胡正明續(xù)寫摩爾傳奇 FinFET/FD-SOI廠商如何押寶？

　　FinFET呈立體板狀結(jié)構(gòu)，閘極與通道之間的接觸面積變大了，即使擅長縮小到 20nm以下，仍然可保留很大的接觸面積，可以控制電子是否能由源極流到漏極，因此可以更妥善的控制電流，同時降低漏電和動態(tài)功率耗損。這就是為摩爾定律“續(xù)命”的原因了。

　　此處，我們不得不提到一個人，梁孟松。胡正明教授是梁孟松的博士論文指導(dǎo)教授，也就是說，梁孟松是FinFET技術(shù)的核心人物之一。

　　曾經(jīng)，臺積電沒有重用梁孟松繼續(xù)研發(fā)此技術(shù)，而他跳糟到三星， 于是三星的 FinFET 制程技術(shù)突飛猛進甚至超越臺積電。

　　雖然臺積電控告梁孟松侵權(quán)與違反競業(yè)禁止條款獲得勝訴，但是這卻帶來一場臺灣半導(dǎo)體晶圓代工產(chǎn)業(yè)的重大危機。

　　FD-SOI

　　相比FinFET，FD-SOI陣營要冷清很多，英特爾與臺積電似乎已經(jīng)將FinFET當(dāng)成標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。

　　FD-SOI要比FinFET落后?答案是否定的。

　　與FinFET技術(shù)相比，F(xiàn)D-SOI的優(yōu)勢更為明顯。

　　FD- SOI(全耗盡絕緣層上硅)技術(shù)仍然采用平面型晶體管，其硅薄膜可自然地限定源漏結(jié)深，同時限定了源漏結(jié)的耗盡區(qū)，從而可改善DIBL(漏致勢壘降低)等短溝道效應(yīng)，改善器件的亞閾特性，降低電路的靜態(tài)功耗。此外，F(xiàn)D-SOI晶體管無需溝道摻雜，可以避免RDF(隨機摻雜漲落)等效應(yīng)，從而保持穩(wěn)定的閾值電壓，同時還可以避免因摻雜而引起的遷移率退化。

　　體偏壓技術(shù)(body-bias)是FD-SOI技術(shù)所獨有的特點，也是讓該技術(shù)最受關(guān)注的特點。通過把硅做得極薄，讓它可以全部耗盡，所以不會再漏電流。如果再將氧化硅層做的非常薄，同時放入偏置裝置(bias)，就可以調(diào)節(jié)控制這個晶體管。如果放入的是正偏壓，可以實現(xiàn)性能快速增強;如果放入的是負偏壓，我們實際上可以關(guān)掉該裝置。讓它實現(xiàn)很低的漏電流，大概是1pA/micron的水平。

　　FD-SOI向后兼容傳統(tǒng)的成熟的基板CMOS工藝。

　　在莫大康《SOI與FinFET技術(shù)誰更優(yōu)》一文中可看到FD-SOI有以下幾大優(yōu)勢：

　　SOI工藝的優(yōu)勢：

　　1. 減少寄生電容，提高器件頻率，與體硅相比SOI器件的工作頻率提高20-35%。

　　2. 由于減少寄生電容和降低漏電流，SOI器件的功耗相比體硅下降35-70%。

　　3. 消除了閂鎖效應(yīng)(閂鎖效應(yīng)，即Latch up， 是指CMOS芯片中，由于寄生的PNP和NPN雙極性BJT相互影響而產(chǎn)生 在電源和地線之間的一低阻抗通路， 它的存在會使VDD和GND之間產(chǎn)生大電流。)。隨著IC制造工藝的發(fā)展，封裝密度和集成度越來越高，產(chǎn)生閂鎖效應(yīng)的可能性會越來越大。

　　4. 抑制襯底的脈沖電流干涉，減少軟錯誤的發(fā)生。

　　5. 與硅工藝相容，可減少13-20%工序。

　　胡教授曾說：“我當(dāng)時覺得我們恐怕沒有辦法搞到可以滿足這種條件的SOI基體，沒有公司能夠?qū)ν夤?yīng)硅膜厚度僅有5nm的SOI晶圓。我當(dāng)時覺得這不太可能實現(xiàn)，或者說等人們具備這種技術(shù)能力時，F(xiàn)inFET技術(shù)可能已經(jīng)得到了充分的發(fā)展。不過兩年前法國Soitec公司改變了這種情況，他們開始推出300mm UTB-SOI的晶圓樣品，這些晶圓的頂層硅膜原始厚度只有12nm，然后再經(jīng)處理去掉頂部的7nm厚度硅膜，最后便可得到5nm厚度的硅膜。這便為UTB-SOI技術(shù)的實用化鋪平了道路。”

　　如何押寶?

　　半導(dǎo)體廠商應(yīng)該押寶FinFET還是FD-SOI工藝技術(shù)?這個問題在業(yè)內(nèi)討論已久，偏向FinFET的似乎要多一些。因為大部分半導(dǎo)體廠商的開發(fā)工作方向轉(zhuǎn)向了FinFET技術(shù)。

　　胡正明教授認為，F(xiàn)inFET和UTB-SOI技術(shù)是可以并存的，不過在未來幾年內(nèi)，兩者都會想盡辦法彼此超越對方成為主流技術(shù)?，F(xiàn)在Intel采用了FinFET技術(shù)，原因是這種技術(shù)可以讓微處理器的性能相對更強;而臺積電、格羅方德或三星等晶圓代工廠，必須要同時提供以上兩種工藝產(chǎn)能服務(wù)客戶。

　　胡正明教授曾推測：臺積電公司會在14nm節(jié)點開始采用FinFET技術(shù)，然后則會為低功耗產(chǎn)品的用戶推出應(yīng)用了UTB-SOI技術(shù)的產(chǎn)品。而聯(lián)電公司則會減輕對FinFET技術(shù)的投資力度，并直接轉(zhuǎn)向UTB-SOI技術(shù)。而事實的確如此。

　　除了FinFET與FD-SOI，胡正明教授還有諸多的科學(xué)貢獻，比如領(lǐng)導(dǎo)研究出BSIM，從實際MOSFET晶體管的復(fù)雜物理推演出數(shù)學(xué)模型，該數(shù)學(xué)模型于1997年被國際上38家大公司參與的晶體管模型理事會選為設(shè)計芯片的第一個且唯一的國際標(biāo)準(zhǔn);首先提出熱電子失效的物理機制，開發(fā)出用碰撞電離電流快速預(yù)測器件壽命的方法，并且提出薄氧化層失效的物理機制和用高電壓快速預(yù)測薄氧化層壽命的方法;首創(chuàng)了在器件可靠性物理的基礎(chǔ)上的IC可靠性的計算機數(shù)值模擬工具。

　　在這個微縮時代，胡正明教授鼓勵半導(dǎo)體從業(yè)人員保持信心，曾講到：“產(chǎn)業(yè)的進步需要我們通過不斷的改進，過去五十年是這樣走過來的，相信未來五十年也會這樣走下去。”