英特尔的各项性能对比。根据PPT可以看出,格芯的22FDX技术相对于Intel的22FFL和台积电的22ULP具有一定优势,而且22FDX技术已经可以投产,而Intel的22FFL和台积电22ULP要想投产还需要3-6个月。

成本过高是SOI技术过去的一项短板,其中原因之一就在于SOI的晶圆成本偏高,由于SOI工艺的非主流导致无法通过产量削减成本。不过,这并非无法补救,毕竟如果借助中国市场,并让中国企业实现晶圆国产化,那么还是能在一定程度上削减晶圆成本的。而且SOI工艺还能削减设计成本,根据IBS首席执行官HandelH.Jones给出的数据如下,设计成本主要包括,硬件设计和软件设计。

Handel H.Jones认为,12nmFD-SOI的设计成本在5000万-5500万美金,而16nm的FINFET设计成本在7200美金左右,10nmFINFET设计成本在1.31亿美金。就工艺成本而言,Handel H.Jones认为,12nm FD-SOI要比16nmFinFET成本低22.4%,比10nm FinFET低23.4%,比7nm FinFET低27%。不过,这些都是做PPT画大饼,真正成本能否控制到这个水平就只有以后商业化量产了产能知晓了。

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