尽管产量仍然非常少,全空乏绝缘上覆硅(fully depleted silicon-on-insulator,FD-SOI)工艺有可能继Globalfoundries宣布12纳米计划之后快速成长;而市场研究机构International Business Strategies (IBS)资深分析师Handel Jones表示,三星(Samsung)或将在中国上海成立的一座新晶圆厂是否会采用FD-SOI工艺技术,会是其中的重要因素。

获得英特尔(Intel)、三星、台积电(TSMC)等大厂采用的FinFET工艺,号称能提供最高性能与最低功耗;但Jones指出,在约当14纳米节点,FD-SOI每逻辑闸成本能比FinFET低16.8%,此外其设计成本也低25%左右,并降低了需要重新设计的风险。

中国正在上海兴建新晶圆厂助攻FD-SOI

此外不久前在上海出席了一场FD-SOI技术会议的Jones指出,FD-SOI具备能透过偏压(biasing)动态管理功耗的独特能力;该工艺还因为明显比FinFET更高的截止频率(cut-off frequency),而能为RF带来更有力的支援:“我们认为智能手机应用处理器与调制解调器芯片会采用12纳米FD-SOI工艺,替代10纳米或可能的7纳米FinFET。” 20160914-FF-1 IBS指出,在14纳米节点,FD-SOI的晶圆成本比FinFET低16.8%(来源:IBS)

Jones估计,如果该工艺只能从Globalfoundries取得,可能产量会成长至占据全球先进节点晶圆代工业务的四分之一;不过:“如果三星在重要时刻加入,我认为有40~50%的14/16/10纳米节点代工业务可能会由FD-SOI囊括──三星是外卡(wild card)选手。”

中国则是另一个外卡选手,特别是一座正在上海兴建的新晶圆厂──该座隶属于上海华力的晶圆厂(第二座)将可从中国政府取得58亿美元的补助;Jones表示,该座晶圆厂还未选择要采用哪种工艺,但:“他们有合理的可能性会选FD-SOI。”

华力现正营运中的12吋晶圆厂每月产能约3万片;该公司是华虹(Hua Hong)集团的一份子,同属该集团的还有目前拥有一座8吋晶圆厂的宏力半导体(Grace Semiconductor)。

不过号称是中国拥有最先进技术的晶圆代工业者中芯国际(SMIC),则不太可能会采用FD-SOI工艺;Jones表示,该公司将注意力集中在量产High-K金属闸极与多晶硅28纳米工艺:“他们做的是市场主流正确选择。”然而他也认为,中国尝试于复杂的FinFET工艺与台积电竞争,恐怕仍会落后一大段距离;台积电已经有500位工程师专注于实现FinFET设计。

整体看来,要判定FinFET、FD-SOI与平面半导体工艺各自的市场版图还为时过早;Jones所能估计的是FD-SOI技术整体有效市场(total available market),并非市占率。 20160914-FF-2 FD-SOI工艺在2017年估计有170亿美元的有效市场,但还不确定实际上能产生多少营收(来源:IBS)

现有的22纳米FD-SOI晶圆出货量估计在每月6万~10万片,整体28纳米工艺晶圆出货量则为30万片;Jones表示,Globalfoundries预期在2019年以前不会与客户展开在12纳米FD-SOI工艺上的合作:“他们应该尝试加快速度。”

苹果和台积电看好FinFET工艺的未来潜力

而IBS预期,各种不同类型的28纳米工艺仍会是市场最大宗,估计到2025年都会维持每月30万片晶圆的产量;在Jones出席的上海会议中,有一位三星高层展示了一张投影片,表示该公司认为28纳米会维持比其他节点都低的单晶体管成本。 20160914-FF-3 长期看来,各种型态的28纳米平面晶体管工艺仍会是市场主流(来源:IBS)

也就是说,FinFET工艺还有很大的成长潜力;据说苹果(Apple)是采用台积电的16FF+工艺生产iPhone 7之A10处理器,预期将会继续采用台积电的10纳米FinFET工艺,生产可能会在明年开始量产iPhone 8使用的A11处理器。

Jones表示:“Apple积极推动明年以10纳米工艺生产芯片,以及后年的7纳米工艺;而台积电也积极投入资本支出赶上进度──也许还是会延迟一季或两季,但会实现量产。”

IBS估计,FinFET工艺的每逻辑闸成本因为其复杂性与较低良率,可能在每个节点都会略微上升;不过Jones表示,对此英特尔有不同的观点,表示该公司认为每个节点的晶体管成本会持续下降:“这需要达到固定良率(constant yields),这是个优良目标但不容易达成,我不知道英特尔的14纳米节点是否已经达到该目标。”

至于台积电则不太可能会采用FD-SOI技术,但Jones认为该公司绝对会对该工艺带来的竞争压力做出回应:“他们或许得积极推动7纳米工艺,并提供结合RF、嵌入式非挥发性内存,以及另外采用其昂贵但表现优异的InFlo技术制造的I/O功能区块的多芯片解决方案。” 20160914-FF-4 IBS预期,每一代的FinFET工艺逻辑闸成本将持续上扬(来源:IBS) 20160914-PT-1 关注元器件分销行业年度盛典——2016 年度电子元器件分销商卓越表现奖评选大会