在集成電路工藝上，中國選擇兩條腿走路

9月26日，第五屆上海FD-SOI論壇在上海浦東嘉里大酒店召開。在本次大會上，中國科學院院士，中國科學院上海微系統與信息技術研究所所長王曦、SOI產業聯盟董事長，創始人、董事長兼總裁Carlos Mazure、格芯首席執行官Sanjay Jha等專家和企業家共聚一堂暢談FD-SOI目前的發展情況、技術優勢，以及未來的發展前景。

由於在Intel和台積電的主導下，FinFET技術已經成為主流，FD-SOI工藝的市場接受度並不高，連帶著使格羅方德、Soitec等一批在SOI工藝上有較深厚技術積累的公司受到拖累。格羅方德如果想讓SOI工藝能夠逆襲，只能依靠中國企業和中國市場的幫助。對中國而言，這也可以兩條腿走路，分攤押寶FinFET的風險。

什麼是FD-SOI工藝

SOI (Silicon-On-Insulator絕緣體上硅)是指絕緣層上的硅，是一種用於集成電路的供應商製造的新型原材料。SOI技術作為一種全介質隔離技術，可以用來替代硅襯底。FD-SOI就是在襯底上做文章，在晶體管相同的情況下，採用FD-SOI技術可以實現在相同功耗下使性能提高，或者在相同性能下，使功耗降低。

不過，相對於已經廣泛使用的FinFET工藝，FD-SOI工藝則顯得非主流。原因之一就在於過去很難有廠商可以把SOI基體做到5nm，這使得SOI工藝的前途不明朗。而Intel和台積電在硅襯底上能夠做出滿足要求的晶元，所以依舊使用硅襯底。台積電市場份額巨大，而Intel有最好的技術，兩家選擇了FinFET，自然而然整個產業鏈就跟著走，於是FinFET就成為了主流，FD-SOI工藝則成為非主流。

國內某公司的晶元採用了SOI工藝，該公司的工程先聲明「對工藝不太熟悉」之後，做出的評價是：我的體會是SOI工藝，功耗控制還不錯，但和台積電和Intel的工藝相比不是主流，非主流的不利影響就是工藝發展慢，穩定性弱。

廠商間的PPT大戰

雖然SOI工藝成為非主流，但是還是有自己獨到之處的。SOI工藝具有了較高的跨導、降低的寄生電容、減弱的短溝效應、較為陡直的亞閾斜率，與體硅電路相比，SOI電路的抗輻照強度提高了100倍。在高溫環境下，SOI器件性能明顯優於體硅器件。

根據格羅方德直接宣稱：22nm FD-SOI工藝功耗比28nmHKMG降低了70%；晶元面積比28nmBulk縮小了20%；光刻層比FinFET工藝減少接近50%；晶元成本比16/14nm低了20%。若是將製程提升到14nm，相對於28nm SOI會有35%的性能提升，功耗也會降到原來的一半。

在第五屆上海FD-SOI論壇上，格芯首席執行官Sanjay Jha在自己的演講中直接給出了22nm FD-SOI和TSMC與英特爾的各項性能對比。根據PPT可以看出，格芯的22FDX技術相對於Intel的22FFL和台積電的22ULP具有一定優勢，而且22FDX技術已經可以投產，而Intel的22FFL和台積電22ULP要想投產還需要3-6個月。

成本過高是SOI技術過去的一項短板，其中原因之一就在於SOI的晶圓成本偏高，由於SOI工藝的非主流導致無法通過產量削減成本。不過，這並非無法補救，畢竟如果藉助中國市場，並讓中國企業實現晶圓國產化，那麼還是能在一定程度上削減晶圓成本的。而且SOI工藝還能削減設計成本，根據IBS首席執行官Handel H.Jones給出的數據如下，設計成本主要包括，硬體設計和軟體設計。

Handel H.Jones認為，12nm FD-SOI的設計成本在5000萬-5500萬美金，而16nm的FINFET設計成本在7200美金左右，10nm FINFET設計成本在1.31億美金。就工藝成本而言，Handel H.Jones認為，12nm FD-SOI要比16nm FinFET成本低22.4%，比10nm FinFET低23.4%，比7nm FinFET低27%。不過，這些都是做PPT畫大餅，真正成本能否控制到這個水平就只有以後商業化量產了產能知曉了。

