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06-18
原文：赵元创新 2010年，胡正明教授主导的美国国防先进项目资助的加州大学项目研究计划局（DARPA）的研究团队，他们当时的研究目标是如何将CMOS技术扩展到25nm领域。
当时的研究成果表明，实现这一目标有两种途径：一是三维结构FinFET（鳍式晶体管），二是基于SOI（UTB-SOI，也就是现在经常提到的FD-SOI技术）。
研究小组发表了FinFET（2017年发布）和UTB-SOI（2018年发布）的技术文章。
FinFET 和 FD-SOI（图片来自 SemiWiki） 当时，研究团队认为，要使 UTB-SOI 正常工作，绝缘层上硅膜的厚度应限制在栅极长度的四分之一左右。
对于栅极长度为25nm的晶体管，胡教授认为UTB-SOI的硅膜厚度应控制在5nm左右。
由于当时的技术水平，业界认为在UTB-SOI上生产如此薄的硅膜难度太大，因此业界不遗余力地开发FinFET技术。
虽然胡正明教授认为FinFET和FD-SOI技术可以共存，但现在的情况确实如此。
不过，我们也看到FinFET和FD-SOI在业界都有不同程度的受欢迎程度。
FinFET技术已成为台积电、三星、英特尔、联华电子、格罗方德和中芯国际的中流砥柱。
国际（中芯国际）、华力微电子（华力微电子）等厂商主流选择；相反，晶圆厂对FD-SOI的接受度并不高。
推广FD-SOI工艺的主要公司有IBM、意法半导体（ST）等。
GlobalFoundries（收购IBM晶圆厂后开始FD-SOI工艺）、三星等公司已开始提供FD-SOI代工服务。
国内中芯国际和华虹集团旗下的华力微也开始尝试FD-SOI。
SOI工艺。
基于FinFET技术，Intel于2016年推出了3D晶体管，工艺达到22nm； FinFET技术提出仅20年，台积电的16nm于2018年正式量产。
如今，10/7nm FinFET工艺也已成功量产并开始商用。
与FinFET的进步相比，FD-SOI技术确实是举步维艰。
直到今年，STM才推出了首款基于28nm FD-SOI工艺的产品。
目前，GlobalFoundries的22nm和三星的18nm刚刚开始试产。
至于FD-SOI和FinFET工艺的优缺点，确实很难用一句话来形容。
尽管FinFET目前占据了绝对的市场份额，但FD-SOI仍然有可取之处，让业界难以放弃。
2019年9月18日，由SOI产业联盟、芯原股份、上海新傲科技有限公司、中科院上海微系统与信息技术研究所联合主办的上海FD-SOI论坛理科院士如期抵达上海。
本次论坛吸引了来自衬底、晶圆代工、EDA、IP、IC设计和系统设计领域的精英，共同探讨FD-SOI技术的最新成果和未来发展。
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在开幕致辞中表示，在座的各位都见证了SOI产业这几年的发展。
经过行业间的长期努力，FD-SOI生态系统目前正在稳步推进和发展。
生态链上如此之多的企业都在讨论SOI业务，这说明中国有广阔的吸纳SOI技术和产品的空间，也说明我们是同舟共济的命运之船。
芯原微电子创始人、董事长兼总裁戴为民表示，2019年首届FD-SOI论坛在上海举办时，大家还在讨论这项技术在中国的可行性。
六年来，在业界同仁一步步坚定推动下，今年的大会已经开始讨论FD-SOI的量产。
其进步和发展成就令人瞩目，产业实力也在不断增强。
目前，该技术凭借其低功耗、射频集成等优势，已成功应用于多个领域。
在随后的演讲中，戴为民列举了一些汽车电子和物联网应用的成功案例，展示了芯原目前FD-SOI IP的积累。
