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意法半導(dǎo)體(ST)和GlobalFoundries (GF)在法國簽署了一份諒解備忘錄，解備忘錄剛剛簽署Crolles現(xiàn)有晶圓廠旁邊新建300mm半導(dǎo)體晶圓廠。新工廠將支持各種半導(dǎo)體技術(shù)和工藝節(jié)點，包括FD-SOI。ST和GF預(yù)計晶圓廠將于2024年開始生產(chǎn)芯片，到2026年，每年生產(chǎn)62萬片300毫米晶圓。

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法國東南部Crolles，離意大利邊境不遠，長期以來一直是FD-SOI溫床的發(fā)展。從很多方面來看，F(xiàn)D-SOI技術(shù)含量低的方法可以實現(xiàn)FinFETs和GAA fet芯片上晶體管與晶體管之間的參數(shù)變化較小，包括速度更高、功耗更低、導(dǎo)電溝完全耗盡(不摻雜)。片內(nèi)參數(shù)變化較少意味著片內(nèi)參數(shù)變化較少ic設(shè)計師可以通過降低所需的工作電壓來降低所需的設(shè)計量(包括電源電壓和時間序列)，從而提高芯片速度和功耗。

早在1999年，加州大學(xué)柏克萊分校的胡正明博士柏克萊分校的基礎(chǔ)DARPA合同開發(fā)FinFETs。DARPA這份合同被取消了，因為很明顯，平面場效應(yīng)晶體管在運行半個世紀后最終會耗盡氣體，因為它的尺寸越來越小。DARPA尋找替代方案。

小型平面FET短溝泄漏的存在，導(dǎo)致短溝泄漏FET不能完全關(guān)閉。FinFET相對于平面FET的優(yōu)勢在于fin FET架構(gòu)在FET柵極建在溝的四個邊緣的三個邊緣。這種布局允許來自柵極的電場更深透FET在傳導(dǎo)溝中，這減少了短溝泄漏，并允許更好地控制通過溝的電流。

隨著平面FET縮小尺寸，增加短溝泄漏，增加功耗和散熱挑戰(zhàn)，迫使半導(dǎo)體制造商采用FinFETs。早在2011年，英特爾就是第一個finfet商業(yè)半導(dǎo)體公司用于其22納米工藝節(jié)點，比finfet第一次開發(fā)晚了十多年。FinFETs目前幾乎常用于20nm工藝節(jié)點或更新工藝節(jié)點制造的芯片。

然而，F(xiàn)inFETs現(xiàn)在沒有氣體了。驅(qū)動FinFET晶體管柵極的三側(cè)不再能夠?qū)崿F(xiàn)所需的速度和低泄漏電流。我們現(xiàn)在必須開車FET為了獲得性能好的晶體管，柵極的所有四個側(cè)面。進入GAAFETs，已在三星3納米工藝節(jié)點晶圓廠生產(chǎn)。英特爾和TSMC它也將分別是20英特爾A和N砷化鎵場效應(yīng)晶體管用于22納米節(jié)點。三星將其GAAFETs稱為多橋溝道fet”(MBC fet)；英特爾稱之為帶狀場效應(yīng)晶體管；TSMC稱為納米片狀砷化鎵場效應(yīng)晶體管。

像FinFETs一樣，GAAFETs是3D結(jié)構(gòu)。GAAFET傳導(dǎo)通道不是由鰭組成的，而是由未混合的硅納米線、納米線或納米帶組成的。這些納米線、納米線或納米帶很薄，基本上是2D結(jié)構(gòu)采用原子層沉積(ALD)由先進的工藝技術(shù)制成。這些納米級導(dǎo)電溝完全GAAFET格柵極結(jié)構(gòu)封裝。

FD-SOI FET超薄導(dǎo)電溝不會與硅制成平面FET相同的泄漏效果。圖片來源：意大利半導(dǎo)體。

FD-SOI fet本質(zhì)上是2D通過在薄生長的二氧化硅絕緣層上結(jié)合或施用非常薄、非常均勻的硅層來傳導(dǎo)溝道。FD-SOI FET如果導(dǎo)電溝足夠薄，導(dǎo)電溝頂部晶體管柵極的電場將完全穿透溝，因此不需要像GAAFETs所有四側(cè)圍溝的柵極結(jié)構(gòu)。

除了FD-SOI襯底之外，F(xiàn)D-SOI fet以類似的方式制造，并使用制造平面fet設(shè)備相同。GAA結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，需要昂貴的使用EUV光刻技術(shù)制造所需的小結(jié)構(gòu)。像FinFETs和GAA fet一樣，F(xiàn)D-SOI fet沒有短溝泄漏問題，它們不像GAA fet那樣需要EUV光刻。所以，你可以稱之為FD-SOI晶體管是幾乎全柵場效應(yīng)晶體管(GAAAFETs)。你可能會，但沒有人會。

