SOI晶圆迎来了新风口
2020-03-02
14:00:19
来源: 半导体行业观察
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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5G、AI 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 与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 至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 吋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 吋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%。
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