【深度】为什么说SOI工艺是“中国芯”破局利器？

“SOI作为芯片产业极其重要的一环，在中国要发展起来的话，必须要得到政府的支持和力推，这样就能有效地避免受某一国家的制约。”

在上周五（4月20日），工信部IC人才交流中心举办的“2018年物联网技术和应用研讨会”上，法国Soitec公司全球副总裁兼中国区总经理林博文的这番话得到了现场嘉宾的普遍认可。

Soitec S．A．公司（以下简称Soitec）总部位于法国南部格勒诺布尔近郊，是一家生产创新性半导体材料的科技公司。Soitec拥有约3600项专利和全世界最先进的FD－SOI工艺，它所掌握的SmartCut技术使其具备的生产全球最好的SOI硅片的技术实力。目前，Soitec在法国、美国、新加坡和中国等全球各地拥有制造及研发基地。

毫无疑问的是，Soitec正在释放一种信号，表明他们对中国市场的重视程度又上了一个新的高度。这也是自中兴事件之后，有此明确表态的第一家国际性（除美国外）半导体公司。结合业界对国内SOI工艺前景的热捧（众多产业界人士认为，FD－SOI工艺将是中国芯片产业实现弯道超车的唯一希望），似乎可以窥探到它的“野望”。

依托超低功耗和超强可靠性，SOI芯片的优势正在稳步扩大

SOI（Silicon－On－Insulator，绝缘衬底上的硅）技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层氧化埋层。通过在绝缘体上形成半导体薄膜，SOI材料具有了体硅所无法比拟的优点：可以实现集成电路中元器件的介质隔离，彻底消除了体硅CMOS电路中的寄生闩锁效应。

此外，采用这种材料制成的集成电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势，因此可以说SOI将有可能成为深亚微米的低压、低功耗集成电路的主流技术。

通常根据在绝缘体上的硅膜厚度将SOI分成薄膜全耗尽FD（Fully Depleted）结构和厚膜部分耗尽PD（Partially Depleted）结构。

总体上看，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。

目前国内使用SOI工艺的芯片厂家数量相对较少，只有中芯国际（FD－SOI和FinFET两种工艺都有）、成都格芯、上海新傲科技和华力微电子（二期晶圆厂）等几家，主要的工艺种类为FD－SOI。不过，虽然厂家为数不多，但整体工艺水平却与世界先进水平相差不大，尤其是中芯国际和华力微电子的28Nm制程已经逼近世界顶尖。

在SOI芯片的市场定位和发展前景上，林博文认为，虽然由于加了绝缘层而导致芯片的价格稍稍偏贵，另外从时间上来说SOI工艺发展稍晚了一步，以至于智能手机的那一波应用热潮没有赶上。但是，在物联网和车联网这些要求超低功耗和可靠性认证的应用场景下，SOI芯片还是具有更大优势的。

众所周知，在芯片领域中国从来都不是先导者。绝大多数的国内半导体公司，一般都是在看到别人先做之后再去模仿，而SOI工艺自动诞生以来就受到了越来越多的追捧。

最早的是AMD在做，当时的X86系统就是基于SOI芯片而开发的，另外有着民族骄傲美誉的龙芯也是（龙芯3A3000芯片采用ST意法半导体 28nm SOI工艺流片），所以一直以来SOI工艺的应用都在持续扩宽中。

但当时SOI衬底芯片的最大劣势是技术起步稍晚，所以导致它的AP处理器（SoC）IP发展稍微慢了些。由于之前台积电、英特尔等走的是SoC芯片路线，其IP走的比较远，带动了相应的生态产业路线，由此就使得两者之间的有些差距。不过，SOI的产业生态圈，随者格芯成都（格罗方德中国合资工厂）的落地，国内外IP公司的投入和国际芯片大厂的设计使用，已渐入佳境而颇具规模。

事实上，业内关于FD－SOI与FinFET工艺的优劣历来各执一词，尽管或许FinFET目前在高密集运算（能耗大，比较热）占据上风，但FD－SOI却在低功耗，防辐射，低软错误率，耐高温和EMC，和车载可靠性 （body biased）方面有着无可比拟的优势。目前采用FinFET工艺的主要有英特尔、台积电、中芯国际、联电等，而IBM、意法半导体、三星、高塔半导体、格芯（原‘格罗方德’）等却是FD－SOI工艺的忠实拥趸。

业内人士普遍认为，28nm工艺可以撑很久，而且当工艺再往下走的话，SOI会越来越有优势。因此，这一制程也被认为是FD－SOI和FinFET的分水岭。对于中国芯片产业来说，想要尽快追赶国际最高水平，FinFET工艺前路漫漫且困难重重、遍地火焰，但FD－SOI却是一片广阔的蓝海，触手可及。

对此，林博文说：“但是目前到了28nm级别，这算是一个分界点。到了这个节点，技术可以很轻松的从SoC转换到SOI工艺，而且目前所有的EDA工具也都支持这种转变。”

“（SOI工艺）最大的好处就是你的工序会少很多，尤其是10nm以下，多一道工序就会多几十美金，多几十道工序就是好几百美金。这样来说，生产出来的每一块SOI芯片的成本都会有明显的降低。”

这样也会使得国内的厂家越来越多的开始乐意使用这种技术。比如近期比较热门的物联网方面和射频方面，已经越来越成为主流方向了，包括台积电、联电、中芯国际、华力等都在提供射频SOI的工艺给客户。

根据Marketsand Markets 最新预估，SOI市场在2017－2022年期间平均复合成长率将达29．1％，2022年市场价值将有望达到18．6亿美元。

SOI之所以能快速增长，主要来自消费类电子市场增长、成本下降以及芯片对于低工耗功能的需求快速攀升。值得一提的是，SOI芯片在国内很多细分市场的占有率愈发可观，尤其是手机射频领域，其占有率甚至达到了80－90％。

所以从这几个方面来衡量，SOI芯片在国内的发展前景应该不会存在什么问题，它的优势正在稳步扩大。