中国12寸晶圆厂大爆发 FinFET与FD-SOI两大阵营如何站队？

2017-02-20 22:19:04 未知

根据国际半导体协会（SEMI）所发布的近两年全球晶圆厂预测报告显示，2016至2017年间，综合8寸、12寸厂来看，确定新建的晶圆厂就有19座，其中大陆就占了10座。另有分析报告显示，全球晶圆产能到2020年都将延续以12寸晶圆称霸的态势。

在这些晶圆厂中，大多数12寸厂将继续仅限于生产大量、商品类型的元件，例如DRAM与快闪记忆体、影像感测器、电源管理元件，还有IC尺寸较大、复杂的逻辑与微处理器。而有的晶圆代工厂会结合不同来源的订单来填满12寸晶圆厂产能。

让我们再将目光拉回到我国，现在我国国内现存主流晶圆厂共有22座，其中8英寸厂13座，12英寸厂9座，正在兴建中的晶圆厂也超过10座，包括3座8英寸厂和10座12英寸厂。更是伴随着“中国制造”的影响持续扩散，全球半导体大厂均扩大在中国布局，扩大晶圆厂的建设生产。
饕餮级食客都是谁？

英特尔、三星与SK海力士大厂早已在大陆插旗，并将主力放在存储器产业，特别的是英特尔大连12寸晶圆厂在2010年完工。当时，厂房规划用以生产65纳米制程CPU，但在产能利用率低落下，2015年10月英特尔宣布与大连市政府合作，投资55亿美元转型生产3D-NAND Flash并在今年7月底重新宣告投产。大陆本土厂商现有12寸厂的为中芯国际与华力微，两者分别在上海都有厂房，中芯在北京还有B1、B2两座晶圆厂，其中B2厂制程已至28纳米。

格罗方德则携手成都建立全新的合资晶圆制造厂，合作双方计划建设12英寸晶圆厂，制定了双路线发展战略——在14纳米和7纳米的研发投资之外，还启动了FD-SOI的路线图来满足市场要求。不仅配合中国半导体市场的强劲增长趋势，同时也将促进全球客户对 22FDX 先进工艺的额外需求。

而称大陆最先进制程晶圆厂的中芯，也发布了动土消息，将在上海兴建新晶圆厂，初期就瞄准14纳米制程，且产能规划涵盖10/7纳米，估计2017年底完工、2018年正式投产，被视为挑战即将来大陆发展的的晶圆代工龙头台积电。台积电正式在今年中宣布到大陆南京独资建12寸晶圆厂，并在7月举行动土，厂房预计2018年完工，也宣告16纳米届时将在陆量产。

在台积电之前，联电2014年早已透过与厦门市政府合资方式，成立厦门联芯率先抢滩大陆在厦门建厂，厂房预计将在今年底就能完工，而完工将近，联电也开启了另一项与大陆官方的合作计划，宣布与福建晋华集成电路签署技术合作协定，协助晋华集成开发DRAM相关制程技术，在泉州市建立12寸晶圆厂，从事利基型DRAM代工，早在台积电之前，走“联电模式”在大陆建厂的还有力晶，力晶与合肥市政府合作，成立晶合集成在当地打造12寸晶圆厂，从事最高90纳米面板驱动代工服务。

长江存储将以武汉新芯现有的12英寸先进集成电路技术研发与生产制造能力为基础，继续拓展武汉新芯目前的物联网业务布局，并着力发展大规模存储器。

士兰集成作为国内第一条民营8寸线落户杭州下沙，淮安德科玛则是图像传感器芯片项目，将填补我国自主产权CIS的空白。

FinFET与FD-SOI阵营都是怎么站队的？

随着现代科技的不断发展，半导体产业已经逐渐成为一个国家综合实力的重要标志，芯片产业每1 美元的产值能够带动100 美元的GDP。其中晶圆制造作为半导体产业链中的重中之重，占全球整个半导体市场比重达58.21%，因此芯片制造环节是制约或推动半导体产业发展的重要因素。FinFET与FD-SOI两种技术在不断抢夺半导体市场。

就未来汽车市场以及IOT市场来说，只是汽车半导体就有410亿美元的市场，IOT方面与半导体相关市场份额也占到了420亿美元。由此可见半导体晶圆的需求量甚大。而只是这两方面市场就用到了FinFET与FD-SOI两种技术。举个例子来讲，格罗方德的14FinFET主要是应用在高端的手机客户端、电脑图像应用，而22FDX主要是在一些移动设备的应用。那么这两种技术最根本的差别在哪里？

