國產SOI晶圓技術迎來突破性進展，SOI賽道大有可為

電子發燒友網報道（文/李寧遠）在半導體行業，制程工藝封裝工藝對芯片性能的影響是不言而喻的。SOI，Silicon-On-Insulator，絕緣襯底上的硅，即硅晶體管結構在絕緣體之上的意思，原理就是在硅晶體管之間，加入絕緣體物質，可使兩者之間的寄生電容比原來的少上一倍。

SOI制程工藝自出現以來就因為其獨特的優勢吸引了業界關注，就在不久前，中國科學院上海微系統所官方公眾號日前發布消息，稱魏星研究員團隊在300 mm SOI晶圓制造技術方面取得突破性進展，制備出了國內第一片300mm射頻（RF）SOI晶圓。

團隊基于集成電路材料全國重點實驗室300 mm SOI研發平臺，依次解決了300 mm RF-SOI晶圓所需的低氧高阻晶體制備、低應力高電阻率多晶硅薄膜沉積、非接觸式平坦化等諸多核心技術難題，實現了國內300mm SOI制造技術從無到有的重大突破。

從無到有，國產300mm RF-SOI晶圓突破加快射頻產業鏈發展

制程工藝的發展從來沒有停歇過，從22nm開始使用FinFET工藝，FinFET工藝就一直在制程工藝演進中發揮著重要作用。但從制程工藝演進到10nm開始，FinFET工藝漏電流帶來的功耗水平偏高問題，一直是沒有解決的難題。

SOI工藝正是因為其成本可控、漏電流較小、功耗低，開始受到關注。通常，集成電路上的每個單元都通過PN結分離構建在芯片上。相反，SOI使用一層二氧化硅層（SiO2）來隔離器件。SOI技術可防止由常規PN結隔離形成的垂直和水平寄生器單元引發IC故障。

大概來說，SOI工藝能夠讓寄生電容比原來少上一半，大大減少電流漏電降低整體功耗。在應用中，SOI又可以分為與FinFET對標的FD-SOI全耗盡型絕緣體上硅，和RF-SOI射頻絕緣體上硅。

本次國產SOI制造技術從無到有的突破正是RF-SOI射頻絕緣體上硅。

RF-SOI用于各種射頻器件，是各類射頻應用里主流的襯底，如射頻開關、LNA、調諧器。具體到設備，可以說日常生活中的很多終端上都有RF- SOI應用的身影，如智能耳機、手表、可穿戴設備等，而且不限于蜂窩通信，藍牙、Wi-Fi以及超寬帶UWB等無線技術背后都有其存在，而且RF-SOI還能在毫米波應用中。

為了制備出300mm射頻（RF）SOI晶圓，中國科學院上海微系統所團隊先后攻克了300mm RF-SOI晶圓所需的低氧高阻晶體制備、低應力高電阻率多晶硅薄膜沉積、非接觸式平坦化等諸多核心技術難題。

團隊表示，為了300 mm RF-SOI晶圓所需的低氧高阻襯底，自主開發了耦合橫向磁場的三維晶體生長傳熱傳質模型，并首次揭示了晶體感應電流對硅熔體內對流和傳熱傳質的影響機制以及結晶界面附近氧雜質的輸運機制。

該團隊為300 mm RF-SOI晶圓找到了合適的工藝窗口，實現了多晶硅層厚度、晶粒尺寸、晶向和應力的人工調節。

進入5G時代，射頻前端需求激增，如今多天線元件、高階MIMO和多頻段的使用越來越多，加上日益嚴苛的載波聚合技術要求，明顯提高了5G FEM的復雜性與集成度，從而增加了最新智能終端和射頻基礎設施中的射頻硅含量。

RF-SOI憑借優異的特性、高級程度，加之更具性價比的成本，讓整個產業鏈呈現出快速增長的趨勢。根據Gartner的統計數據，全球SOI市場規模將在未來5年將增加一倍以上，其中RF-SOI目前占據了六成，隨著射頻技術的不斷進步，未來RF-SOI整體產能與市占率有望繼續擴增。

在這個重要且快速增長的市場，中國科學院上海微系統所團隊300 mm RF-SOI晶圓實現自主制備無疑有力推動了國內RF-SOI芯片設計、代工以及封裝等全產業鏈的協同快速發展，并為國內SOI晶圓的供應安全提供堅實的保障。

或在汽車行業大展拳腳的FD-SOI

除了RF-SOI，FD-SOI同樣有著相似的優勢，減小了寄生電容，提高了運行速度；降低了漏電，功耗更低；抑制了襯底脈沖電流干擾，減少了軟錯誤的發生。

但與RF-SOI截然不同的是，與FinFET對標的FD-SOI一直沒能成為先進制程工藝的首選。雖然在28 nm到10nm制程區間，FD-SOI的確有著低功耗、防輻射、低軟錯誤率、耐高溫和EMC等方面有著優勢。但是在模擬芯片長時間停留在成熟制程，FD-SOI也很難充分發揮出其低功耗高可靠性的特性。而且其生態一直沒有建立起來。

在本月上海FD-SOI論壇上，作為SOI行業的重要參與者，此前以28nm FD-SOI為主的ST表示將推出新的18nm FD-SOI工藝，預計這項工藝將在汽車芯片行業大展拳腳。

汽車電子，的確是FD-SOI擴大應用的好機會。近幾年FD-SOI在汽車上的應用正在增多，尤其是汽車雷達。毫米波雷達是推動汽車ADAS發展的關鍵因素，隨著自動化等級的提高，汽車行業對于高精度、多功能毫米波雷達需求持續增加。

越來越多毫米波雷達轉向了CMOS來增加集成密度，制造節點選擇40/45nm、28nm、22nm甚至16nm。通過FD-SOI技術，毫米波高頻雷達組件高度集成在單一芯片上，而且還有著更低的功耗。知名汽車4D成像雷達Arbe就是采用的22nm的FD-SOI實現的。

此外，汽車MCU正在面臨嵌入式非易失性存儲器的極限，在車身控制、電池管理等領域隨著應用復雜程度的提升，存儲單元面積面臨的挑戰越來越大。采用FD-SOI技術的汽車級MCU嵌入式PCM宏單元，極大地提高了SRAM存儲器性能，能夠在低電壓和極低泄漏下運行，同時保持與傳統bulk SRAM相似的讀寫速度。

在消費電子市場已經飽和的現狀下，FD-SOI的確有機會在汽車市場、物聯網市場迎來大展拳腳的好機會。

寫在最后

在此次國內300mm RF-SOI晶圓突破之前，近年來國內一些企業在SOI產業鏈上也已經取得了不少進步，如上海新傲、中芯國際、芯原微電子等在晶圓、襯底、代工、IP等方面都做出了不少成果。

不論國內RF-SOI晶圓從無到有的突破，還是FD-SOI在汽車、物聯網等領域釋放出的應用潛力，SOI的確是一個值得關注的半導體技術路線，它給行業帶來了新的機會和發展空間。尤其是在國內先進制程被限制的形勢下，SOI的賽道是一個可行的發展方向。