SOI晶圓迎來了新風(fēng)口
發(fā)布日期：
2021-08-17 瀏覽次數(shù)： 1,590
SOI (絕緣層上覆硅) 晶圓具備高效能、低功耗等特性，相較傳統(tǒng)矽晶圓，在高頻與高功率環(huán)境中更具優(yōu)勢，近來受惠5G、AI 邊緣運(yùn)算等應(yīng)用，對其元件需求持續(xù)擴(kuò)增，且SOI 晶圓單價與毛利是傳統(tǒng)矽晶圓的數(shù)倍，獲利表現(xiàn)可期，中國臺灣的晶圓廠包含環(huán)球晶、合晶等近來積極擴(kuò)大布局，盼能站穩(wěn)5G 世代的風(fēng)口，搶食商機(jī)。
半導(dǎo)體制程持續(xù)依循摩爾定律推進(jìn)，相同晶圓面積下得填入更多電晶體管，閘極(Gate) 線寬便是其中微縮重點(diǎn)。 傳統(tǒng)平面構(gòu)造的MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場效電晶體) 元件閘極線寬，已微縮至極限，當(dāng)閘極線寬縮小至20 納米以下，需改變元件結(jié)構(gòu)，才能持續(xù)推進(jìn)摩爾定律，立體構(gòu)造的FinFET(鰭式場效電晶體) 元件也因此問世。
雖然FinFET 可符合微縮尺寸的需求，但閘極線寬必須在16 納米以下，才能有效控制從源極(Source) 與汲極(Drain) 間的電流開關(guān)，也就是說，在平面MOSFET 構(gòu)造與立體FinFET 構(gòu)造間，閘極線寬仍存在一段空窗尺寸區(qū)域，此缺口剛好由FD-SOI 元件補(bǔ)上。
SOI (Silicon On Insulator) 為絕緣層上覆硅技術(shù)，主要是在硅晶圓上做特殊材質(zhì)處理，在矽基板上增加絕緣層，物理上由于多了一層材料，可使復(fù)雜的制程較易處理，不會因晶圓過薄影響良率，電性表現(xiàn)上較更節(jié)能省電，產(chǎn)出的芯片也會有較高的效能。
FD-SOI 則是為低功率處理而設(shè)計的制程，整合類比/ 射頻/ 混合訊號功能，可在低泄漏/ 休眠模式與高速運(yùn)算中靈活切換，具備低功耗、制造周期短等優(yōu)勢，制程技術(shù)較FinFET 簡單、成本也較低，但元件尺寸較大、散熱也較慢。 FinFET 技術(shù)則追求絕對高性能，但設(shè)計難度與制造成本不斷攀升。
FD-SOI 適合邏輯與類比電路使用，應(yīng)用面為SOI 技術(shù)中最廣泛，囊括物聯(lián)網(wǎng)、車用電子、機(jī)器學(xué)習(xí)等領(lǐng)域； 隨著半導(dǎo)體線寬持續(xù)微縮，F(xiàn)D-SOI 與FinFET 制程成為推進(jìn)技術(shù)發(fā)展的兩大陣營。
不過，SOI 晶圓類型不只FD-SOI，由于SOI 晶圓具備特殊結(jié)構(gòu)特性，元件應(yīng)用可能性多元，依據(jù)不同的硅層厚度、絕緣層厚度，或額外添加的材料層，在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行調(diào)整與設(shè)計，產(chǎn)生不同類型的SOI 晶圓，可應(yīng)用在通訊射頻前端RF-SOI、高功率Power-SOI、光通訊Photonics-SOI、成像Imager-SOI 等。
SOI 晶圓主要在6 至12 吋，從目前晶圓市占率來看，RF-SOI 應(yīng)用占整體SOI 晶圓銷售額約6 成，高功率Power-SOI 占比約2 成，其余則是FD -SOI 及其他技術(shù)應(yīng)用，隨著5G 技術(shù)發(fā)展帶動，RF-SOI 成為其中最火熱的技術(shù)，未來市場整體產(chǎn)能與市占率可望持續(xù)擴(kuò)增。
供應(yīng)商方面，目前SOI晶圓龍頭為法國Soitec半導(dǎo)體，市占率囊括7成以上，其他供應(yīng)商包括日本勝高(SUMCO)、信越(Shin-Etsu)、中國的上海新傲，臺廠則有環(huán)球晶，其中，信越與上海新傲技術(shù)均授權(quán)自Soitec。
晶圓代工廠方面，主要龍頭廠為美國格芯，其他包括韓廠三星、瑞士的意法半導(dǎo)體、以色列TowerJazz，中國則有中芯國際與華虹宏力，臺廠則有聯(lián)電。
從國內(nèi)SOI 晶圓廠布局來看，環(huán)球晶2016 年時，收購當(dāng)時全球第四大晶圓廠SEMI，取得SOI 晶圓技術(shù)專利，為格芯8 吋SOI 晶圓長期供應(yīng)商，基于雙方未來市場發(fā)展與穩(wěn)定供應(yīng)需求，環(huán)球晶與格芯日前簽署MOU，將共同合作擴(kuò)大12 吋SOI 晶圓產(chǎn)能，并簽訂長期供應(yīng)協(xié)議。
環(huán)球晶與格芯的合作主要針對RF SOI領(lǐng)域，著眼目前與下一移動設(shè)備與5G應(yīng)用，提供低功耗、高效能和易整合解決方案，搶食5G帶來的龐大應(yīng)用商機(jī)。 而合晶SOI產(chǎn)能也已量產(chǎn)，主要應(yīng)用端為微機(jī)電(MEMS)、智能電源等領(lǐng)域，目標(biāo)為2年內(nèi)營收占比可達(dá)3-5%。
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