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SOI (絕緣層上覆矽) 晶圓具備高效能低功耗等特性

來源: 瀏覽: 發布日期:2020-08-11 11:23:57
信息摘要:
  SOI (絕緣層上覆矽)晶片具有高性能、低功耗等特性,與以往的矽晶片相比,在高頻和高輸出環境下是有利的,最近5G、AI邊緣運算等的應用受益,其部件需求持續增加,SOI晶片的單價和毛利是以往的矽

  SOI (絕緣層上覆矽)晶片具有高性能、低功耗等特性,與以往的矽晶片相比,在高頻和高輸出環境下是有利的,最近5G、AI邊緣運算等的應用受益,其部件需求持續增加,SOI晶片的單價和毛利是以往的矽晶圓的數倍,獲利表現可期,中國台灣的晶圓廠包含環球晶、合晶等近來積極擴大布局,盼能站穩5G 世代的風口,搶食商機。

  半導體製程持續依循摩爾定律推進,相同晶圓麵積下得填入更多電晶體管,閘極(Gate) 線寬便是其中微縮重點。 傳統平麵構造的MOSFET(金屬氧化物半導體場效電晶體) 元件閘極線寬,已微縮至極限,當閘極線寬縮小至20 納米以下,需改變元件結構,才能持續推進摩爾定律,立體構造的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,才能有效控製從源極(Source) 與汲極(Drain) 間的電流開關,也就是說,在平麵MOSFET 構造與立體FinFET 構造間,閘極線寬仍存在一段空窗尺寸區域,此缺口剛好由FD-SOI 元件補上。

  SOI (Silicon On Insulator) 為絕緣層上覆矽技術,主要是在矽晶圓上做特殊材質處理,在矽基板上增加絕緣層,物理上由於多了一層材料,可使複雜的製程較易處理,不會因晶圓過薄影響良率,電性表現上較更節能省電,產出的芯片也會有較高的效能。

  FD-SOI 則是為低功率處理而設計的製程,整合類比/ 射頻/ 混合訊號功能,可在低泄漏/ 休眠模式與高速運算中靈活切換,具備低功耗、製造周期短等優勢,製程技術較FinFET 簡單、成本也較低,但元件尺寸較大、散熱也較慢。 FinFET 技術則追求絕對高性能,但設計難度與製造成本不斷攀升。

  FD-SOI 適合邏輯與類比電路使用,應用麵為SOI 技術中最廣泛,囊括物聯網、車用電子、機器學習等領域; 隨著半導體線寬持續微縮,FD-SOI 與FinFET 製程成為推進技術發展的兩大陣營。

  不過,SOI 晶圓類型不隻FD-SOI,由於SOI 晶圓具備特殊結構特性,元件應用可能性多元,依據不同的矽層厚度、絕緣層厚度,或額外添加的材料層,在結構上進行調整與設計,產生不同類型的SOI 晶圓,可應用在通訊射頻前端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 應用占整體SOI 晶圓銷售額約6 成,高功率Power-SOI 占比約2 成,其餘則是FD -SOI 及其他技術應用,隨著5G 技術發展帶動,RF-SOI 成為其中最火熱的技術,未來市場整體產能與市占率可望持續擴增。

  供應商方麵,目前SOI晶圓龍頭為法國Soitec半導體,市占率囊括7成以上,其他供應商包括日本勝高(SUMCO)、信越(Shin-Etsu)、中國的上海新傲,台廠則有環球晶,其中,信越與上海新傲技術均授權自Soitec。

  晶圓代工廠方麵,主要龍頭廠為美國格芯,其他包括韓廠三星、瑞士的意法半導體、以色列TowerJazz,中國則有中芯國際與華虹宏力,台廠則有聯電。

  從國內SOI 晶圓廠布局來看,環球晶2016 年時,收購當時全球第四大晶圓廠SEMI,取得SOI 晶圓技術專利,為格芯8 吋SOI 晶圓長期供應商,基於雙方未來市場發展與穩定供應需求,環球晶與格芯日前簽署MOU,將共同合作擴大12 吋SOI 晶圓產能,並簽訂長期供應協議。

  環球晶與格芯的合作主要針對RF SOI領域,著眼目前與下一移動設備與5G應用,提供低功耗、高效能和易整合解決方案,搶食5G帶來的龐大應用商機。 而合晶SOI產能也已量產,主要應用端為微機電(MEMS)、智能電源等領域,目標為2年內營收占比可達3-5%。

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