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在集成电路工艺上，中国选择两条腿走路

2017-09-29 19:37:41

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9月26日，第五届上海FD-SOI论坛在上海浦东嘉里大酒店召开。在本次大会上，中国科学院院士，中国科学院上海微系统与信息技术研究所所长王曦、SOI产业联盟董事长，创始人、董事长兼总裁Carlos Mazure、格芯首席执行官SanjayJha等专家和企业家共聚一堂畅谈FD-SOI目前的发展情况、技术优势，以及未来的发展前景。

由于在Intel和台积电的主导下，FinFET技术已经成为主流，FD-SOI工艺的市场接受度并不高，连带着使格罗方德、Soitec等一批在SOI工艺上有较深厚技术积累的公司受到拖累。格罗方德如果想让SOI工艺能够逆袭，只能依靠中国企业和中国市场的帮助。对中国而言，这也可以两条腿走路，分摊押宝FinFET的风险。

什么是FD-SOI工艺

OI(Silicon-On-Insulator绝缘体上硅)是指绝缘层上的硅，是一种用于集成电路的供应商制造的新型原材料。SOI技术作为一种全介质隔离技术，可以用来替代硅衬底。FD-SOI就是在衬底上做文章，在晶体管相同的情况下，采用FD-SOI技术可以实现在相同功耗下使性能提高，或者在相同性能下，使功耗降低。

不过，相对于已经广泛使用的FinFET工艺，FD-SOI工艺则显得非主流。原因之一就在于过去很难有厂商可以把SOI基体做到5nm，这使得SOI工艺的前途不明朗。而Intel和台积电在硅衬底上能够做出满足要求的芯片，所以依旧使用硅衬底。台积电市场份额巨大，而Intel有最好的技术，两家选择了FinFET，自然而然整个产业链就跟着走，于是FinFET就成为了主流，FD-SOI工艺则成为非主流。

国内某公司的芯片采用了SOI工艺，该公司的工程先声明“对工艺不太熟悉”之后，做出的评价是：我的体会是SOI工艺，功耗控制还不错，但和台积电和Intel的工艺相比不是主流，非主流的不利影响就是工艺发展慢，稳定性弱。

厂商间的PPT大战

虽然SOI工艺成为非主流，但是还是有自己独到之处的。SOI工艺具有了较高的跨导、降低的寄生电容、减弱的短沟效应、较为陡直的亚阈斜率，与体硅电路相比，SOI电路的抗辐照强度提高了100倍。在高温环境下，SOI器件性能明显优于体硅器件。

根据格罗方德直接宣称：22nmFD-SOI工艺功耗比28nmHKMG降低了70%；芯片面积比28nmBulk缩小了20%；光刻层比FinFET工艺减少接近50%；芯片成本比16/14nm低了20%。若是将制程提升到14nm，相对于28nmSOI会有35%的性能提升，功耗也会降到原来的一半。

在第五届上海FD-SOI论坛上，格芯首席执行官Sanjay Jha在自己的演讲中直接给出了22nmFD-SOI和TSMC与英特尔的各项性能对比。根据PPT可以看出，格芯的22FDX技术相对于Intel的22FFL和台积电的22ULP具有一定优势，而且22FDX技术已经可以投产，而Intel的22FFL和台积电22ULP要想投产还需要3-6个月。

成本过高是SOI技术过去的一项短板，其中原因之一就在于SOI的晶圆成本偏高，由于SOI工艺的非主流导致无法通过产量削减成本。不过，这并非无法补救，毕竟如果借助中国市场，并让中国企业实现晶圆国产化，那么还是能在一定程度上削减晶圆成本的。而且SOI工艺还能削减设计成本，根据IBS首席执行官HandelH.Jones给出的数据如下，设计成本主要包括，硬件设计和软件设计。

Handel H.Jones认为，12nmFD-SOI的设计成本在5000万-5500万美金，而16nm的FINFET设计成本在7200美金左右，10nmFINFET设计成本在1.31亿美金。就工艺成本而言，Handel H.Jones认为，12nm FD-SOI要比16nmFinFET成本低22.4%，比10nm FinFET低23.4%，比7nm FinFET低27%。不过，这些都是做PPT画大饼，真正成本能否控制到这个水平就只有以后商业化量产了产能知晓了。