FDSOI在移动领域的应用前景

     ARM,Globalfoundries, IBM, 意法半导体, 法国Soitec以及法国CEA-Leti公司等公司的联盟，为了在下一代晶体管技术竞赛中位居前列，宣布了对FD-SOI技术（全耗尽型SOI技术,有些文献上也写成ETSOI即超薄型SOI）的*估结果和有关的参数特性，并称这项技术适合 20nm及更别制程的移动/消费电子产品使用。并演示了基于ARM处理器上的平面型FD-SOI技术的优势。

图1 基于ARM处理器上的平面型FD-SOI技术的优势

　　FDSOI如何克服SOI的弱点

　　SOI令人头疼的一个问题是这种技术是否适合在移动设备市场使用，人们对SOI晶体管的所谓“历史效应”和尺寸可微缩空间保持怀疑的态度，因此多年来，SOI技术一直只在桌面型处理器和其它高性能应用中才有使用（编者按：SOI中热的不良导体BOX层（埋入式氧化物层）所导致的散热劣势应该也是其原因之一）。

　　如今，SOI联盟的成员终于将这项技术推进到了移动设备应用领域。在去年的Semicon Wes商业会展仪式上，负责生产SOI基体晶圆的大腕级公司法国Soitec集团表示他们已经将自己的超薄埋入式时氧化物技术 (UTBOX)拓展到了面向移动设备用的超薄SOI平台（即FD-SOI平台）。

　　Soitec生产的这些SOI硅晶圆顶层硅膜的厚度可以控制在±0.5nm之间，埋入式氧化物层的厚度则可达到10nm的水平，Soitec公司称这种晶圆可以满足其客户的要求。而且Soitec在法国和新加坡的工厂也已经具备量产这种晶圆的产能实力。

　　2008年，IBM公司属下的微电子集团推出了45nm SOI产品的代工服务项目，不过目前还不清楚IBM会不会继续提供基于FD-SOI技术的代工服务。

　　同时，Soitec抢在去年就宣布完成FD-SOI晶圆的生产准备也可能有点操之过急了。毕竟目前各大芯片厂商在下一代制程节点上是否会选择FD-SOI技术方面的表态还不够明确。也许芯片厂商还在为将FD-SOI技术应用到移动领域的有关设计问题感到担忧。

　　现在，SOI联盟的成员终于开始明确表态支持FD-SOI技术在移动领域的应用。SOI工业联盟的执行主席Horacio Mendez表示：“FD-SOI是改变移动设备市场的伟大技术，这种技术可以提升移动设备在功耗，频率，可制造性以及成本费效等方面的性能。”他还表示FD-SOI技术在尺寸微缩方面具备优势，而且还可以与体硅技术兼容，同时还可以消除PD-SOI中的“历史效应”。

　　针对FD-SOI技术的初步测试显示，这种技术可以减小SRAM的工作电压100-150mV左右，如此便可减小存储器件的功耗40%左右，同时又可以保证SRAM工作的稳定性。

　　按照传统的理念，面向低功耗设备的新旧两代制程技术在性能方面的提升幅度一般在20-30%左右，而据SOI联盟发布的*估结果则显示使用FD-SOI技术制作的产品要比上一代PD-SOI技术提升80%的性能，超过了传统的性能增幅。

　　该联盟还表示，由于FD-SOI技术所使用的基体晶圆制作等级较高，因此后续的晶体管制造过程中，由于可以省去相当数量的掩模保护层制作过程，因此对于芯片制造商而言会相对简单，厂商今后进一步缩减晶体管尺寸时的制造成本费效比也会相对较低。

　　附：PDSOI晶体管历史效应的说明

　　由于PDSOI晶体管中浮体效应的存在，浮体中会淤积电荷，而淤积电荷量的不同则会导致浮体电压的不同，从而影响到管子的门限电压值和开关延时值。当SOI晶体管处在开关状态时，浮体的电压会依之前的晶体管状态而有所不同，由此造成的开关延时值也会有所不同，这种效应称为历史效应。

图2 PDSOI晶体管历史效应

　　举例而言，假如SOI电路长时间处在闲置的状态下，然后被激活而发生开关动作（此时的开关动作称为首次开关First switch），首次开关的时延计为首次开关时延；而随后发生的第二次开关动作则称为二次开关（Second switch）。我们会发现首次开关的时延与二次开关的时延会存在差异，通常二次开关的时延会比首次开关稍短一些。