胡正明續寫(xiě)摩爾傳奇 FinFET/FD-SOI廠(chǎng)商如何押寶？

　　FinFET呈立體板狀結構，閘極與通道之間的接觸面積變大了，即使擅長(cháng)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(shí)降低漏電和動(dòng)態(tài)功率耗損。這就是為摩爾定律“續命”的原因了。

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

　　曾經(jīng)，臺積電沒(méi)有重用梁孟松繼續研發(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(jìn)甚至超越臺積電。

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

　　FD-SOI

　　相比FinFET，FD-SOI陣營(yíng)要冷清很多，英特爾與臺積電似乎已經(jīng)將FinFET當成標準技術(shù)。

　　FD-SOI要比FinFET落后?答案是否定的。

　　與FinFET技術(shù)相比，FD-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深，同時(shí)限定了源漏結的耗盡區，從而可改善DIBL(漏致勢壘降低)等短溝道效應，改善器件的亞閾特性，降低電路的靜態(tài)功耗。此外，FD-SOI晶體管無(wú)需溝道摻雜，可以避免RDF(隨機摻雜漲落)等效應，從而保持穩定的閾值電壓，同時(shí)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(diǎn)，也是讓該技術(shù)最受關(guān)注的特點(diǎn)。通過(guò)把硅做得極薄，讓它可以全部耗盡，所以不會(huì )再漏電流。如果再將氧化硅層做的非常薄，同時(shí)放入偏置裝置(bias)，就可以調節控制這個(gè)晶體管。如果放入的是正偏壓，可以實(shí)現性能快速增強;如果放入的是負偏壓，我們實(shí)際上可以關(guān)掉該裝置。讓它實(shí)現很低的漏電流，大概是1pA/micron的水平。

　　FD-SOI向后兼容傳統的成熟的基板CMOS工藝。

　　在莫大康《SOI與FinFET技術(shù)誰(shuí)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(閂鎖效應，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(xiàn)之間的一低阻抗通路， 它的存在會(huì )使VDD和GND之間產(chǎn)生大電流。)。隨著(zhù)IC制造工藝的發(fā)展，封裝密度和集成度越來(lái)越高，產(chǎn)生閂鎖效應的可能性會(huì )越來(lái)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(shuō)：“我當時(shí)覺(jué)得我們恐怕沒(méi)有辦法搞到可以滿(mǎn)足這種條件的SOI基體，沒(méi)有公司能夠對外供應硅膜厚度僅有5nm的SOI晶圓。我當時(shí)覺(jué)得這不太可能實(shí)現，或者說(shuō)等人們具備這種技術(shù)能力時(shí)，FinFET技術(shù)可能已經(jīng)得到了充分的發(fā)展。不過(guò)兩年前法國Soitec公司改變了這種情況，他們開(kāi)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(shí)用化鋪平了道路。”

　　如何押寶?

　　半導體廠(chǎng)商應該押寶FinFET還是FD-SOI工藝技術(shù)?這個(gè)問(wèn)題在業(yè)內討論已久，偏向FinFET的似乎要多一些。因為大部分半導體廠(chǎng)商的開(kāi)發(fā)工作方向轉向了FinFET技術(shù)。

　　胡正明教授認為，FinFET和UTB-SOI技術(shù)是可以并存的，不過(guò)在未來(lái)幾年內，兩者都會(huì )想盡辦法彼此超越對方成為主流技術(shù)?，F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(chǎng)，必須要同時(shí)提供以上兩種工藝產(chǎn)能服務(wù)客戶(hù)。

　　胡正明教授曾推測：臺積電公司會(huì )在14nm節點(diǎn)開(kāi)始采用FinFET技術(shù)，然后則會(huì )為低功耗產(chǎn)品的用戶(hù)推出應用了UTB-SOI技術(shù)的產(chǎn)品。而聯(lián)電公司則會(huì )減輕對FinFET技術(shù)的投資力度，并直接轉向UTB-SOI技術(shù)。而事實(shí)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)導研究出BSIM，從實(shí)際MOSFET晶體管的復雜物理推演出數學(xué)模型，該數學(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(huì )選為設計芯片的第一個(gè)且唯一的國際標準;首先提出熱電子失效的物理機制，開(kāi)發(fā)出用碰撞電離電流快速預測器件壽命的方法，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上的IC可靠性的計算機數值模擬工具。

　　在這個(gè)微縮時(shí)代，胡正明教授鼓勵半導體從業(yè)人員保持信心，曾講到：“產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步需要我們通過(guò)不斷的改進(jìn)，過(guò)去五十年是這樣走過(guò)來(lái)的，相信未來(lái)五十年也會(huì )這樣走下去。”