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在集成電路工藝上 中國(guó)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(huì)上，中國(guó)科學(xué)院院士，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所所長(zhǎng)王曦、SOI產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟董事長(zhǎng)，創(chuàng)始人、董事長(zhǎng)兼總裁 Carlos Mazure、格芯首席執(zhí)行官Sanjay Jha等專家和企業(yè)家共聚一堂暢談FD-SOI目前的發(fā)展情況、技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以及未來(lái)的發(fā)展前景。
由于在Intel和臺(tái)積電的主導(dǎo)下，F(xiàn)inFET技術(shù)已經(jīng)成為主流，F(xiàn)D-SOI工藝的市場(chǎng)接受度并不高，連帶著使格羅方德、Soitec等一批在SOI工藝上有較深厚技術(shù)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(guó)企業(yè)和中國(guó)市場(chǎng)的幫助。對(duì)中國(guó)而言，這也可以兩條腿走路，分?jǐn)傃簩欶inFET的風(fēng)險(xiǎn)。
什么是FD-SOI工藝
SOI (Silicon-On-Insulator絕緣體上硅)是指絕緣層上的硅，是一種用于集成電路的供應(yīng)商制造的新型原材料。SOI技術(shù)作為一種全介質(zhì)隔離技術(shù)，可以用來(lái)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，采用FD-SOI技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)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(guò)，相對(duì)于已經(jīng)廣泛使用的FinFET工藝，F(xiàn)D-SOI工藝則顯得非主流。原因之一就在于過(guò)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和臺(tái)積電在硅襯底上能夠做出滿足要求的芯片，所以依舊使用硅襯底。臺(tái)積電市場(chǎng)份額巨大，而Intel有最好的技術(shù)，兩家選擇了FinFET，自然而然整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈就跟著走，于是FinFET就成為了主流，F(xiàn)D-SOI工藝則成為非主流。
國(guó)內(nèi)某公司的芯片采用了SOI工藝，該公司的工程先聲明“對(duì)工藝不太熟悉”之后，做出的評(píng)價(jià)是：我的體會(huì)是SOI工藝，功耗控制還不錯(cuò)，但和臺(tái)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(fā)展慢，穩(wěn)定性弱。
廠商間的PPT大戰(zhàn)
雖然SOI工藝成為非主流，但是還是有自己獨(dú)到之處的。SOI工藝具有了較高的跨導(dǎo)、降低的寄生電容、減弱的短溝效應(yīng)、較為陡直的亞閾斜率，與體硅電路相比，SOI電路的抗輻照強(qiáng)度提高了100倍。在高溫環(huán)境下，SOI器件性能明顯優(yōu)于體硅器件。
根據(jù)格羅方德直接宣稱：22nm FD-SOI工藝功耗比28nmHKMG降低了70%；芯片面積比28nmBulk縮小了20%；光刻層比FinFET工藝減少接近50%；芯片成本比16/14nm低了20%。若是將制程提升到14nm，相對(duì)于28nm SOI會(huì)有35%的性能提升，功耗也會(huì)降到原來(lái)的一半。
在第五屆上海FD-SOI論壇上，格芯首席執(zhí)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(xiàng)性能對(duì)比。根據(jù)PPT可以看出，格芯的22FDX技術(shù)相對(duì)于Intel的22FFL和臺(tái)積電的22ULP具有一定優(yōu)勢(shì)，而且22FDX技術(shù)已經(jīng)可以投產(chǎn)，而Intel的22FFL和臺(tái)積電22ULP要想投產(chǎn)還需要3-6個(gè)月。
