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SOI晶圆迎来了新风口

2020/3/11 19:42:51     

SOI (绝缘层上覆硅) 晶圆具备高效能、低功耗等特性,相较传统矽晶圆,在高频与高功率环境中更具优势,近来受惠5GAI 边缘运算等应用,对其元件需求持续扩增,且SOI 晶圆单价与毛利是传统矽晶圆的数倍,获利表现可期,中国台湾的晶圆厂包含环球晶、合晶等近来积极扩大布局,盼能站稳5G 世代的风口,抢食商机。

半导体制程持续依循摩尔定律推进,相同晶圆面积下得填入更多电晶体管,闸极(Gate) 线宽便是其中微缩重点。 传统平面构造的MOSFET(金属氧化物半导体场效电晶体) 元件闸极线宽,已微缩至极限,当闸极线宽缩小至20 纳米以下,需改变元件结构,才能持续推进摩尔定律,立体构造的FinFET(鳍式场效电晶体) 元件也因此问世。

虽然FinFET 可符合微缩尺寸的需求,但闸极线宽必须在16 纳米以下,才能有效控制从源极(Source) 与汲极(Drain) 间的电流开关,也就是说,在平面MOSFET 构造与立体FinFET 构造间,闸极线宽仍存在一段空窗尺寸区域,此缺口刚好由FD-SOI 元件补上。

SOI (Silicon On Insulator) 为绝缘层上覆硅技术,主要是在硅晶圆上做特殊材质处理,在矽基板上增加绝缘层,物理上由于多了一层材料,可使复杂的制程较易处理,不会因晶圆过薄影响良率,电性表现上较更节能省电,产出的芯片也会有较高的效能。

FD-SOI 则是为低功率处理而设计的制程,整合类比/ 射频/ 混合讯号功能,可在低泄漏/ 休眠模式与高速运算中灵活切换,具备低功耗、制造周期短等优势,制程技术较FinFET 简单、成本也较低,但元件尺寸较大、散热也较慢。 FinFET 技术则追求绝对高性能,但设计难度与制造成本不断攀升。

FD-SOI 适合逻辑与类比电路使用,应用面为SOI 技术中最广泛,囊括物联网、车用电子、机器学习等领域; 随着半导体线宽持续微缩,FD-SOI FinFET 制程成为推进技术发展的两大阵营。

不过,SOI 晶圆类型不只FD-SOI,由于SOI 晶圆具备特殊结构特性,元件应用可能性多元,依据不同的硅层厚度、绝缘层厚度,或额外添加的材料层,在结构上进行调整与设计,产生不同类型的SOI 晶圆,可应用在通讯射频前端RF-SOI、高功率Power-SOI、光通讯Photonics-SOI、成像Imager-SOI 等。

SOI 晶圆主要在6 12 吋,从目前晶圆市占率来看,RF-SOI 应用占整体SOI 晶圆销售额约6 成,高功率Power-SOI 占比约2 成,其余则是FD -SOI 及其他技术应用,随着5G 技术发展带动,RF-SOI 成为其中最火热的技术,未来市场整体产能与市占率可望持续扩增。

供应商方面,目前SOI晶圆龙头为法国Soitec半导体,市占率囊括7成以上,其他供应商包括日本胜高(SUMCO)、信越(Shin-Etsu)、中国的上海新傲,台厂则有环球晶,其中,信越与上海新傲技术均授权自Soitec

晶圆代工厂方面,主要龙头厂为美国格芯,其他包括韩厂三星、瑞士的意法半导体、以色列TowerJazz,中国陆厂则有中芯国际与华虹宏力,台厂则有联电。

从国内SOI 晶圆厂布局来看,环球晶2016 年时,收购当时全球第四大晶圆厂SEMI,取得SOI 晶圆技术专利,为格芯8 SOI 晶圆长期供应商,基于双方未来市场发展与稳定供应需求,环球晶与格芯日前签署MOU,将共同合作扩大12 SOI 晶圆产能,并签订长期供应协议。

环球晶与格芯的合作主要针对RF SOI领域,着眼目前与下一移动设备与5G应用,提供低功耗、高效能和易整合解决方案,抢食5G带来的庞大应用商机。 而合晶SOI产能也已量产,主要应用端为微机电(MEMS)、智能电源等领域,目标为2年内营收占比可达3%-5%

来源:钜亨网


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