SOI 究竟有何传奇色彩，值得如此受欢迎？我们先来看看FD-SOI目前的发展现状。
FD-SOI发展现状任何工艺技术都离不开生态系统的支持。
事实上，FD-SOI生态系统正在逐步形成。
围绕FD-SOI工艺，已形成工艺研究、衬底制造、EDA/IP、晶圆代工、IC设计服务公司、IC设计公司的产业链。
在FD-SOI衬底制造方面，目前法国Soitec和日本信越半导体（SHE）两家公司采用行业标准SOI晶圆制造技术“Smart Cut”进行生产。
中国新傲科技已开始准备FD-SOI衬底的量产。
法国Soitec在欧洲和亚洲设有生产基地。
它是“Smart Cut”技术的发明者和拥有者。
是全球SOI晶圆领先者，已实现SOI晶圆高良率成熟量产。
。
产品包括 FD-SOI、RF-SOI (RFeSI-SOI)、Power-SOI、Photonics-SOI 和 Imager-SOI。
其中，12英寸FD-SOI衬底工厂可支持FD-SOI技术在28纳米、22纳米及更先进节点的大规模采用；而RF-SOI可提供8英寸和12英寸衬底，可满足全球RF0-SOI的商用。
信越半导体于2018年开始供应SOI基板，并在获得Soitec的“Smart Cut”授权后于2017年开始供应FD-SOI基板。
目前，FD-SOI基板有6英寸、8英寸和12英寸可供选择。
在FD-SOI晶圆代工方面，格罗方德（GlobalFoundries）（收购IBM芯片业务后开始FD-SOI工艺）、三星、意法半导体（STM）等主推FD-SOI工艺的公司目前都在提供FD-SOI晶圆代工。
SOI工艺。
-SOI代工服务。
国内中芯国际和华虹集团旗下的华力微也开始涉足FD-SOI工艺。
GlobalFoundries之前并没有涉足FD-SOI技术。
其于2016年7月收购了IBM晶圆厂，同年推出名为22FDX的22纳米FD-SOI技术，定位于提供最佳性价比。
据称，22FDX技术平台的性能接近16nm/14nm FinFET，成本接近28nm体硅工艺。
今年2月，该公司与Dream Chip Technologies发布了首款商用产品ADAS芯片。
目前，该公司主要的22FDX生产工厂位于欧洲德累斯顿的FAB1。
但由于客户数量有限，产能无法填补。
根据该公司的技术发展蓝图（Roadmap），12nm FD-SOI工艺（12FDX）正在开发中。
2017年，三星宣布采用FD-SOI技术进行多次试产。
2017年推出多款28nm工艺，其中28LPP+eFlash+RF早已成熟；与28LPP相比，28FDS+eMRAM+RF更具竞争力，其速度提升了25%。
Gitae还透露，三星将在年底或年初推出18FDS工艺。
与28FDS相比，面积将减少35%，速度将提高20%。
到今年，RF/eMRAM组合产品将大规模上市。
意法半导体在欧洲也拥有一条FD-SOI工艺生产线。
该公司于2016年采用FD-SOI技术并启动了多个项目。
该公司展示了一款基于 ARM 的智能手机应用处理器，采用 28nm FD-SOI 技术，运行频率高于 3 GHz。
该技术现已应用于不同的市场。
IBS总裁Handel Jones认为，目前FD-SOI工艺集中在28nm和22nm，但未来向18nm和12nm的路线图非常明确。
事实上，三星已经开始试产18nm。
在FD-SOI设计服务方面，可以看到VeriSilicon和Synapse Design。
芯原自2018年起与意法半导体就28纳米FD-SOI进行合作，自2008年起与三星就28纳米FD-SOI进行合作。
芯原自2017年起与格罗方德就22纳米FD-SOI进行合作，目前能够提供IP 28纳米和22纳米。
平台和设计服务。
今年9月18日，云天励飞CEO陈宁还宣布与芯原合作推出首款基于GF 22FDX的AI芯片。
