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半導體新材料與工藝精益求精,歐洲企業加強與中國晶圓廠合作

2021-03-05
來源:半導體行業觀察

  隨著應用需求的發展,市場對芯片的性能、功耗、面積和上市時間提出了更高的要求。為了向市場交付解決方案,行業面臨著一些挑戰,包括需要超越摩爾定律,尋找新型的體系架構、新型材料、新的縮減尺寸的方法,以及采用最先進的封裝技術。這些對于芯片制造,特別是上游的半導體材料和工藝提供商來說,既是挑戰,也是機遇。

  對于提供晶圓優化襯底,以及多種新型半導體材料的歐洲公司Soitec而言,以上這些挑戰為其創造了很多商機。特別是在智能手機方面,從3G到5G,以及到Sub-6GHz和毫米波的過程中,Soitec優化襯底產品的應用面積的增長非常可觀。

  另外,汽車中用到的芯片越來越多,特別是功率半導體,不僅是應用面積的增長,也有新的應用種類以及新的芯片種類的增長,也對半導體材料和工藝技術提出了更高的要求。

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  據Soitec首席運營官兼全球業務部主管Bernard Aspar介紹,在生產晶圓優化襯底方面,Soitec有多種技術,包括Smart Cut、Smart Stacking、 Epitaxy。憑借這些先進技術,可以根據需要解決的挑戰或需要滿足的市場需求,生產出不同的襯底。

  Soitec主要提供SOI相關的產品,此外,還有許多新產品,有硅基的、非硅基的,還有其它新的材料和襯底,包括壓電襯底和其它化合物產品。

  SOI應用不斷拓展

  在SOI方面,應用最廣的是RF-SOI。Bernard Aspar表示,Soitec的RF-SOI技術為智能手機的射頻前端模塊提供了強大的支持,晶圓包括200毫米和300毫米的,其產品路線圖涉及到不同的應用領域,包括從4G到5G,一直到Sub-6GHz的以及毫米波,甚至包括Wi-Fi。

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  RF-SOI需求的增長,主要得益于智能手機的數量增加,另外,也涉及到RF-SOI平臺,例如,Sub-6GHz的RF-SOI采用面積在5G手機中的含量比4G手機中的含量高了60%,而同時又比中等手機中的含量高了100%。同時,RF-SOI在毫米波領域以及Wi-Fi 6領域的增長在加快。所以這里的RF-SOI覆蓋了很多領域,并且成為了行業標準。

  當然,Soitec的SOI技術和產品不只限于RF-SOI,該公司可以根據應用領域的需求設計和生產不同的襯底產品。面向5G,可以提供RF-SOI、FD-SOI、Power-SOI、Photonics-SOI、Imager-SOI。面向汽車領域,有FD-SOI、Power-SOI,以及Imager-SOI產品。而在成像與傳感領域,除了SOI以外還有新的產品。

  除了RF-SOI,FD-SOI的發展也是很快的,包括萊迪思的CrossLink、意法半導體、格芯、三星等廠商,都在大力發展該工藝。FD-SOI的增長驅動因素主要是5G、邊緣計算、汽車,同時,FD-SOI也受益于越來越多的技術需要超低功耗的能力。同時,各個代工廠也在進一步開發新的制程技術。據Soitec全球戰略負責人Thomas Piliszcczuk介紹,已經有3、4家廠商提供FD-SOI技術和服務,例如,中國的華力微電子主要做55納米的FD-SOI,28納米的FD-SOI芯片主要由三星和意法半導體制造,22納米主要由格芯制造,18納米的FD-SOI也是三星在做,另外,格芯規劃制造12納米的 FD-SOI。

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  Soitec還提供Specialty-SOI技術,可針對不同應用來設計不同的產品,包括用于影像的Imager-SOI和Photonics-SOI。Bernard Aspar認為Photonics-SOI已經成為行業標準,特別是在數據中心以及收發器應用領域。

  拓展新材料工藝

  除了SOI以外,Soitec還有新的材料和工藝技術,如POI、碳化硅和氮化鎵。

  POI襯底主要用于濾波器,這個產品是絕緣體上的壓電材料襯底。POI襯底是射頻濾波器的理想選擇。對于聲表面波濾波器市場而言,POI可以助力其服務好Sub-6HGz的市場。Soitec已經與行業內很多大公司簽訂了協議,包括與高通,幫它們開發用于4G、5G的濾波器。

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  Bernard Aspar表示,該公司正在150毫米POI襯底方面爬坡量產,產能準備擴張到50萬片每年。同時,通過收購相關公司和技術團隊,積攢了更大的優勢,濾波器產品設計方面有更好的表現,更好地推動了產品的開發,同時滿足了客戶對POI產品更多的理解和認知的需求。POI襯底能夠為5G濾波器提供在帶寬、損耗、溫度穩定性等方面優秀的表現。

  2019年5月,Soitec并購了EpiGaN,開始拓展氮化鎵業務。在這方面,該公司有兩種結構的產品,包括硅基氮化鎵和碳化硅基氮化鎵。目前,Soitec可以提供用于射頻,主要是用于基站(Sub-6GHz以及毫米波)的氮化鎵外延片;此外,也提供用于功率應用的氮化鎵外延片。

  Soitec也在開發碳化硅,這類碳化硅晶圓的頂層是高質量的碳化硅,下面一層是低電阻率的襯底。Soitec正在與應用材料公司一起合作開發碳化硅產品,已經開始了第一批的試生產,而且第一批研發樣品已經交付給客戶,同時在技術方面也獲得了驗證。在應用方面,電動汽車是碳化硅產品最主要的增長驅動力。

  發力中國市場

  中國一直是Soitec最重要的市場之一。Soitec中國區戰略發展總監張萬鵬表示,1992年公司成立至今,一直與大學研究機構,包括業界領先的材料公司、設備公司、設計公司及系統公司進行合作,為手機、汽車行業服務。另外,Soitec希望能夠加強與本地行業伙伴的合作,建立靈活的商業合作模式,建立本地供應鏈以及本地支持。新傲作為其本土的合作生產商,對該公司幫助很大,也希望通過團隊的本土化來加強對中國市場的支持能力。

  據Soitec全球銷售主管Calvin Chen介紹,目前,該公司在中國有超過30個合作項目,包括主流產品和正在開發的新材料與新產品。經過幾年的耕耘,目前比較主流的產品開始有銷售方面的貢獻,其中有幾個項目會在一年之內開始進入試產和量產階段。

  在與中國本土晶圓廠合作方面,除了與新傲在RF-SOI進行多年合作之外,過去幾年,已經開始跟上海華力微電子進行接洽,華力微電子近年來一直在研發FD-SOI技術,并向市場交付產品。華力提供兩個制程技術節點的產品,分別是55納米和22納米的FD-SOI。

  談到汽車市場,Thomas Piliszczuk表示,電動汽車在世界范圍內都是一個主流趨勢,在中國更是如此。他認為中國市場對Soitec碳化硅產品有著巨大的需求,目前已與中國多家公司,包括設備廠商與汽車品牌,在碳化硅領域進行評估與合作。


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