富士通半導體有限公司和SuVolta，Inc今日宣布，通過將SuVolta的PowerShrink™低功耗CMOS與富士通半導體的低功耗工藝技術集成，已經成功地展示了在0.425V超低電壓下，SRAM(靜態(tài)隨機存儲)模塊可以正常運行。這些技術降低能耗，為即將出現(xiàn)的終極“生態(tài)”產品鋪平道路。技術細節(jié)和結果將會在12月5日開始在華盛頓召開的2011年國際電子器件會議（IEDM）上發(fā)表。
　　
　　從移動電子產品到因特網共享服務器，以及網絡設備，控制功耗成為增加功能的主要限制。而供應電壓又是決定功耗的重要因素。之前，CMOS的電源電壓隨著器件尺寸減小而穩(wěn)定下降，在130nm技術結點已降至大約1.0V。但在那之后，技術結點已縮小到28nm，電源電壓卻沒有隨之進一步降低。電源供應電壓降低的最大障礙是嵌入的SRAM模塊最低工作電壓。
　　
　　結合SuVolta的Deeply Depleted Channel™ (DDC)晶體管技術 – 該公司的PowerShrink™平臺組件之一 – 與富士通半導體的尖端工藝，兩家公司已經證實通過將CMOS晶體管臨界電壓（VT）的波動降低一半，576Kb的SRAM可在0.4伏附近正常工作。該項技術與現(xiàn)有設施匹配良好，包括現(xiàn)有的芯片系統(tǒng)（SoC）設計布局，設計架構比如基體偏壓控制，以及制造工具。
　　
背景
　　
　　遵循微縮定律，在130nm技術結點CMOS電源供應電壓逐步降低到大約1.0V。但是，盡管工藝技術已經由 130nm繼續(xù)縮小到28nm，電源電壓卻還保持在1.0V左右的水平。由于動態(tài)功率與供應電壓的平方成正比，能耗已經成為CMOS技術的主要問題。電壓降低止步于130nm結點的原因是多處波動來源，包括隨機雜質擾動（RDF）。RDF是器件及工藝波動的一種形式，由注入雜質濃度或晶體管通道內摻雜原子 的擾動引起。RDF導致同一芯片上不同晶體管的臨界電壓（VT）出現(xiàn)偏差。
　　
　　已見報道的兩種特殊結構可以成功減小RDF：ETSOI和Tri-Gate – FinFET技術的一種。但是，這兩種技術都非常復雜，使得他們很難與現(xiàn)有設計和制造設施匹配。
　　
SuVolta的DDC™晶體管
　　
　　圖1所示為SuVolta的DDC™晶體管在富士通半導體的低功耗CMOS工藝中的應用。晶體管截面電子顯微圖（TEM）顯示晶體管在平面基體硅結構上制造而成。

圖1. DDC晶體管截面

降低SRAM最低工作電壓
　　對于大多數(shù)芯片，降低供應電壓的限制來自于SRAM。如圖2所示，富士通半導體和SuVolta展示了在低至0.425V電壓下仍然能夠正常工作的SRAM模塊。由于SRAM是降低供應電壓最大的挑戰(zhàn)，該項成果意味著DDC將使得多種基于CMOS的電路在0.4V左右運作成為現(xiàn)實。
　　
　　圖2顯示了576k SRAM宏模塊在不同電壓下的良率。良率由所有比特都通過的宏模塊數(shù)目計算而得。

圖2. 576k SRAM良率

總結與未來計劃
　　DDC晶體管的工藝流程已經成功建立。所制造的DDC晶體管顯示VT波動比基準流程改善了50%，并且產出在0.425V電壓下仍能運作的SRAM，充分證明了DDC晶體管有能力將供應電壓降低到0.4V左右。
　　
　　富士通半導體將發(fā)展這項技術并積極回應客戶在消費電子產品，移動設備及其他領域對于低功耗/低電壓運行的要求。