真的会做到5nm吗？ 半导体制造的那些明争暗斗

　　当今的半导体行业竞争激烈，而晶圆制造作为关键的环节，厂商之间的竞争也是空前激烈，特别是英特尔（Intel）、台积电（TSMC）、三星（Samsung）和格罗方德（GlobalFoundries）这几个行业大佬，在争取大客户方面更是用尽浑身解数，明争暗斗得不可开交。总的来说，眼下的半导体制造之争，主要表现在两方面：一是工艺技术，即FinFET和SOI；二是工艺节点，即16/14nm、10nm和7nm。

　　工艺技术之争

　　1. FinFET为主流

　　目前，FinFET（Fin Field-Effect Transistor，鳍式场效应晶体管）是所有大型晶圆制造厂商采用的主流先进工艺。在传统晶体管结构中，控制电流通过闸门，只能在闸门的一侧控制电路的接通与断开，属于平面架构。在FinFET架构中，闸门成类似鱼鳍的叉状3D结构，可于电路的两侧控制电路的接通与断开。这种设计可以大幅改善电路控制并减少漏电流，也可以大幅缩短晶体管的闸长。

　　2. SOI崛起

　　上世纪80年代，业界就有人提出了SOI（Silicon-On-Insulator，绝缘体上硅）工艺设想，当时，伯克利的胡正明教授也指出，当摩尔定律走到极限的时候，能够推动半导体产业继续向前发展的技术会有两种，一是FinFET，另外一个就是SOI。

　　SOI是CMOS工艺的特殊版本，二者最大的不同在于衬底，CMOS的衬底是导电的，而SOI采用绝缘体硅工艺，其衬底是不导电的，而导热性又比较好，因此，可以利用这一特性，通过特殊方法，弥补其在击穿电压特性上的不足，从而实现高功率电路。

　　特殊结构使SOI电路具有较高的跨导、低寄生电容、减弱的短沟效应和较为陡直的亚阈斜率。SOI技术的另一特性是耐高温，在高温环境下，SOI器件性能明显优于体硅器件，这是因为高温下与体硅器件相比，SOI器件的源和漏结面积小，可使漏电流降低很多。FD-SOI（全耗尽绝缘硅）工艺在射频（RF）和物联网芯片方面的优势明显。

　　虽然SOI工艺成功之路历经坎坷，但目前已经渗透入主流市场。苹果的iPhone 6s就采用了SOI工艺射频芯片，此外，Intel和IBM也正使用SOI工艺来推动硅光子技术的发展。

　　相比FinFET工艺，FD-SOI晶体可节省20%的管芯成本和50%的氧化埋层成本

　　目前，格罗方德是SOI工艺的主要推进者，该公司声称，其FD-SOI（全耗尽绝缘硅）在未来4年内的销售量将超过FinFET。为此，格罗方德推出了22nm的“22FDX”SOI平台，并表示这项工艺在能实现更低功耗的同时，还具有与28nm工艺相似的成本优势，并且性能可与FinFET技术相媲美。

　　格罗方德的22nm FD-SOI项目于2016年下半年在德国德累斯顿工厂投产，为此已投资2.5亿美元。ARM、Imagination、意法半导体、飞思卡尔、VeriSilicon、IBS、Semeria、Soitec等都表达了支持，宣布将会采纳该工艺。

　　以前按照摩尔定律，大家总认为芯片成本会不断降低，但是在28nm以后，如果采用FinFET工艺，单个晶体管的成本不降反升，所以，是成本让摩尔定律出现了危机！而这正是“22FDX”SOI平台要解决的问题，该技术最有价值的一点就是它提供的性能和功耗堪比FinFET，但成本却与28nm相当。

　　FinFET可以做到10nm和7nm级别，FD-SOI也具有相同的能力，并且成本更低。格罗方德认为，22FDX正好处于14LPP/LPE和10LLD之间，该公司的下一个目标是实现与10nm FinFET相对应的性能，但是可以降低20%~30%的芯片成本。