成本過(guò)高是SOI技術(shù)過(guò)去的一項(xiàng)短板，其中原因之一就在于SOI的晶圓成本偏高，由于SOI工藝的非主流導(dǎo)致無(wú)法通過(guò)產(chǎn)量削減成本。不過(guò)，這并非無(wú)法補(bǔ)救，畢竟如果借助中國(guó)市場(chǎng)，并讓中國(guó)企業(yè)實(shí)現(xiàn)晶圓國(guó)產(chǎn)化，那么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(shè)計(jì)成本，根據(jù)IBS首席執(zhí)行官Handel H.Jones給出的數(shù)據(jù)如下，設(shè)計(jì)成本主要包括，硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。
Handel H.Jones認(rèn)為，12nm FD-SOI的設(shè)計(jì)成本在5000萬(wàn)-5500萬(wàn)美金，而16nm的FINFET設(shè)計(jì)成本在7200美金左右，10nm FINFET設(shè)計(jì)成本在1.31億美金。就工藝成本而言，Handel H.Jones認(rèn)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(guò)，這些都是做PPT畫大餅，真正成本能否控制到這個(gè)水平就只有以后商業(yè)化量產(chǎn)了產(chǎn)能知曉了。
FD-SOI頗具市場(chǎng)潛力
FD-SOI在傳感器、射頻芯片和物聯(lián)網(wǎng)芯片方面頗具市場(chǎng)潛力。
在傳感器方面，由于整合于手機(jī)中的相機(jī)模組一直維持著相當(dāng)固定的尺寸規(guī)格(通常是10mmx10mmx6mm)，不過(guò)在尺寸不變的同時(shí)，其性能與功能則持續(xù)顯著提升(從VGA單鏡頭到16Mp AF以及OIS 6鏡頭相機(jī))，這就造成影像品質(zhì)和相機(jī)的尺寸的矛盾，而FD-SOI為CIS設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)非常好的選擇，采用FD-SOI堆疊CIS恰恰能解決影像品質(zhì)和相機(jī)的尺寸的矛盾——堆疊的方式讓芯片設(shè)計(jì)者能使CIS制程發(fā)展僅專注于像素性能，而且采用FD-SOI方式堆疊，還可節(jié)省空間，從而實(shí)現(xiàn)更小型的相機(jī)模組。而這就是索尼和三星計(jì)劃量產(chǎn)CIS，并用使用FD-SOI晶圓制造ISP，以便與CIS共同實(shí)現(xiàn)芯片堆棧的原因。
在射頻芯片方面，RF-SOI技術(shù)更是能實(shí)現(xiàn)對(duì)GaAS技術(shù)的替代。由于采用RF-SOI可以在CMOS之上實(shí)現(xiàn)設(shè)備的堆疊，并克服Johnson 極限提高效率，RF-SOI可以達(dá)到高效與高功率，完全滿足LTE對(duì)射頻芯片性能的需求。而且采用RF-SOI可以使同一張硅芯片上可以實(shí)現(xiàn)更多邏輯與控制的集成，這就避免了采用GaAS技術(shù)必須采用單獨(dú)芯片控制GaAS芯片的情況。正是性能滿足需求，而且在成本、集成度上的優(yōu)勢(shì)，RF-SOI已經(jīng)在手機(jī)射頻芯片的斬獲80%-90%的市場(chǎng)份額，即便由GaAS壟斷的PA市場(chǎng)，將來(lái)也很可能會(huì)有RF SOI的一席之地。
此外，由于物聯(lián)網(wǎng)、5G通信、人工智能的興起，F(xiàn)D-SOI在某些方面具有 FinFET工藝所不具備的優(yōu)勢(shì)。以SOI技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)方面的應(yīng)用為例。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用要求這種技術(shù)必須能夠在單一芯片上集成多種功能，同時(shí)維持較低的能耗。而如果采用傳統(tǒng)的主流工藝，很難實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效果，或者是需要很高的成本。但是采用28FD-SOI之后則能夠在實(shí)現(xiàn)功能的基礎(chǔ)上，保持較低的功耗，甚至是實(shí)現(xiàn)5G連接也不在話下。在經(jīng)歷了14-8nm的發(fā)展之后，從7nm開始，將會(huì)進(jìn)入EUV的時(shí)代。在工藝進(jìn)步放慢，采用最新工藝的成本大幅提高后，追求性能、功耗、成本的平衡將成為越來(lái)越多IC設(shè)計(jì)公司的選擇。因此，SOI工藝在物聯(lián)網(wǎng)、5G通信方面有大展拳腳的潛力。
