SOI技术火爆背后的大赢家

半导体行业观察 · 半导体行业观察·2021-10-09 09:41

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正如Soitec中国区销售总监陈文洪在接受半导体行业观察记者采访时候所说,因为智能手机、汽车和物联网市场的火热,SOI晶圆在未来几年会有巨大的成长机遇。

“首先在智能手机方面,因为现在正处于从4G往5G升级的阶段,这就带来了更多的射频机会;其次在汽车领域,随着新能源和智能汽车渐成主流,便创造了更多传感器和BCD器件需求;来到物联网市场,因为其应用特性,便对器件的低功耗有了严格的限制。”陈文洪接着说。

“以上场景都是SOI晶圆的机会”,陈文洪强调。

SOI越来越火,Soitec走上舞台中心


所谓SOI,也就是Silicon On Insulator的简称,也就是硅晶体管结构在绝缘体之上的意思。从原理上看,SOI就是在顶部的硅器件层下方加入一层绝缘体层,从而使相邻的硅晶体管分离。这样可将相邻晶体管之间的寄生电容减少一半。SOI的优点是可以较易提升时钟频率,并减少电流漏电,帮助打造更为省电的IC。同时,因为SOI晶圆本身衬底的阻抗值的部分也会影响到器件的表现,因此后来也有公司在衬底上进行阻抗值的调整,达到射频器件特性的提升。

在先驱们的探索下,SOI晶圆在射频、功率和硅光等多个领域发挥着越来越重要的作用,而成立于1992年的Soitec无疑是当中的一个专家。作为一家专注于半导体材料的领先企业,Soitec拥有包括Smart Cut TM 技术、外延技术和智能堆叠技术在内的三项核心技术和专业工程材料。正是这些技术的推动下,Soitec成长为全球最大的“优化衬底”供应商。其中,Smart Cut技术更是能让Soitec可以领先全球的根本。

陈文洪告诉记者,公司的专利技术Smart Cut是一个薄层的迁移技术,可以把不同的材质进行键合。


他进一步指出,进行相关操作前,我们需要先准备好有A和B两片晶圆。其中A片作为施主片,B片作为支撑衬底。而生产SOI晶圆的第一步就是先把A做一个氧化,这样的话在表面就长了一层氧化物,之后用离子注入机(implanter)进行注入。借助注入步骤,就能够把A晶圆内的这一层原子键破坏掉。破坏掉以后把这片晶圆进行翻转,翻转后跟B片进行键合。然后,我们把损伤层加热以后,它就会打开,完成一个剥离过程。通过这样的操作留下的就是一片标准的SOI的晶圆。

从陈文洪的介绍我们得知 ,因为SOI已经发展了三十年,而Soitec在这上面也已经做到了炉火纯青。所以现在这个材料开始衍生到了和不同的材质搭配。例如玻璃、石英,碳化硅、氮化镓,甚钽酸锂和铌酸锂都会成为选择。

“总之,可以找到不同的材质进行结合,让它们变成复合片,这是 Smart Cut 非常优秀的特点。”陈文洪补充。

在基于自有技术发挥出SOI晶圆的巨大优势后,Soitec正在和合作伙伴一起,推动喷国内SOI技术来重构我们未来的科技世界。

SOI多线出击,硅光成为下一个爆发点


从相关介绍可以看到,过去三十多年的SOI发展中,在包括Soitec在内的产业链上下游企业的努力下,行业内已经延伸出了丰富的SOI产品组合,包括FD-SOI、RF-SOI、Power-SOI、Photonics-SOI、Imager-SOI。同时也推出了非SOI产品 ,包括POI、氮化镓等。这些产品在各自的领域也各具优势。

如 FD-SOI可通过简单的模拟/射频整合,可灵活用于高性能和低功耗的数字运算,主要应用在智能手机、物联网、5G、汽车等对于高可靠性、高集成度、低功耗、低成本的应用领域;RF-SOI可应用于射频前端模块,目前已经成为智能手机的开关和天线调谐器的最佳解决方案;Power-SOI致力于智能功率转换电路;Photonics-SOI则能应用于数据中心、云计算等光通信领域;Imager-SOI能满足下一代图像传感器要求。POI是可用于滤波器的新型压电衬底。

在上述的多个领域,Soitec都拥有其独到的优势。而在与陈文洪的交流中,他特别强调了SOI将在硅光领域的巨大发展潜力。

过去几年,因为高速网络传输的需求渐增,市场对光芯片需求也水涨船高。在过往,这种器件一般是使用InP技术制造。但后来,因为开发者对相关器件的功耗和尺寸有了越来越多的需求,因此他们都把目光投向了硅光,而SOI就是这个技术的最好赋能者。


据陈文洪介绍,Soitec的Photonics-SOI结合了CMOS平台的优势以及光的优势。他进一步指出,CMOS平台已经发展了几十年,可以很容易地把器件做到高密度,又因为CMOS平台的产能更高。所以借助Photonics-SOI,能够帮助解决产能的瓶颈问题。同时,硅光还综合了光的低损耗、长传输距离、强带宽,且还不受电磁影响等优势。这就让整个器件无论是在什么样的环境,保持极高的稳定性。

据了解,目前,Photonics-SOI 晶圆已经让标准CMOS晶圆厂实现了高速光发射器和接收器芯片的大批量生产,为100GbE(千兆以太网)和 400GbE 数据中心内链路提供了高数据速率和高性价比的收发器解决方案。除了Photonics-SOI 衬底外,Soitec 还提供 Photonics-SOI+EPI 产品。该产品顶部硅层的厚度仅为几微米,目前可用于早期客户样品的开发和小批量生产。除此以外,Soitec 还提供 Photonics-SOI 的定制化服务。


“从趋势上来看,我相信硅光的市场份额会越来越大。预计从2023年起,这种用SOI做的硅光收发器使用量占比会超过传统的InP方案。”陈文洪指出。他同时也强调,即使SOI有如此多的优势,但未来在一定的时间范围内,SOI和InP这两种不同的路线会并行。因为当硅光在追求更高的带宽的研发的同时,一些传统的产品将在未来的一段时间内继续发挥作用。

陈文洪告诉记者,在过去几年里,因为国内厂商对硅光的兴趣度增加,催生了更多的SOI晶圆需求。这再加上和FD-SOI、RF-SOI的需求,倒逼他们去进一步提高SOI晶圆的供应。他指出,Soitec目前在全球共有六个生产基地,包括法国贝宁I、贝宁II、贝宁III、比利时、新加坡,以及与上海新傲科技合作的生产线。目前,Soitec也在积极地扩张产能(特别是12寸的产能)。

按照规划,Soitec会把其新加坡的工厂产能进一步增大,以更好地服务其全球的客户。在SOI的推动下,一个与众不同的科技新世界将要呈现我们眼前,让我们翘首以待。


*免责声明:本文由作者原创。文章内容系作者个人观点,半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点,不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持,如果有任何异议,欢迎联系半导体行业观察。


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