在FD-SOIEDA/IP方面，您可以看到Cadence和Synopsys已经拥有经过验证的FD-SOI IP。
在三星的生态系统中，我们还看到了国内EDA厂商XPEEDIC的名字。
FD-SOI的客户在哪里？据美国媒体报道，格罗方德前CEO Sanjay Jha曾在公司内部会议上向FD-SOI项目负责人提出了一个尖锐的问题：FD-SOI的客户在哪里？笔者发现，经过多年的争论，FD-SOI技术的支持者开始发生变化。
他们不再强调与FinFET技术的比较，而是推广FD-SOI工艺在模拟射频器件制造中的特性。
三星高级副总裁Gitae Jeong表示，针对物联网应用，三星推出了FD-SOI工艺。
他以客户应用案例为基础，阐述了28FDS的优势。
某客户采用28FDS后，与原来的40nm工艺相比，射频功耗下降了76%，芯片整体功耗下降了65%。
Gitae在演讲中表示，三星电子的28FDS工艺已成功量产5款芯片，良率很快将达到95%，今年还将有16款新产品流片。
NXP携手三星、Cadence共同开发i.MX系列产品，近两年使用28FDS多次成功流片。
格芯高级副总裁兼Fab1总经理Thomas Morgenstern表示，FD-SOI工艺是技术发展过程中的差异化解决方案，也是格芯当前战略的核心。
尽管FD-SOI工艺的发展受到生态系统不完善的限制，在量产方面还有很多工作要做，但Thomas表示，格芯22FDX工艺的签约设计价值超过20亿美元，目前全球已有50多家公司拥有客户，应用领域涵盖物联网、通信、工业、加密货币、汽车和国防工业等不同方向。
不过，IBS总裁Handel Jones通过一系列数据表示，由于人工智能（AI）和5G通信时代的到来，半导体将会发生巨大的变化。
Handel Jones表示，随着技术的发展和设备折旧，就单位逻辑门成本而言，22FDX工艺与28nm HKMG体硅工艺相当，而12FDX工艺则低于FinFET工艺（16nm、10nm或7nm） ）。
特别值得一提的是，由于FD-SOI工艺掩模工艺的简化，需要的掩模层数更少。
综上所述，虽然FD-SOI工艺所使用的衬底价格较高，但总体成本低于FinFET。
。
此外，Handel Jones也非常看好图像处理芯片（ISP）在FD-SOI领域的前景。
他认为FD-SOI工艺在模拟功能、噪声和功耗方面优于22nm HKMG体硅工艺或16nm FinFET工艺。
更好，而且在成本方面还有更明显的优势。
他认为，随着图像处理和各领域需求的发展壮大，预计到2020年ISP芯片的年需求量将达到1亿颗。
从论坛上各位嘉宾的发言中可以看出，客户对ISP芯片的需求量将达到1亿颗。
FD-SOI的组别包括：物联网要求超低功耗以及射频系统集成的趋势；汽车ADAS需要系统级集成器件；人工智能和神经网络也需要更高的性能和更低的功耗； 5G日益成熟，对射频集成度要求较高。
相信未来会有更多的芯片采用FD-SOI技术。
虽然这个市场相当巨大，但FD-SOI能抢到多少业务，取决于整个生态系统是否足够强大。
FD-SOI的基础在欧洲。
在当前的全球半导体格局中，欧洲似乎是一个尴尬的存在。
曾经占据全球半导体市场三分之一的份额，西门子半导体（英飞凌）和飞利浦半导体（恩智浦）被视为先驱。
然而，现在整个欧洲半导体市场正在下滑。
欧洲也希望重振半导体市场。
即使不能成为领导者，它也需要有一些可以炫耀的技术和指导国家的资格。
因此，在欧盟的推动下，2016年5月，欧洲纳米电子倡议咨询委员会（ENIAC）纳米电子公私联合工作组（JU）与比利时、芬兰、法国、德国、罗马尼亚、瑞典、日本等7个国家荷兰19家欧洲知名半导体公司和学术机构宣布正式启动为期3年、耗资3.6亿欧元的Places2Be先进技术试验项目，支持全耗尽型绝缘体上硅（FD-SOI）技术的产业化。