結(jié)語(yǔ)
雖然SOI在一些領(lǐng)域具有不錯(cuò)的前景，但FinFET依舊是目前的主流，主動(dòng)選擇SOI工藝的客戶相對(duì)而言并不多，市場(chǎng)接受度也不高。不過(guò)，如果能在中國(guó)建立完善的產(chǎn)業(yè)鏈，SOI依靠中國(guó)崛起還是有機(jī)會(huì)的。
特別是像格羅方德公司從AMD剝離之后一直虧損，而像Soitec公司日子過(guò)的也不好，因而具有相對(duì)較高的技術(shù)轉(zhuǎn)讓意愿，畢竟老外也是要吃飯的，空守著技術(shù)把自己餓死，資本家還沒這么高的覺悟。
事實(shí)上，中國(guó)似乎在同時(shí)走FinFET和SOI兩條技術(shù)路線，在中芯國(guó)際和比利時(shí)微電子研究中心聯(lián)手研發(fā)14nm FinFET工藝的同時(shí)，積極布局SOI技術(shù)。在成都投資90億美元與格羅方德成立了合資企業(yè)格芯半導(dǎo)體公司，引入22nm SOI工藝；上海硅產(chǎn)業(yè)投資有限公司收購(gòu)法國(guó)Soitec 14.5%的股份，極有可能是瞄準(zhǔn)Soitec掌握的FD-SOI基板技術(shù)以及其擁有的3600項(xiàng)專利；國(guó)內(nèi)華虹宏力已經(jīng)掌握了0.18um 200mm的RF-SOI量產(chǎn)技術(shù)，而且在成本上還優(yōu)于GaAS，具有較強(qiáng)的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力；國(guó)內(nèi)龍芯的3A3000就采用了28nm SOI工藝，正在研發(fā)的3A4000芯片的工藝同樣為28nm SOI。
總而言之，在FinFET已經(jīng)占據(jù)主流地位的情況下，SOI要想崛起只能依靠中國(guó)。
2017-09-29 來(lái)源：證券市場(chǎng)紅周刊
文章關(guān)鍵詞： 韋爾半導(dǎo)體 香港華清電子(集團(tuán))有限公司 集成電路工藝
由于在Intel和臺(tái)積電的主導(dǎo)下，F(xiàn)inFET技術(shù)已經(jīng)成為主流，F(xiàn)D-SOI工藝的市場(chǎng)接受度并不高，連帶著使格羅方德、Soitec等一批在SOI工藝上有較深厚技術(shù)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(guó)企業(yè)和中國(guó)市場(chǎng)的幫助。對(duì)中國(guó)而言，這也可以兩條腿走路，分?jǐn)傃簩欶inFET的風(fēng)險(xiǎn)。
什么是FD-SOI工藝
SOI (Silicon-On-Insulator絕緣體上硅)是指絕緣層上的硅，是一種用于集成電路的供應(yīng)商制造的新型原材料。SOI技術(shù)作為一種全介質(zhì)隔離技術(shù)，可以用來(lái)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，采用FD-SOI技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)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(guò)，相對(duì)于已經(jīng)廣泛使用的FinFET工藝，F(xiàn)D-SOI工藝則顯得非主流。原因之一就在于過(guò)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和臺(tái)積電在硅襯底上能夠做出滿足要求的芯片，所以依舊使用硅襯底。臺(tái)積電市場(chǎng)份額巨大，而Intel有最好的技術(shù)，兩家選擇了FinFET，自然而然整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈就跟著走，于是FinFET就成為了主流，F(xiàn)D-SOI工藝則成為非主流。