FD-SOI頗具市場潛力

FD-SOI在感測器、射頻晶元和物聯網晶元方面頗具市場潛力。

在感測器方面，由於整合於手機中的相機模組一直維持著相當固定的尺寸規格（通常是10mmx10mmx6mm），不過在尺寸不變的同時，其性能與功能則持續顯著提升(從VGA單鏡頭到16Mp AF以及OIS 6鏡頭相機)，這就造成影像品質和相機的尺寸的矛盾，而FD-SOI為CIS設計者提供了一個非常好的選擇，採用FD-SOI堆疊CIS恰恰能解決影像品質和相機的尺寸的矛盾——堆疊的方式讓晶元設計者能使CIS製程發展僅專註於像素性能，而且採用FD-SOI方式堆疊，還可節省空間，從而實現更小型的相機模組。而這就是索尼和三星計劃量產CIS，並用使用FD-SOI晶圓製造ISP，以便與CIS共同實現晶元堆棧的原因。

在射頻晶元方面，RF-SOI技術更是能實現對GaAS技術的替代。由於採用RF-SOI可以在CMOS之上實現設備的堆疊，並克服Johnson 極限提高效率，RF-SOI可以達到高效與高功率，完全滿足LTE對射頻晶元性能的需求。而且採用RF-SOI可以使同一張硅晶元上可以實現更多邏輯與控制的集成，這就避免了採用GaAS技術必須採用單獨晶元控制GaAS晶元的情況。正是性能滿足需求，而且在成本、集成度上的優勢，RF-SOI已經在手機射頻晶元的斬獲80%-90%的市場份額，即便由GaAS壟斷的PA市場，將來也很可能會有RF SOI的一席之地。

此外，由於物聯網、5G通信、人工智慧的興起，FD-SOI在某些方面具有 FinFET工藝所不具備的優勢。以SOI技術在物聯網方面的應用為例。物聯網應用要求這種技術必須能夠在單一晶元上集成多種功能，同時維持較低的能耗。而如果採用傳統的主流工藝，很難實現預期的效果，或者是需要很高的成本。但是採用28FD-SOI之後則能夠在實現功能的基礎上，保持較低的功耗，甚至是實現5G連接也不在話下。在經歷了14-8nm的發展之後，從7nm開始，將會進入EUV的時代。在工藝進步放慢，採用最新工藝的成本大幅提高後，追求性能、功耗、成本的平衡將成為越來越多IC設計公司的選擇。因此，SOI工藝在物聯網、5G通信方面有大展拳腳的潛力。

結語

雖然SOI在一些領域具有不錯的前景，但FinFET依舊是目前的主流，主動選擇SOI工藝的客戶相對而言並不多，市場接受度也不高。不過，如果能在中國建立完善的產業鏈，SOI依靠中國崛起還是有機會的。

特別是像格羅方德公司從AMD剝離之後一直虧損，而像Soitec公司日子過的也不好，因而具有相對較高的技術轉讓意願，畢竟老外也是要吃飯的，空守著技術把自己餓死，資本家還沒這麼高的覺悟。

事實上，中國似乎在同時走FinFET和SOI兩條技術路線，在中芯國際和比利時微電子研究中心聯手研發14nm FinFET工藝的同時，積極布局SOI技術。在成都投資90億美元與格羅方德成立了合資企業格芯半導體公司，引入22nm SOI工藝；上海硅產業投資有限公司收購法國Soitec 14.5%的股份，極有可能是瞄準Soitec掌握的FD-SOI基板技術以及其擁有的3600項專利；國內華虹宏力已經掌握了0.18um 200mm的RF-SOI量產技術，而且在成本上還優於GaAS，具有較強的商業競爭力；國內龍芯的3A3000就採用了28nm SOI工藝，正在研發的3A4000晶元的工藝同樣為28nm SOI。

總而言之，在FinFET已經佔據主流地位的情況下，SOI要想崛起只能依靠中國。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！