5G這股“東風(fēng)”能否讓SOI技術(shù)伺機起飛？

對于今年的半導(dǎo)體市場，權(quán)威機構(gòu)的預(yù)測保持了高度一致，主基調(diào)都是降。近期，美國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會（SIA）發(fā)布數(shù)據(jù)稱，2019 年 1 月，全球半導(dǎo)體市場達到 355 億元，同比下滑 5.7%、環(huán)比下滑 7.2%。其中，美國市場從去年 12 月的 86.3 億美元降至 73.1 億美元，以 15.3%的環(huán)比降幅領(lǐng)跌全球；中國市場從 120.1 億美元降至 116.3 億美元，環(huán)比下滑 3.2%。然而整體下降并不代表局部沒有機會，比如中國的 5G 市場就被芯片廠商一致看好。

在 5G 時代，中國已經(jīng)成為無可爭議的引領(lǐng)者，并且中國以超過美國 240 億美元的成本投資于 5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)下滑的大背景下，中國的 5G 市場讓很多半導(dǎo)體供應(yīng)商看到了機會，Soitec 也是其中一家。說起 Soitec，這是一家來自法國的絕緣硅(SOI)晶圓制造商，它并不提供芯片，而是在芯片價值鏈當(dāng)中提供 SOI 襯底，已實現(xiàn) FD-SOI 基板的高良率成熟量產(chǎn)，其 300mm 晶圓廠能夠支持 28nm、22nm 及更為先進的節(jié)點上大規(guī)模采用 FD-SOI 技術(shù)。

優(yōu)化的 SOI 襯底是 5G 應(yīng)用成長的“土壤”
SOI 芯片跟一般的硅底工藝 SoC 芯片的最大區(qū)別是前者比后者多了一個絕緣層。因為把集成電容基本上隔絕掉了，所以使用 SOI 工藝生產(chǎn)的芯片功耗更低、運算速度更快。無論是智能手機，還是數(shù)據(jù)中心、物聯(lián)網(wǎng)，都將低功耗、低成本、高速作為重要考量因素。

Soitec 優(yōu)化襯底在 4G 通信的部署中已經(jīng)發(fā)揮了重要的作用。其中 RF-SOI 材料目前 100%應(yīng)用在所有智能手機中，并且容量隨著新產(chǎn)品的迭代更新而不斷增長。此外，F(xiàn)D-SOI 所帶來的獨特射頻性能，使其成為許多應(yīng)用的理想解決方案例如 5G 毫米波收發(fā)器，以及為物聯(lián)網(wǎng)（IOT）實現(xiàn)全射頻和超低功耗計算集成。

中國在大規(guī)模進行 5G 部署，預(yù)計到 2020 年將有 10,000 多個站點，在低于 60Hz(500 MHz) 頻段有最大頻譜分配，如果使用 5G Sub-6?GHz 頻譜，5G 能夠快速普及，主要是因為需要額外的投資量非常少。中國要實現(xiàn) 5G 的部署目標(biāo)需要大量的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，這些設(shè)備需要好的襯底。襯底在 5G 中會起到什么作用？Soitec 全球戰(zhàn)略執(zhí)行副總裁 Thomas Piliszczuk 博士拿紅酒做比喻，“如果酒莊想要釀出高品質(zhì)的紅酒，需要好的土壤。如果我們想生產(chǎn)高性能的終端產(chǎn)品，需要非常優(yōu)化的襯底。使用我們的 Smart Cut 技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)非常薄的晶體間的疊加，也可以實現(xiàn)晶體和非晶體之間的疊加。”

Soitec 擁有 Smart Cut、Smart Stacking 和 Epitaxy 三項核心技術(shù)。在芯片生產(chǎn)中，需要晶體和晶體疊加，以及晶體和非晶體疊加。Smart Cut 就好像是一個納米刀，能夠切割非常薄的硅層，疊加到其他的機體之上，不同的硅層切疊加到不同的基底上可以實現(xiàn)不同的組合。Soitec 的優(yōu)化襯底覆蓋多種應(yīng)用：RF-SOI 可以用于高效移動通信；Power-SOI 可以用于無縫高壓安全器件隔離；FD-SOI 通過簡單的模擬射頻整合可以用于高功效和靈活的數(shù)字運算；POI 用于濾波器的新型優(yōu)化襯底；Potonics-SOI 將高性能光學(xué)器件集成到硅中；Imager-SOI 近紅外光譜技術(shù)（NIR）的優(yōu)良表現(xiàn)。

