对于今年的半导体市场,权威机构的预测保持了高度一致,主基调都是降。近期,美国半导体行业协会(SIA)发布数据称,2019 年 1 月,全球半导体市场达到 355 亿元,同比下滑 5.7%、环比下滑 7.2%。其中,美国市场从去年 12 月的 86.3 亿美元降至 73.1 亿美元,以 15.3%的环比降幅领跌全球;中国市场从 120.1 亿美元降至 116.3 亿美元,环比下滑 3.2%。然而整体下降并不代表局部没有机会,比如中国的 5G 市场就被芯片厂商一致看好。

 

在 5G 时代,中国已经成为无可争议的引领者,并且中国以超过美国 240 亿美元的成本投资于 5G 网络建设。在全球半导体产业下滑的大背景下,中国的 5G 市场让很多半导体供应商看到了机会,Soitec 也是其中一家。说起 Soitec,这是一家来自法国的绝缘硅(SOI)晶圆制造商,它并不提供芯片,而是在芯片价值链当中提供 SOI 衬底,已实现 FD-SOI 基板的高良率成熟量产,其 300mm 晶圆厂能够支持 28nm、22nm 及更为先进的节点上大规模采用 FD-SOI 技术。

 

优化的 SOI 衬底是 5G 应用成长的“土壤”
SOI 芯片跟一般的硅底工艺 SoC 芯片的最大区别是前者比后者多了一个绝缘层。因为把集成电容基本上隔绝掉了,所以使用 SOI 工艺生产的芯片功耗更低、运算速度更快。无论是智能手机,还是数据中心、物联网,都将低功耗、低成本、高速作为重要考量因素。

 

Soitec 优化衬底在 4G 通信的部署中已经发挥了重要的作用。其中 RF-SOI 材料目前 100%应用在所有智能手机中,并且容量随着新产品的迭代更新而不断增长。此外,FD-SOI 所带来的独特射频性能,使其成为许多应用的理想解决方案例如 5G 毫米波收发器,以及为物联网(IOT)实现全射频和超低功耗计算集成。

 

中国在大规模进行 5G 部署,预计到 2020 年将有 10,000 多个站点,在低于 60Hz(500 MHz) 频段有最大频谱分配,如果使用 5G Sub-6 GHz 频谱,5G 能够快速普及,主要是因为需要额外的投资量非常少。中国要实现 5G 的部署目标需要大量的网络设备,这些设备需要好的衬底。衬底在 5G 中会起到什么作用?Soitec 全球战略执行副总裁 Thomas Piliszczuk 博士拿红酒做比喻,“如果酒庄想要酿出高品质的红酒,需要好的土壤。如果我们想生产高性能的终端产品,需要非常优化的衬底。使用我们的 Smart Cut 技术能够实现非常薄的晶体间的叠加,也可以实现晶体和非晶体之间的叠加。”

 

 

Soitec 拥有 Smart Cut、Smart Stacking 和 Epitaxy 三项核心技术。在芯片生产中,需要晶体和晶体叠加,以及晶体和非晶体叠加。Smart Cut 就好像是一个纳米刀,能够切割非常薄的硅层,叠加到其他的机体之上,不同的硅层切叠加到不同的基底上可以实现不同的组合。Soitec 的优化衬底覆盖多种应用:RF-SOI 可以用于高效移动通信;Power-SOI 可以用于无缝高压安全器件隔离;FD-SOI 通过简单的模拟射频整合可以用于高功效和灵活的数字运算;POI 用于滤波器的新型优化衬底;Potonics-SOI 将高性能光学器件集成到硅中;Imager-SOI 近红外光谱技术(NIR)的优良表现。

 

 

相对于 4G 通信,5G 设备要求更高的性能,也需要性能强化的衬底。凭借在产能、资产和 SOI 技术上的持续投资和进步,Soitec 的射频产品组合已准备好迎接 5G,并为不同地区部署 5G 解决方案提供支持。Soitec 的产品组合采用经济高效的 SOI 和复合材料衬底,涵盖先进、成熟且经过优化的技术节点,可在更小的空间内平衡性能功效和集成。如上图所示,绿色部分是由于增加光谱及毫米波应用所产生的需要新的不同类型的工程优化衬底的使用。RF-SOI 性能会更好,PD-SOI 用于毫米波、FD-SOI 和其它 III-V 族化合物等优化衬底产品应用更广泛。Thomas Piliszczuk 还表示,“人工智能包括人工智能的物联网(AI+IoT)的发展,将是我们未来下一个技术的发展方向。”

 

稳步建设,SOI 生态系统逐渐成熟
SOI 技术在推出之初也面临着生态系统 IP 不足的挑战,而且对于代工厂来说,增加新的产线投入巨大。经过几年发展,Global Foundries、三星都提供关于 FD-SOI 的 IP 产品。Synopsys、Cadence、ARM 重要的 EDA 公司以及中国的芯原(VeriSilicon)也都支持 FD-SOI 技术。去年 Soitec 还收购了一家 IP 公司叫 Dolphin Integration,主要是提供基底偏压的 IP。

 

和 FinFet 工艺类似,FD-SOI 在工艺上也在不断演进。现在 Global Foundries 已经推出 22nm FD-SOI,预计很快就会推出 12nm FD-SOI。三星推出了 28nm 和 18nm FD-SOI,瑞萨推出 65nm SOI,现在市场上有 65nm、28nm、22nm、18nm 一系列产品。

 

会有人问:SOI 技术的发展由代工厂和设计厂商谁来推动?Thomas Piliszczuk 表示,“IC 设计公司采用 SOI 技术的前提是,代工厂可以支持这个平台,我们一边协助代工厂成立 SOI 平台,一边告诉客户 SOI 的价值所在。最近,Global Foundries、联电相继退出了最先进制程的竞争,10nm 以后不再推出产线。对于它们来说,要想要保持竞争力,需要通过 SOI 来搭建不同的平台。”

 

为了将 SOI 技术引入中国,在 2014 年,Soitec 与上海新傲签署 Smart Cut 技术许可和转让协议,2015 年首条 200mm RF-SOI 生产线落成使用,截止到现在,新傲科技已生产 20 万片基于 Smart Cut 技术的 200mm SOI。2019 年 2 月宣布加强合作关系,新傲科技将负责扩张 SOI 晶圆产量,确保高品质生产,Soitec 则负责业务拓展、销售、研发和客户支持。最近,Soitec 要在上海新傲将产能从 18w 片增加到 36w 片,主要是 8 英寸的 RF-SOI 和 Power-SOI 产品。扩大产能以后,Soitec 全球的 8 寸和 12 寸产品可以达到 200 万片产能。未来 Soitec 会在中国建立直接销售团队,加紧和 Fabless 以及代工厂的合作,与他们甚至是三层以上的客户提供保持沟通。

 

但是半导体产业在 2019 的开局似乎并不顺利,拓墣产研预估,全球晶圆代工今年首季总产值约 146.2 亿元美元,年减 16%,全年总产值则逼近 700 亿元美元大关。此外,市占率方面,台积电、三星与格罗方德名列前三,但台积电市占率虽达 48.1%,但第 1 季营收恐年减近 18%。DIGITIMES Research 研究报告则显示,今年第 1 季台湾主要晶圆代工厂合计营收预估将仅 82.7 亿美元,季减 23.4%,年减 17%。SOI 能否逆势上涨很难定夺。

 

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