SOI晶圓迎來了新風口
發布日期：
2021-08-17 瀏覽次數： 1,697
SOI (絕緣層上覆硅) 晶圓具備高效能、低功耗等特性，相較傳統矽晶圓，在高頻與高功率環境中更具優勢，近來受惠5G、AI 邊緣運算等應用，對其元件需求持續擴增，且SOI 晶圓單價與毛利是傳統矽晶圓的數倍，獲利表現可期，中國臺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。
半導體制程持續依循摩爾定律推進，相同晶圓面積下得填入更多電晶體管，閘極(Gate) 線寬便是其中微縮重點。 傳統平面構造的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，才能有效控制從源極(Source) 與汲極(Drain) 間的電流開關，也就是說，在平面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) 為絕緣層上覆硅技術，主要是在硅晶圓上做特殊材質處理，在矽基板上增加絕緣層，物理上由于多了一層材料，可使復雜的制程較易處理，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制程，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、制造周期短等優勢，制程技術較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，但設計難度與制造成本不斷攀升。
FD-SOI 適合邏輯與類比電路使用，應用面為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 制程成為推進技術發展的兩大陣營。
不過，SOI 晶圓類型不只FD-SOI，由于SOI 晶圓具備特殊結構特性，元件應用可能性多元，依據不同的硅層厚度、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，其余則是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。
供應商方面，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，臺廠則有環球晶，其中，信越與上海新傲技術均授權自Soitec。
晶圓代工廠方面，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，臺廠則有聯電。
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，基于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，并簽訂長期供應協議。
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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