相對于 4G 通信，5G 設(shè)備要求更高的性能，也需要性能強化的襯底。憑借在產(chǎn)能、資產(chǎn)和 SOI 技術(shù)上的持續(xù)投資和進步，Soitec 的射頻產(chǎn)品組合已準(zhǔn)備好迎接 5G，并為不同地區(qū)部署 5G 解決方案提供支持。Soitec 的產(chǎn)品組合采用經(jīng)濟高效的 SOI 和復(fù)合材料襯底，涵蓋先進、成熟且經(jīng)過優(yōu)化的技術(shù)節(jié)點，可在更小的空間內(nèi)平衡性能功效和集成。如上圖所示，綠色部分是由于增加光譜及毫米波應(yīng)用所產(chǎn)生的需要新的不同類型的工程優(yōu)化襯底的使用。RF-SOI 性能會更好，PD-SOI 用于毫米波、FD-SOI 和其它 III-V 族化合物等優(yōu)化襯底產(chǎn)品應(yīng)用更廣泛。Thomas Piliszczuk 還表示，“人工智能包括人工智能的物聯(lián)網(wǎng)（AI+IoT）的發(fā)展，將是我們未來下一個技術(shù)的發(fā)展方向?！?/p>

穩(wěn)步建設(shè)，SOI 生態(tài)系統(tǒng)逐漸成熟
SOI 技術(shù)在推出之初也面臨著生態(tài)系統(tǒng) IP 不足的挑戰(zhàn)，而且對于代工廠來說，增加新的產(chǎn)線投入巨大。經(jīng)過幾年發(fā)展，Global Foundries、三星都提供關(guān)于 FD-SOI 的 IP 產(chǎn)品。Synopsys、Cadence、ARM 重要的 EDA 公司以及中國的芯原（VeriSilicon）也都支持 FD-SOI 技術(shù)。去年 Soitec 還收購了一家 IP 公司叫 Dolphin Integration，主要是提供基底偏壓的 IP。

和 FinFet 工藝類似，F(xiàn)D-SOI 在工藝上也在不斷演進?，F(xiàn)在 Global Foundries 已經(jīng)推出 22nm FD-SOI，預(yù)計很快就會推出 12nm FD-SOI。三星推出了 28nm 和 18nm FD-SOI，瑞薩推出 65nm SOI，現(xiàn)在市場上有 65nm、28nm、22nm、18nm 一系列產(chǎn)品。

會有人問：SOI 技術(shù)的發(fā)展由代工廠和設(shè)計廠商誰來推動？Thomas Piliszczuk 表示，“IC 設(shè)計公司采用 SOI 技術(shù)的前提是，代工廠可以支持這個平臺，我們一邊協(xié)助代工廠成立 SOI 平臺，一邊告訴客戶 SOI 的價值所在。最近，Global Foundries、聯(lián)電相繼退出了最先進制程的競爭，10nm 以后不再推出產(chǎn)線。對于它們來說，要想要保持競爭力，需要通過 SOI 來搭建不同的平臺?！?/p>

為了將 SOI 技術(shù)引入中國，在 2014 年，Soitec 與上海新傲簽署 Smart Cut 技術(shù)許可和轉(zhuǎn)讓協(xié)議，2015 年首條 200mm RF-SOI 生產(chǎn)線落成使用，截止到現(xiàn)在，新傲科技已生產(chǎn) 20 萬片基于 Smart Cut 技術(shù)的 200mm SOI。2019 年 2 月宣布加強合作關(guān)系，新傲科技將負責(zé)擴張 SOI 晶圓產(chǎn)量，確保高品質(zhì)生產(chǎn)，Soitec 則負責(zé)業(yè)務(wù)拓展、銷售、研發(fā)和客戶支持。最近，Soitec 要在上海新傲將產(chǎn)能從 18w 片增加到 36w 片，主要是 8 英寸的 RF-SOI 和 Power-SOI 產(chǎn)品。擴大產(chǎn)能以后，Soitec 全球的 8 寸和 12 寸產(chǎn)品可以達到 200 萬片產(chǎn)能。未來 Soitec 會在中國建立直接銷售團隊，加緊和 Fabless 以及代工廠的合作，與他們甚至是三層以上的客戶提供保持溝通。

但是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在 2019 的開局似乎并不順利，拓墣產(chǎn)研預(yù)估，全球晶圓代工今年首季總產(chǎn)值約 146.2 億元美元，年減 16%，全年總產(chǎn)值則逼近 700 億元美元大關(guān)。此外，市占率方面，臺積電、三星與格羅方德名列前三，但臺積電市占率雖達 48.1%，但第 1 季營收恐年減近 18%。DIGITIMES Research 研究報告則顯示，今年第 1 季中國臺灣主要晶圓代工廠合計營收預(yù)估將僅 82.7 億美元，季減 23.4%，年減 17%。SOI 能否逆勢上漲很難定奪。

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