一個有趣的巧合是，由胡正明博士領(lǐng)導(dǎo)的同一加州大學(xué)伯克利分校團隊在1999年表示DARPA合同開發(fā)了FinFET，同時根據(jù)同一DARPA合同開發(fā)非常相似FD-SOI FET結(jié)構(gòu)的東西。胡把這第二種FET結(jié)構(gòu)稱為UTBSOI(硅在超薄絕緣體上)。

與平面MOSFETs相比，F(xiàn)inFETs、GAAFETs和UTBSOI FETs有很多優(yōu)點：

更好的信號擺幅

對柵極長度和漏極電壓不敏感

由于摻雜劑沒有隨機波動，因此沒有隨機波動FinFETs鰭片、GAAFETs納米結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)電溝和UTBSOI/FD-SOI fet薄導(dǎo)電溝完全耗盡——它們不混合

導(dǎo)通電流高，泄漏低

更低的Vdd而且泄漏更低，所以功耗更低

在FinFETs或GAAFETs和ut bsoi/FD-SOI fet至少有兩個重要的區(qū)別。首先，在FD-SOI FET通過晶圓上薄絕緣層下的體硅襯底，在溝下添加反向偏置相對容易。允許您調(diào)整反向偏置FET閾值電壓，調(diào)節(jié)性能和功耗。如果你決定變得非常奇怪，你可以使用每個晶體管下的硅作為第二個柵極來調(diào)整芯片上的單個場效應(yīng)晶體管。向FinFETs或GAAFETs添加反向偏置并不容易。第二，相對于FinFETs或GAAFETs，F(xiàn)D-SOI晶體管不會更小，所以晶體管密度不會相同。不需要貴EUV光刻術(shù)的另一面。

FD-SOI與傳統(tǒng)的平面處理相比，平面處理仍然比傳統(tǒng)的平面處理更好IC昂貴的處理，因為它需要特殊的處理FD-SOI晶片。它只是沒有做小的FinFETs和GAAFETs所需的EUV光刻和其他3D昂貴的處理技術(shù)。傳統(tǒng)的IC制造使用比FD-SOI晶片要便宜得多。FD-SOI晶片的主要供應(yīng)商位于Bernin的Soitec，它位于格勒諾布爾北部的Crolles fab complex的街道上。

巧合的是，Soitec、GF和ST以及CEA今年早些時候，法國替代能源和原子能委員會宣布了合作協(xié)議FD-SOI下一代行業(yè)路線圖。在公告中，CEA主席Fran? ois Jacq表示:“CEA與意法半導(dǎo)體，Soitec和GlobalFoundries有著……長期的R&D由歐盟委員會和成員國領(lǐng)導(dǎo)的深度合作歷史和積極參與FD-SOI建立完整的生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)系統(tǒng)包括材料供應(yīng)商、設(shè)計公司EDA工具提供商、無晶圓廠公司和最終用戶。這些都是構(gòu)成FD-SOI平臺元素

7月份的ST/GF FD-SOI備忘錄公告還說：備忘錄公告還說：ST和GF法國政府將對新設(shè)施給予重大財政支持。該工廠將為歐洲芯片法案的目標做出巨大貢獻，包括歐洲到2030年實現(xiàn)全球半導(dǎo)體產(chǎn)量20%的目標。這一聲明是歐洲對美國政府的猛烈打擊，美國政府似乎拖累了自己的芯片法案，使英特爾和TSMC等公司很煩。然而，美國參眾兩院上周終于通過了這項法案，預(yù)計美國總統(tǒng)喬·拜登本周將簽署法案，使其成為法律。

法國似乎在大力發(fā)展FD-SOI，假如你不打算去做ASML購買1.5億美元EUV踏步機或下一代3億美元NA”EUV踏步機，這是一個很好的策略。FD-SOI將FinFET和GAAFET許多優(yōu)點給了一個更便宜的工藝節(jié)點。GF已提供兩種FD-SOI工藝節(jié)點或平臺稱為RF SOI和22納米FDX22。今年5月，GF發(fā)布了一個名字GF Connex的RF元平臺整合了公司RF SOI、FDX、SiGe和FinFET為了滿足智能移動、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和通信基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的各種通信需求，半導(dǎo)體平臺的元素。

就其本身而言，ST目前提供28納米FD-SOI工藝/平臺。28納米節(jié)點是目前最具成本效益的工藝節(jié)點，因此使用該節(jié)點具有很大的經(jīng)濟效益。然而，技術(shù)不可避免地在前進，Crolles聯(lián)合聲明提到18納米ST工藝技術(shù)。這似乎與ST技術(shù)、制造、質(zhì)量和供應(yīng)鏈總裁Orio Bellezza在今年5月關(guān)于技術(shù)與制造的意大利半導(dǎo)體資本市場日討論了嵌入式AVX代理入式PCM18納米FD-SOI工藝技術(shù)相同。

ST、GF和CEA聯(lián)合聲明得到鞏固FD-SOI作為未來幾十年的特定應(yīng)用GAAFETs可行替代品的地位，包括汽車、物聯(lián)網(wǎng)和移動市場的應(yīng)用。對于這些應(yīng)用，重要的不是晶體管的數(shù)量；這就是晶體管能做什么