Globalfoundries STMicroelectronics setzt auf 22-nm-FD-SOI

Alain Mutricy, Globalfoundries: »Der FD-SOI-Prozess ist auf die Anforderungen kostensensitiver ICs zugeschnitten, die einerseits eine hohe Performance und Vernetzungsfähigkeit zur Verfügung stellen, andererseits wenig Leistung aufnehmen.«
Alain Mutricy, Globalfoundries: »Der FD-SOI-Prozess ist auf die Anforderungen kostensensitiver ICs zugeschnitten, die einerseits eine hohe Performance und Vernetzungsfähigkeit zur Verfügung stellen, andererseits wenig Leistung aufnehmen.«

ST wird die neuste Generation ihrer ICs für den Einsatz im IoT-Umfeld auf Basis des 22-nm-FD-SOI-Prozesses von Globalfoundries (GF) in deren Dresdner Werk Fab 1 fertigen.

Globalfoundries hat den Prozess mit Partnern, darunter LETI und Substratlieferant Soitec, sowie mit Unterstützung von EU-Projekten und nationalen Förderprogrammen in Dresden weiterentwickelt. Jetzt ist der eigene 22-nm-SD-SOI-Prozess – kurz 22FDX – qualifiziert und ST wendet ihn als eine der ersten Firmen für die Fertigung eigener ICs an.  

Zunächst hatte Globalfoundries die erste Prozessgeneration, die 28-nm-FD-SOI-Prozesstechnik, von ST lizenziert. Ursprünglich handelte es sich dabei um eine IBM-Entwicklung.

»Dieser Prozess zeigt deutlich, dass sich die Halbleiterindustrie an einem Wendepunkt befindet«, sagt Alain Mutricy, Senior Vice President Product Management von Globalfoundries im Interview mit Markt&Technik. Denn ab jetzt teilen sich die Wege: Wem es auf höchste Leistungsfähigkeit ankommt, der setzt auf die FinFET-Technik, um auf dem von Moore´s Law gewiesenen Weg weiter voran zu schreiten. Die FinFET-ICs sind allerdings leistungshungrig und in der Produktion teuer, weil teure Triple- oder Quadrupel-Techniken zum Einsatz kommen müssen und die Zahl der Maskenschritte deutlich über denen von FD-SOI-Prozessen liegt.   

Hoher Preis und hohe Leistungsaufnahme – das ist das genaue Gegenteil der Anforderungen, die ICs für den Einsatz im IoT-Umfeld erfüllen müssen. Deshalb hat Globalfoundries nicht nur auf eine FinFET-Roadmap sondern auch auf die FD-SOI-Technik gesetzt, die Alain Mutricy als typisch »More than Moore« beschreibt.

Dabei kann sich die Leistungsfähigkeit der 22-nm-FD-SOI-ICs durchaus sehen lassen: Sie entspricht nach seinen Worten der Performance, die die FinFET-Technik auf der 14-nm-Ebene bietet. Zwar nicht durchgehend, aber diese Leistungsfähigkeit kann – unter anderem dank der Body-Bias-Technik – immer dann abgerufen werden, wenn sie wirklich gebraucht wird. Ansonsten dürfen sich die Anwender über die niedrige Leistungsaufnahme sowie weitere interessante Vorteile freuen. Dazu zählt die Möglichkeit, digitale, analoge und HF-Funktionen sowie MRAMs integrieren zu können.

Was das bedeutet, erläutert er an einem Beispiel: Der erste Hersteller habe bereits einen Prozessor auf Basis der Ultra-Low-Power-Library des neuen Prozesses realisiert, der mit einer Spannung von 0,4 V auskommt. Gegenüber der 14-nm-FinFET-Technik sinke damit die Leistungsaufnahme um 90 Prozent.  

Eine weitere Variante des 22FDX-Prozesses eignet sich besonders dafür, HF-Funktionen auf SoCs zu integrieren, die im IoT-Umfeld, etwa in Autos, ihren Dienst tun. So würden schon Anfang dieses Jahres die ersten Single-Chip-Radar-ICs auf den Markt kommen.

Schließlich ist er stolz darauf, dass sich auf Basis dieses Prozesses eingebettete nichtvolatile Speicher sehr effektiv realisieren lassen: »Die Prozessvariante wird dieses Jahr abschließend qualifiziert, erste komplexe ICs mit embedded MRAM für den Einsatz im Auto werden noch in diesem Quartal fertiggestellt.«

Joel Hartmann, Executive Vice President Digital Front End Manufacturing Technology von STMicroelectronics ist überzeugt davon, auf Basis von 22FDX die ICs fertigen zu können, die einerseits eine hohe Performance und Vernetzungsfähigkeit zur Verfügung stellen, andererseits wenig Leistung aufnehmen und die preislichen Anforderungen der Zielmärkte erfüllen: »In Kombination mit unserer Designerfahrung und unserem FD-SOI-IP werden wir eine neue Klasse von SoCs realisieren können.«

Ein Grund dafür, dass die ICs auf Basis des 22-nm-FD-SOI-Prozesses relativ kostengünstig produziert werden können, ist die Tatsache, dass keine aufwendigen Belichtungen erforderlich sind.

Erst im 12-nm-FD-SOI-Prozess kommen komplexere Mehrfachbelichtungen zum Einsatz. Auch hier liegt aber die Zahl der Masken relativ niedrig. »Wir machen auf dieser Technologieebene sehr gute Fortschritte und werden den Prozess 2019 qualifizieren«,  Alain Mutricy.

Alain Mutricy ist allerdings überzeugt, dass dem 22-nm-Prozess noch ein langes Leben beschieden sein wird, weil er einen sehr guten Kompromiss zwischen Leistungsfähigkeit und Kosten plus eingebetteten nichtflüchtigen Speichern darstellt. Die so gefertigten ICs würden die Anforderungen in einem sehr weiten Bereich im Umfeld von Industrie 4.0, Automotive, drahtloser Vernetzung und KI noch auf lange Zeit abdecken können. Denn diese Anforderungen würden sich so schnell nicht ändern. »Deshalb folgen uns ja auch einige auf dem FD-SOI-Weg«, was ihn grundsätzlich freut. Zumal er überzeugt ist, Differenzierung bieten zu können: »Mit Techniken wie Body Bias halten wir noch einige Trümpfe in der Hand.«