Fins und FD-SOI sind komplementär, sagen die Teilnehmer der VLSI Research Umfrage

von: Dave Lammers

"Es gibt viel weniger Fanatiker als noch vor zwei Jahren". Dan Hutcheson, CEO von VLSI Research

Vor zwei Jahren befragte Dan Hutcheson, CEO des Marktforschungsunternehmens VLSI Research Inc. (Santa Clara, Kalifornien), ein Interview mit einflussreichen IC-Managern und Managern für geistiges Eigentum über vollständig verarmtes Silizium auf Isolator (FD-SOI) führte, stieß er auf zwei Hauptbedenken: die Verfügbarkeit von externem geistigen Eigentum, das die Entwicklungsteams mit internem geistigen Eigentum kombinieren könnten, und das damalige Fehlen einer Roadmap für die Prozesstechnologie.

Hutcheson wiederholte die Umfrage von VLSI Research in diesem Jahr und fand eine andere Landschaft vor: Die Teilnehmer der Umfrage 2018 waren viel weniger besorgt über die Roadmap, da GLOBALFOUNDRIES sich auf einen 12-nm-Knoten für seine FDX-Technologie festgelegt hat, und "IP ist viel weniger ein Thema", sagte Hutcheson während einer Präsentation der Umfrageergebnisse 2018 auf dem 2018 SOI Silicon Valley Symposium Ende April.

Hutcheson befragte 24 Personen - Entscheidungsträger in Unternehmen, die mehr als die Hälfte des IC-Marktes und des Marktes für geistiges Eigentum abdecken - nach den Gründen für ein Transistor-Design mit FD-SOI. Fast 40 Prozent nannten "bessere Verstärkung für Analogschaltungen" als Hauptgrund, eine ähnliche Anzahl nannte geringere Leckage und bessere Parasitik. Geringeres Rauschen, bessere Transistoranpassung, thermische Eigenschaften, Zuverlässigkeitsaspekte und besserer Strahlungsschutz folgten an Bedeutung.

Die Teilnehmer der Umfrage von 2018 sind sich nun bewusst, dass HF- und Mixed-Signal-Technologien leichter in FD-SOI implementiert werden können, einschließlich der weit verbreiteten Ansicht, dass FD-SOI eine bessere Lösung für 5G- und Millimeterwellen-HF-SoCs ist.

Die Zeiten haben sich geändert

Als die Umfrage 2016 durchgeführt wurde, waren finFET-basierte Prozesse gerade erst verfügbar. Damals dachte man im Entweder-Oder-Modus: entweder finFETs oder FD-SOI, das eine oder das andere. Jetzt, da FinFETs auf breiter Front verfügbar sind, setzt sich ein differenzierteres Denken durch. "Jetzt sagen die meisten Leute, dass FinFETs und FD-SOI komplementäre Technologien sind und dass es von den Anforderungen der Anwendung abhängt, welche man einsetzt", so Hutcheson.

FinFET-basierte Technologien bieten eine höhere Leistung, Integration und Dichte. Die Design- und Maskenkosten sind jedoch höher als bei FD-SOI, auch wenn die FinFET-Kosten in den letzten zwei Jahren aufgrund der Abschreibung von Werkzeugsätzen gesunken sind.

Viele der Befragten gaben an, dass sich die Hauptvorteile von FD-SOI auf RF oder "High-Mix-SoCs" mit Analog-, Digital- und RF-Funktionen auf demselben Chip konzentrieren. In Produktmärkten, in denen HF- und Sensorintegration wichtig sind, wird FD-SOI als der richtige Weg angesehen, "viel mehr als bisher", sagte er.

Die Befragten sagten Hutcheson, dass die vollständig verarmten planaren Transistoren auf SOI "eine bessere Verstärkung für analoge Bauteile, eine bessere Anpassung und eine viel einfachere Anpassung" bieten. Die Automobilhersteller sehen einen besseren thermischen Bereich und einen stabileren Betrieb" in Automobilumgebungen. Außerdem profitieren analoge Designs von der besseren Verstärkung, die mit den FD-SOI-Transistoren im Verarmungsmodus möglich ist, verglichen mit den Transistoren im Anreicherungsmodus der FinFETs.

"FD-SOI ist aufgrund der besseren Parasitik einzigartig für 5G positioniert. Einige Leute versuchen, Finnen für 5G zu verwenden, aber die Parasitik der Finnen ist ein entscheidender Faktor. Um es mit den Worten der Befragten zu sagen: "Man kann immer einen Weg finden, alles zu umgehen. Aber die Frage ist: Wie viel wollen Sie dafür bezahlen?", sagte er.

In der Umfrage 2018 wurde nach den wichtigsten Gründen für die Verwendung von FinFETs gefragt. Die wichtigsten Gründe waren die Leistungs- und Dichtevorteile von Spitzen-FinFETs. Fast 30 Prozent sagten: "FD ist in diesen Bereichen strukturell nicht kosteneffektiv." Etwa 15 Prozent der Befragten gaben an, dass sie glauben, dass Millimeterwellen-ICs "mit Bulk möglich sind". Andere nannten eine Vielzahl von Gründen für die Bevorzugung von FinFETs, darunter Herausforderungen beim Design mit Back-Biasing, das FinFET-Ökosystem hat keine Gleichen", ein Mangel an FD-SOI-IP und das Management sagt Nein".

"Ich fragte nach Body-Biasing und fand Leute, die sagten, es sei überbewertet", sagte Hutcheson. Einer sagte: "Wenn ich zu meinem Chef gehe und sage, dass wir das tun sollten, weil wir Body-Biasing machen wollen, wird er wahrscheinlich sagen, dass es zu komplex und riskant ist, also machen wir einfach Masse. Es ist besser, dem Management zuerst die einzigartigen Transistoreigenschaften von FD zu verkaufen und dann Body-Biasing als Bonus später hinzuzufügen."

Die Befragten gaben an, dass FD-SOI aus geschäftlichen Gründen attraktiv sei. Etwa 30 Prozent nannten niedrigere Entwicklungskosten als Hauptgrund für die Entwicklung mit FD-SOI. Es folgten niedrigere Herstellungskosten, weniger Masken und kürzere Zykluszeiten/Zeit bis zur Markteinführung.

Hutcheson merkte an, dass die Bezeichnung Internet der Dinge mehrere große Marktsegmente umfasst. Für Edge-IoT-Märkte, in denen der Stromverbrauch wichtig ist - was er als "clevere Leistung mit Ein-/Aus-Einsatzprofilen" bezeichnete - hat FD-SOI "einen großen Vorteil". Außerdem habe die Umfrage ergeben, dass FD-SOI Vorteile für Märkte mit kurzer Produktlebensdauer und für Unternehmen mit "geringen Budgets für das Chipdesign" habe.

Die wichtigste Erkenntnis aus der Umfrage 2018 ist, dass Manager und Ingenieure eher bereit sind, FD-SOI als Ergänzung zu finFETs oder in einigen Fällen als einzige Prozess-Roadmap zu betrachten, die den Produktanforderungen ihres Unternehmens entspricht. Ganze 75 Prozent der Befragten gaben an, dass sie zwei Roadmaps in Betracht ziehen würden, eine für FinFETs und eine für FD-SOI.

"Vor zwei Jahren wurde die Frage dramatisch diskutiert: Sind es finFETs? Oder ist es FD-SOI? Damals war es eine ODER-Gatter-Situation, aber jetzt ist es eher ein UND-Gatter. Die Leute sind bereit, beides zu verwenden. Es gibt viel weniger Fanatiker als noch vor zwei Jahren", sagte er.