作者:中国电子商情 单祥茹 来源:中国电子商情
发布时间:2016-04-20
FD-SOI(全耗尽绝缘硅)是一项采用现有的制造方法和基础设施,通过在绝缘硅片晶圆超薄的绝缘氧化埋层(BOX)上再生长一层超薄的单晶硅层来实现平面晶体管结构的技术。FD-SOI技术集成了两大互相协作的创新工艺:一是在底部硅层上部使用超薄的氧化绝缘体。二是用超薄的硅层造出晶体管沟道。它的最大优势是,可以在无需全面改造设备结构、完整性和生产流程的前提下实现摩尔定律下的芯片面积微缩、能耗节省、性能提升及功能拓展。法国Soitec半导体公司是全球领先的绝缘硅(SOI)晶圆制造商,该公司市场和业务拓展部高级副总裁Thomas Piliszczuk在今年3月初的一次活动上对媒体表示:“Soitec将携手中国业界建立强大的本土芯片生态系统,推动中国成为全球半导体行业的领袖。采用FD-SOI技术对于中国代工厂来说是快速实现竞争优势的不二之选。”
FD-SOI拥有出色的功耗、性能及成本平衡优势
相比现在市场上被广泛采用的FinFET技术,FD-SOI的平面结构更容易实现,加工成本更低。现代电子产品的发展走向仍然被消费者的期待所主导。他们期待未来的产品价格更低、能效更高、电池使用时长更久、性能更强、功能丰富,而且尺寸更小。FD-SOI为实现这些目标带来了便捷的方法,可以在精简工艺和较少设计改动的前提下提供低成本及快速入市的优势。
Thomas Piliszczuk副总裁表示:“与28nm矽硅(bulk silicon)相比,FD-SOI的速度提升50%,且拥有更佳的射频性能;低功耗使得电池的使用时长也比当前延长了5倍;生产中仅光罩成本就比FinFET低50%。可以说,FD-SOI 使摩尔定律延伸至28nm及更为先进的节点,尤其适用于对成本敏感的应用。”
FD-SOI市场应用前景广泛
FD-SOI主要面向功率和成本敏感市场,它们需要数字与混合信号SoC集成以及高性能。从小众细分市场到庞大的消费品市场,不管应用于哪类电子产品,所有设计师在考虑到产品的灵活性、功耗、性能及成本之间的权衡时都很喜欢FD-SOI带来的优势。比如移动互联网设备、图像设备、无线通信设备、移动多媒体设备、家用多媒体设备、物联网设备、微控制器、汽车图像处理、汽车车载系统、WiFi/蓝牙组合、GPS、无线电收发器及网络专用集成电路等。Thomas Piliszczuk副总裁提出,基于高温环境下的高效存储和良好的功耗泄漏管理,FD-SOI为汽车应用带来绝佳的可靠性。未来,FD-SOI将使未来自动驾驶成为可能。
值得期待的是,中国半导体需求和国内供应将成为FD-SOI大规模应用的强大引擎,预计2020年可达每年6百万个晶圆的市场机会。
图1 FD-SOI为代工市场带来的收入预测,以百万美元计 (14—28nm工艺节点)
来源:IBS, Company, 2015
FD-SOI发展路线图
Soitec成立于1992年,采用其自主研发的Smart Cut晶圆键合和剥离技术来生产规格参数符合高量产需求的FD-SOI基板,其产品质量上乘,硅层厚度精确一致。如今,FD-SOI基板表现出来的成熟性能无异于一般矽硅,同时符合最为严格的行业标准,使FD-SOI成为名副其实的行业标准技术。FD-SOI基板的价值在于,电路的一部分已经集成在基板里了。而采用Smart Cut技术优化后的SOI晶圆将硅层厚度与平坦度控制在理想范围内。
现在,Soitec已实现FD-SOI基板的高良率成熟量产,其300mm晶圆厂能够支持28nm、22nm及更为先进的节点上大规模采用FD-SOI技术。如今,全球有三家公司能够供应FD-SOI晶圆,包括Soitec(欧洲)、信越半导体(亚洲)、SunEdison(北美洲)。这三家公司均采用了行业标准的SOI基板制造技术Smart Cut。在中国,Soitec于2014年就与上海新傲科技股份有限公司(Simgui)达成了有关射频和功率半导体市场200mm SOI晶圆(不同于300mm FD-SOI)的战略伙伴关系并签署了许可和技术转移协议。这意味着Soitec首次授权中国厂商使用Smart Cut技术实现晶圆生产能力。
图2 FD-SOI 与获得市场成功的RF-SOI发展路径相同
不断壮大的FD-SOI生态系统
据Thomas Piliszczuk副总裁介绍,FD-SOI技术的生态系统发展正在几个方面逐步展开。三星及格罗方德——全球四大半导体代工厂中的两家已经宣布计划量产并采用FD-SOI晶圆进行多项下线试产(即tape-out)。FD-SOI的设计生态系统也在持续壮大之中,并且在28nm和22nm的工艺节点上进展尤为迅猛。众多电子设计自动化(EDA)公司正积极研发与FD-SOI相关的IP。目前已有多家IC设计厂商公开表示全面拥抱这项技术,其中一些宣布将在未来的开发路线图中采用FD-SOI技术。随着FD-SOI生态系统的不断壮大,这一技术有望在中国承担举足轻重的角色。
FD-SOI技术助力中国半导体业快速崛起
中国正在成为包括半导体在内的电子产业价值链的主要增长地区。预计中国电子产业在2025年将消费超过50%的全球半导体产品,且中国的IC设计厂商将不断将晶圆制作交给中国本土以及国外的代工厂。为了满足各种各样的电子产品的需求,中国正全面采用各类主流半导体技术,包括当今晶圆厂广泛采用的平面bulk技术、颠覆性的FinFET技术,及日益崛起、备受瞩目的新兴FD-SOI技术。
现在,中国的IC设计厂商已经开始采用FD-SOI工艺设计产品并获得FD-SOI全球生态系统中的两家顶级代工厂——三星(Samsung)及格罗方德(GlobalFoundries)的资源支持。此外,FD-SOI技术也符合中国代工厂的需求。作为一项使用成本更低、达到生产目标所需时间更短的平面制造技术,FD-SOI对于中国代工厂来说无疑是快速实现竞争优势的不二之选。
Thomas Piliszczuk副总裁表示:“Soitec及FD-SOI可被视为支持中国创新蓝图的理想合作伙伴和技术手段。Soitec愿携手中国业界建立强大的本土芯片生态系统,推动中国成为全球半导体行业的领袖。Soitec有能力不断提升其产能,以满足中国市场的需求。若采用FD-SOI作为主流技术,中国将坐拥独一无二的机遇来深入而全面地重塑全球半导体产业格局。”
可以预见,中国的半导体业有望在不久后全面拥抱FinFET以及FD-SOI技术,而FD-SOI技术将助力产业实现弯道超车,推动中国成为全球半导体行业的领袖。