如何FD-SOI栈finFETs。
耗竭绝缘体(FD-SOI)晶圆有一个时刻?当然SOI晶片并不新鲜。Soitec的SmartCut层转移技术在1994年获得专利,并与植入晶片氧化层在那之前。然而,采用SOI晶片是有限的。虽然他们提供改进设备隔离和减少寄生,增加晶片成本一直是一个障碍。
不过,在某些情况下,权衡正在改变。一方面,移动设备和新兴“物联网”应用程序需求的电路功耗限制,同时保持设备性能。然而,对于大部分硅设备,增加门泄漏和亚阈值电流静态功耗和动态功耗。克劳迪奥·Fiegna(博洛尼亚大学的工程学院教授)和他的同事们讨论了早在2008年,动态功率密度增加工作电压比例已经停滞。
同时,过程的复杂性增加。小型设备需要更复杂的植入物结构隔离和阈值电压控制。增加过程的可变性设计需要更大的利润。
与此同时,随着大量硅设备制造业变得更加复杂和昂贵,SOI晶片有所改善,与薄顶部硅层,薄氧化埋层,更统一的规范。Andrzej Strojwas,卡内基梅隆大学电气和计算机工程教授,观察到的Soitec现在提供晶片10到12 nm 25 nm埋氧化硅层,并已证明+ / - 0.5纳米硅和+ / - 1纳米氧化物厚度控制。增加生产能力降低了成本和帮助减少供应的担忧。这项技术似乎一眼,似乎和设计师喜欢他们所看到的。
在流程方面,一些优势立即显现。氧化埋层下面的晶体管,没有必要深隔离植入。一个消耗殆尽瘦身晶体管没有通道掺杂,因此没有掺杂可变性。杰米·谢弗22至于产品经理GlobalFoundries报告说,22纳米FD-SOI设计将使用面具少于10%相同的设计使用公司的28 nm体硅工艺。减少过程复杂性在很大程度上抵消晶片成本问题。(虽然IMEC过程技术的副总裁亚伦中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内指出,非常薄的硅层引起潜在的收益问题。不可能简单地腐蚀掉了一根损坏的表层和重新开始。)
现在FD-SOI吸引注意力,更大的原因是电源管理。改善隔离减少泄漏,因此静态功耗。薄,well-isolated通道,门控制是改善和短通道效应降低。相同的性能可以达到较低的工作电压,减少动态功耗。性能提升是戏剧性的。Strojwas报道,ARM cortex - a9设备28 nm节点可以看到30%的加速在恒功率或功率降低30%在恒定速度。奥利维尔·Faynot微电子科长东航Leti,将其描述为“下一个节点性能以当前节点的成本。“性能优越允许制造商实现额外的储蓄通过扩展他们当前的生活工具集。
不过,在SOI器件阈值电压调整的难度一直是前几代的主要障碍。除了提供隔离,所有这些植入物层允许设计者指定不同的阈值电压电路的不同部分。在很多采访和研究针对fd - soi,身体倾向能力一次又一次地出现。
身体的偏见不是一项新技术。德州仪器使用散装电力优化设备。散装设备,然而,已经成为影响较小和较有用特征尺寸有所下降。在FD-SOI晶片,埋氧化物半导体层下面创建一个电容器。偏差适用于电容器的一个板块——晶片大部分其他板上的电荷变化,设备通道。中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内说,任何个人设备正向偏压可以提高性能,而反向偏压减少泄漏。
此外,偏差可以动态地变化,控制电路。Schaeffer解释说,在一个SoC设备一些块可能不活跃的大部分时间,但需要高性能短暂的时间间隔。改变块的偏见的行为可以改变功率优化性能优化。另一个领域可能大部分时间活跃但性能要求较低,使得不同的偏见更可取。Faynot说,总体而言,适当的偏置可以添加10% FD-SOI已经令人印象深刻的电能节约。
尽管FD-SOI晶片提供了掺杂剂可变性,其他过程的可变性来源存在。身体的偏见,例如,帮助弥补变量die-to-die center-to-edge装置性能。例如,一个小的基准测试可以用来建立一个“背景”的偏见。
这并不意味着FD-SOI晶片将取代硅,大部分。尽管他们为平面晶体管提供巨大的优势,相比finFET设备尚不明朗。finFET的中国农历新年庆祝活动之前更换灯笼内指出,最具挑战性的方面——门宽度的量化设计一个整数的鳍——的确提供了一些好处。例如,通过高鳍,设计师可以增加设备面积不增加硅足迹。
FD-SOI设备的改进的静电学帮助渠道控制,但不可否认的是,只有一个门是可用的平面晶体管。multi-gate设计只会变得更富戏剧性的优点是设备收缩。虽然FD-SOI power-sensitive利基设备做得很好,他们是高度竞争力驱动设备。
同样重要的是要记住,并不是所有SOI设备平面。在14 nm, Faynot说,IBM已经证明FD-SOI finFETS,容易腐蚀比finFETS大部分硅。22 nm节点可能会看到锗硅PFET设备SOI,改善场效应电晶体和PFET设备之间的平衡。除了14 nm,本地化过程应变-长成立于散装设备需要SOI场效应电晶体,。
所以它是不准确的说仅仅FD-SOI就能解决许多问题迫在眉睫的先进的晶体管、但它似乎可以为power-sensitive应用解决方案的一部分。
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