FDX "Keine Nischentechnologie"

Von Dave Lammers

Von allen Zahlen, die für die vollständig verarmte SOI-Technologie von GLOBALFOUNDRIES angegeben werden, sticht für mich die Zahl 39 heraus. Das ist die Anzahl der Maskenschichten, die erforderlich sind, um einen vollständig verarmten 22-nm-SOI-Chip mit acht Metallschichten herzustellen. Zum Vergleich: Für einen vergleichbaren Chip mit FinFET-Transistoren werden 60 Masken benötigt, so Jamie Schaeffer, der Leiter des FDX™-Programms. Natürlich sind Vergleiche zwischen FinFET- und FD-SOI-Technologien ungenau. Beide haben ihre Vorzüge. Bei FD-SOI kostet der erste SOI-Wafer ein Mehrfaches eines Bulk-Wafers. Es gibt Unterschiede beim Antriebsstrom. Aber bedenken Sie, wie viele heikle Ätzschritte zur Herstellung der Rippen und wie viele Mehrfachdurchläufe durch teure Scanner diese zusätzlichen 21 Maskenschichten erfordern. Dann wird klar, dass FD-SOI Kostenvorteile bieten kann, die nicht wirklich vorhanden waren, als der Wettbewerb zwischen Bulk-Planar- und SOI-Planar-Technologien stattfand.

Bedenken hinsichtlich der Kontinuität

22FDX®-Designs befinden sich derzeit in der Prototypenphase, die Risikoproduktion soll im ersten Quartal 2017 beginnen. Die kürzlich angekündigte 12FDX™-Technologie geht 2019 in die kommerzielle Produktion. Dan Hutcheson, CEO von VLSI Research Inc. befragte 75 Entscheidungsträger in sechs Chip-Unternehmen, sechs EDA- und IP-Anbietern und zwei Universitäten und stellte fest, dass eine ihrer Sorgen die Kontinuität war. Eine der Fragen, die in der Umfrage geäußert wurden, lautete: "Gibt es eine Zukunft? Sie wollten sicherstellen, dass es einen nächsten Knotenpunkt für die FD-SOI-Technologie gibt". Schaeffer wies auch auf die Bedeutung des Faktors Nachfolge hin. "Die gesamte FDX-Roadmap, die 22 und 12FDX integriert, bietet einen komplementären Weg zu FinFETs", sagte er. Schaeffer war jedoch leicht beleidigt, als ich eine Frage stellte, die andeutete, dass die wirklichen Volumina in der FinFET-Arena bleiben werden, mit Prozessoren und Grafikchips, während FDX gut für die kleineren Kartoffeln geeignet wäre, für die Design-Teams, die nicht ganz die Ressourcen haben, um ein FinFET-Projekt in Angriff zu nehmen. "Wir machen das nicht als Nischentechnologie", antwortete er. "Wir zielen auf großvolumige Gelegenheiten ab - Transceiver, WiFi, Bildverarbeitung und Automotive. Wir beabsichtigen, einen großen Teil unserer Fab 1 in Dresden zu füllen, und haben Pläne für eine Kapazitätsausweitung", so Schaeffer.

GLOBALFOUNDRIES 22FDX wird in Europas größter 300mm-Fabrik hergestellt

Dieses Wort, Transceiver, ist der Schlüssel zum FDX-Programm. Die 22FDX-Transistoren weisen eine Fmax im 325-GHz-Bereich auf, die die aufkommende 5G-Mobilfunkspezifikation erfüllen kann. Schaeffer sagte, dass die 22FDX- und 12FDX-Technologien "eine einzigartige Gelegenheit bieten, mmWave-Transceiver mit ADCs, DACs und digitalem Basisband zu integrieren. FinFETs bieten die digitale Skalierung, aber nicht die HF-Leistung, die bei mmWave-Frequenzen erforderlich ist. Auf dem IoT-Markt könnte die FDX-Technologie mikrocontrollerbasierte SoCs mit integrierter Low-Power-Wireless-Technologie unterstützen. Sie könnte auch für Produkte ins Spiel kommen, die auf den neuen WiFi-Standards der Gigabit-Klasse basieren. Und je nachdem, wie schnell sich der 5G-Mobilfunkstandard durchsetzt und wie er sich in die selbstfahrenden Autos der Zukunft einfügt, könnte FDX in der Automobilbranche große Verbreitung finden.

Analog Freundlich

Hutcheson sagte, dass er SOI skeptisch gegenüberstand, bis er die Umfrage von VLSI Research durchführte und mit Gerätephysikern über die relativen Vorzüge von FinFETs und SOI-Transistoren sprach. "Als wir die Entwicklungsingenieure befragten, sagten sie, dass SOI für analoge Anwendungen viel besser sei als FinFETs." Dick James, Senior Fellow bei ChipWorks (Ottawa), sagte, dass Analogdesigner auf die Möglichkeit angewiesen sind, die Breite ihrer Transistoren anzupassen. Bei FinFET-basierten Schaltungen müssen die Entwickler mit einer quantisierten Transistorbreite" arbeiten und die Transistorbreiten durch die Verwendung mehrerer Lamellen anpassen. "Mit planaren Transistoren können Analogentwickler ihre Schaltungen abstimmen, indem sie breitere Transistoren an beliebigen Stellen einsetzen", so James. Auch die Debatte über den Stromverbrauch kippt zugunsten von SOI, so James. Mit der vergrabenen Oxidschicht (Buried Oxide Layer, BOX) kann theoretisch jeder Transistor von einer Isolationsschicht umgeben sein, und das hilft bei der Kontrolle von Leckagen und Parasitären. Back-Biasing spielt auch eine Rolle bei der Kontrolle des Stromverbrauchs, indem es die Schwellenspannung anhebt und Leckagen reduziert, wo es angebracht ist. Die Debatte über die relativen Vorzüge von Bulk-FinFETs gegenüber der SOI-Technologie wird schon seit Jahrzehnten geführt und nahm im Sommer 1998 an Intensität zu, als IBM offiziell ankündigte, für seine Serverprozessoren auf SOI umzustellen. Intel setzte sich vehement für die Beibehaltung der Bulk-Silizium-Technologie ein, was schließlich zu den FinFETs führte, die während des letzten Jahrzehnts im Mittelpunkt standen. Jetzt erreicht die Debatte über FD-SOI oder FinFET - und darüber, wo beide im heutigen Technologiespektrum angesiedelt sind - eine neue Intensität, die sich auch auf dem Markt bemerkbar machen wird.

Aber warum 22? Warum nicht FDX20? Und warum 12, anstatt die von anderen favorisierte 10-nm-Grenze zu verwenden? Hier geht es wieder um die Frage der Produktionskosten. Bei den 22-nm-Designregeln, so Schaeffer, ist eine Single-Pass-Strukturierung ausreichend. Eine doppelte Strukturierung ist nicht erforderlich. Bei 12 nm reicht die doppelte Strukturierung für die kritischen Schichten aus, so dass eine drei- oder vierfache Strukturierung nicht erforderlich ist. Das war's. Mit 39 Maskenschichten, überlegenen Trägerfrequenzen bei geringer Leistung könnte FDX eine Alternative zu FinFETs darstellen, insbesondere in Märkten, in denen die Kombination aus Transistordichte und guter HF-Leistung geschätzt wird. Möge der Wettbewerb beginnen.