FinFET结构看起来像鱼鳍，所以也被称为鳍型结构，其最大的优点是Gate三面环绕D、S两极之间的沟道（通道），实际的沟道宽度急剧地变宽，沟道的导通电阻急剧地降低，流过电流的能力大大增强;同时也极大地减少了漏电流的产生，这样就可以和以前一样继续进一步减小栅长。

FD-SOI（全耗尽绝缘层上硅）技术仍然采用平面型晶体管，其硅薄膜可自然地限定源漏结深，同时限定了源漏结的耗尽区，从而可改善DIBL（漏致势垒降低）等短沟道效应，改善器件的亚阈特性，降低电路的静态功耗。此外，FD-SOI晶体管无需沟道掺杂，可以避免RDF（随机掺杂涨落）等效应，从而保持稳定的阈值电压，同时还可以避免因掺杂而引起的迁移率退化。

体偏压技术（body-bias）是FD-SOI技术所独有的特点，也是让该技术最受关注的特点。通过把硅做得极薄，让它可以全部耗尽，所以不会再漏电流。如果再将氧化硅层做的非常薄，同时放入偏置装置（bias），就可以调节控制这个晶体管。如果放入的是正偏压，可以实现性能快速增强;如果放入的是负偏压，我们实际上可以关掉该装置。让它实现很低的漏电流，大概是1pA/micron的水平。

先进逻辑工艺自28纳米节点分野之后，FinFET与FD-SOI工艺的争论就开始出现。两大工艺均家支持者，英特尔与台积电是FinFET路线的坚定支持者，二者目前均无发展FD-SOI工艺的计划。
目前全球四大半导体代工厂中的两家——三星及格罗方德——已经宣布计划量产并采用FD-SOI晶圆进行多项试产也是FD-SOI工艺的坚定支持者。全球有三家位于三大洲的公司能够供应FD-SOI晶圆，包括法国Soitec、日本信越半导体（SHE）、美国SunEdison。这三家公司均采用了行业标准的SOI晶园制造技术。

法国Soitec已实现FD-SOI晶园的高良率成熟量产，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。

Globalfoundries的成都新厂，发展22FDX技术。GF 22FDX市场主要针对于低端智能手机、无线物联网、自动驾驶汽车、便携式相机。与此同时，为了紧跟22FDX的脚步GF也会进行12FDX的研发。12FDX晶圆将会比22FDX小35%，但是它的性能却可以做到25%的更佳。12FDX、20FDX加之RF-SOI和SiGe技术的结合将会更好地应对未来移动计算的发展。

除了以上国外晶圆巨头们发展FD-SOI技术，还有一些中国企业正默默地将半导体制造技术发展聚焦于FD-SOI制程：

上海新傲科技（Simgui）在2015年秋天开始量产该公司首批8吋SOI晶圆片，采用法国业者Soitec的SmartCut制程技术。

中国的上海硅产业投资有限公司在去年收购14.5%的Soitec股权。NSIG与中国的大基金有所不同，后者是一个在2016年初由大基金所成立的投资平台，其任务是建立半导体材料产业生态系统，聚焦于超越摩尔定律。

上海华力微电子的高层前往美国参加SEMI主办之产业策略高峰会时，分享了一张投影片显示FD-SOI是该公司投资额达59亿美元之Fab2计划的一部分。

不过SOI硅片一直无法压低成本，目前8英寸的SOI硅片每片要300-400美元，而通常的硅片每片才30-40美元，相差十倍。因此估计SOI代工硅片价格应该在每片1000美元左右，而中国的代工厂，8英寸硅片平均代工价格在每片约400美元。

目前中国的FD-SOI技术尚没有实现规模化量产阶段，IC设计公司可能尚处在多任务硅片MPW的设计验证阶段。对于大陆SOI产业链的发展需要政府部门牵头，制定规划，并引导与资金支持，目前阶段不可能单靠单一厂家解决所有问题。

中国设计公司能否参与到FD-SOI工艺发展中去，将是FD-SOI工艺能否成功的关键。目前国际客户数量不够，无法支撑FD-SOI工艺成熟，而中国半导体制造工艺原本就落后，如果从国家战略层面推动国内设计公司采用FD-SOI工艺，那么将是FD-SOI工艺的极大机遇。

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