國(guó)內(nèi)某公司的芯片采用了SOI工藝，該公司的工程先聲明“對(duì)工藝不太熟悉”之后，做出的評(píng)價(jià)是：我的體會(huì)是SOI工藝，功耗控制還不錯(cuò)，但和臺(tái)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(fā)展慢，穩(wěn)定性弱。
廠商間的PPT大戰(zhàn)
雖然SOI工藝成為非主流，但是還是有自己獨(dú)到之處的。SOI工藝具有了較高的跨導(dǎo)、降低的寄生電容、減弱的短溝效應(yīng)、較為陡直的亞閾斜率，與體硅電路相比，SOI電路的抗輻照強(qiáng)度提高了100倍。在高溫環(huán)境下，SOI器件性能明顯優(yōu)于體硅器件。
根據(jù)格羅方德直接宣稱：22nm FD-SOI工藝功耗比28nmHKMG降低了70%；芯片面積比28nmBulk縮小了20%；光刻層比FinFET工藝減少接近50%；芯片成本比16/14nm低了20%。若是將制程提升到14nm，相對(duì)于28nm SOI會(huì)有35%的性能提升，功耗也會(huì)降到原來(lái)的一半。
在第五屆上海FD-SOI論壇上，格芯首席執(zhí)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(xiàng)性能對(duì)比。根據(jù)PPT可以看出，格芯的22FDX技術(shù)相對(duì)于Intel的22FFL和臺(tái)積電的22ULP具有一定優(yōu)勢(shì)，而且22FDX技術(shù)已經(jīng)可以投產(chǎn)，而Intel的22FFL和臺(tái)積電22ULP要想投產(chǎn)還需要3-6個(gè)月。
成本過(guò)高是SOI技術(shù)過(guò)去的一項(xiàng)短板，其中原因之一就在于SOI的晶圓成本偏高，由于SOI工藝的非主流導(dǎo)致無(wú)法通過(guò)產(chǎn)量削減成本。不過(guò)，這并非無(wú)法補(bǔ)救，畢竟如果借助中國(guó)市場(chǎng)，并讓中國(guó)企業(yè)實(shí)現(xiàn)晶圓國(guó)產(chǎn)化，那么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(shè)計(jì)成本，根據(jù)IBS首席執(zhí)行官Handel H.Jones給出的數(shù)據(jù)如下，設(shè)計(jì)成本主要包括，硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。
Handel H.Jones認(rèn)為，12nm FD-SOI的設(shè)計(jì)成本在5000萬(wàn)-5500萬(wàn)美金，而16nm的FINFET設(shè)計(jì)成本在7200美金左右，10nm FINFET設(shè)計(jì)成本在1.31億美金。就工藝成本而言，Handel H.Jones認(rèn)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(guò)，這些都是做PPT畫大餅，真正成本能否控制到這個(gè)水平就只有以后商業(yè)化量產(chǎn)了產(chǎn)能知曉了。
FD-SOI頗具市場(chǎng)潛力
FD-SOI在傳感器、射頻芯片和物聯(lián)網(wǎng)芯片方面頗具市場(chǎng)潛力。
在傳感器方面，由于整合于手機(jī)中的相機(jī)模組一直維持著相當(dāng)固定的尺寸規(guī)格(通常是10mmx10mmx6mm)，不過(guò)在尺寸不變的同時(shí)，其性能與功能則持續(xù)顯著提升(從VGA單鏡頭到16Mp AF以及OIS 6鏡頭相機(jī))，這就造成影像品質(zhì)和相機(jī)的尺寸的矛盾，而FD-SOI為CIS設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)非常好的選擇，采用FD-SOI堆疊CIS恰恰能解決影像品質(zhì)和相機(jī)的尺寸的矛盾——堆疊的方式讓芯片設(shè)計(jì)者能使CIS制程發(fā)展僅專注于像素性能，而且采用FD-SOI方式堆疊，還可節(jié)省空間，從而實(shí)現(xiàn)更小型的相機(jī)模組。而這就是索尼和三星計(jì)劃量產(chǎn)CIS，并用使用FD-SOI晶圓制造ISP，以便與CIS共同實(shí)現(xiàn)芯片堆棧的原因。
在射頻芯片方面，RF-SOI技術(shù)更是能實(shí)現(xiàn)對(duì)GaAS技術(shù)的替代。由于采用RF-SOI可以在CMOS之上實(shí)現(xiàn)設(shè)備的堆疊，并克服Johnson 極限提高效率，RF-SOI可以達(dá)到高效與高功率，完全滿足LTE對(duì)射頻芯片性能的需求。而且采用RF-SOI可以使同一張硅芯片上可以實(shí)現(xiàn)更多邏輯與控制的集成，這就避免了采用GaAS技術(shù)必須采用單獨(dú)芯片控制GaAS芯片的情況。正是性能滿足需求，而且在成本、集成度上的優(yōu)勢(shì)，RF-SOI已經(jīng)在手機(jī)射頻芯片的斬獲80%-90%的市場(chǎng)份額，即便由GaAS壟斷的PA市場(chǎng)，將來(lái)也很可能會(huì)有RF SOI的一席之地。
此外，由于物聯(lián)網(wǎng)、5G通信、人工智能的興起，F(xiàn)D-SOI在某些方面具有 FinFET工藝所不具備的優(yōu)勢(shì)。以SOI技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)方面的應(yīng)用為例。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用要求這種技術(shù)必須能夠在單一芯片上集成多種功能，同時(shí)維持較低的能耗。而如果采用傳統(tǒng)的主流工藝，很難實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效果，或者是需要很高的成本。但是采用28FD-SOI之后則能夠在實(shí)現(xiàn)功能的基礎(chǔ)上，保持較低的功耗，甚至是實(shí)現(xiàn)5G連接也不在話下。在經(jīng)歷了14-8nm的發(fā)展之后，從7nm開始，將會(huì)進(jìn)入EUV的時(shí)代。在工藝進(jìn)步放慢，采用最新工藝的成本大幅提高后，追求性能、功耗、成本的平衡將成為越來(lái)越多IC設(shè)計(jì)公司的選擇。因此，SOI工藝在物聯(lián)網(wǎng)、5G通信方面有大展拳腳的潛力。
結(jié)語(yǔ)
雖然SOI在一些領(lǐng)域具有不錯(cuò)的前景，但FinFET依舊是目前的主流，主動(dòng)選擇SOI工藝的客戶相對(duì)而言并不多，市場(chǎng)接受度也不高。不過(guò)，如果能在中國(guó)建立完善的產(chǎn)業(yè)鏈，SOI依靠中國(guó)崛起還是有機(jī)會(huì)的。
特別是像格羅方德公司從AMD剝離之后一直虧損，而像Soitec公司日子過(guò)的也不好，因而具有相對(duì)較高的技術(shù)轉(zhuǎn)讓意愿，畢竟老外也是要吃飯的，空守著技術(shù)把自己餓死，資本家還沒這么高的覺悟。
事實(shí)上，中國(guó)似乎在同時(shí)走FinFET和SOI兩條技術(shù)路線，在中芯國(guó)際和比利時(shí)微電子研究中心聯(lián)手研發(fā)14nm FinFET工藝的同時(shí)，積極布局SOI技術(shù)。在成都投資90億美元與格羅方德成立了合資企業(yè)格芯半導(dǎo)體公司，引入22nm SOI工藝；上海硅產(chǎn)業(yè)投資有限公司收購(gòu)法國(guó)Soitec 14.5%的股份，極有可能是瞄準(zhǔn)Soitec掌握的FD-SOI基板技術(shù)以及其擁有的3600項(xiàng)專利；國(guó)內(nèi)華虹宏力已經(jīng)掌握了0.18um 200mm的RF-SOI量產(chǎn)技術(shù)，而且在成本上還優(yōu)于GaAS，具有較強(qiáng)的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力；國(guó)內(nèi)龍芯的3A3000就采用了28nm SOI工藝，正在研發(fā)的3A4000芯片的工藝同樣為28nm SOI。
總而言之，在FinFET已經(jīng)占據(jù)主流地位的情況下，SOI要想崛起只能依靠中國(guó)。
2017-09-29 來(lái)源：證券市場(chǎng)紅周刊
文章關(guān)鍵詞： 韋爾半導(dǎo)體 香港華清電子(集團(tuán))有限公司 集成電路工藝