Places2Be 成员包括 ACREO 瑞典 ICT AB、Adixen Vacuum Products、Axiom IC、Bruco Integrated Circuits、Dolphin Integration、Ericsson AB、eSilicon罗马尼亚 S.r.l.、Forschungzentrum Jülich Gmbh、GlobalFoundries Dresden、Grenoble INP、IMEC、Ion Beam Services、Mentor Graphics France Sarl、 SOITEC SA、ST-Ericsson、STM、鲁汶天主教大学、特温特大学。
意法半导体被指定负责该项目。
工程师计划在未来三年内参与该项目。
该项目旨在支持部署28纳米及以下技术节点的FD-SOI试产线，实现欧洲双源规模化生产。
Places2Be将为基于FD-SOI平台的欧洲微电子设计生态系统的发展做出贡献，同时探索如何开发该技术以实现下一个目标（14/10nm）。
该项目的FD-SOI制造源位于欧洲最大的两个微电子集群：中试生产线位于意法半导体的克罗尔斯制造工厂（法国格勒诺布尔附近），双制造源位于位于法国格罗诺布尔的GlobalFoundries第一制造厂。
德累斯顿（德国）。
据意法半导体官网《公司简介》显示：该公司拥有丰富的芯片制造工艺，包括先进的FD-SOI（全耗尽绝缘体上硅）、CMOS（互补金属氧化物半导体）、差异化成像技术、RF- SOI（射频绝缘体上硅）、Bi-CMOS、BCD（双极、CMOS、DMOS）、碳化硅VIPower和MEMS技术。
但没有提及 3D FinFET 技术。
可以说，欧洲目前还没有先进的3D FinFET工艺，因此希望除了先进的3D FinFET工艺之外，还有自己的专门工艺，这就是FD-SOI。
但看看这19家合作单位，哪一家有能力帮助意法半导体填补一条28纳米FD-SOI线的产能呢？看来欧洲撑不起FD-SOI的蓝天了。
FD-SOI的未来在中国？既然欧洲撑不起FD-SOI的蓝天。
那么FD-SOI的沃土在哪里呢？我们先来看看韩国。
三星的FD-SOI业务在其半导体业务板块中所占比重很小，而三星和台积电也不敢停止在FinFET工艺上的竞争。
他们必须投入大量资金来开发FinFET工艺。
一旦FD-SOI进展不顺利，三星就不应该加大对FD-SOI的投入。
对于GlobalFoundries来说，更多地取决于生态系统的实力，否则其FD-SOI的发展难以预测。
目前看来，FD-SOI生态系统还不够成熟。
这一点在“哪些市场和应用将首先采用FD-SOI技术？”的圆桌讨论中得到了证实。
在圆桌讨论中，嘉宾们讨论了FD-SOI在中国布局的战略意义、FD-SOI技术的主要市场推力以及FD-SOI成为物联网应用主流进程的时间节点。
大多数嘉宾认为FD-SOI技术的大规模应用还需要3到5年的时间。
进程能否顺利主要取决于三点：第一，生态链建设何时能够完善，特别是FD-SOI衬底的制造和上市。
IP数量；其次，能否刺激市场需求、何时激活市场需求？第三，中国政府的支持力度有多大。
Soitec的首席执行官预计FD-SOI的大规模商业化将在2020年第一季度进行，而三星电子的Gitae Jeong则对FD-SOI大规模商业化的进展最为乐观。
他认为最早可以在今年第二季度实现。
目前，物联网（IoT）市场尚未成熟，尚不清楚中国对FD-SOI的支持力度会有多大。
特别是中芯国际在FinFET技术的三个方面取得了突破，并进入客户导入阶段。
GlobalFoundries近期宣布将退出高端工艺研发，但并未明确表示将加大对FD-SOI的投入。
估计还是期待中国更多的支持。
事实上，成都市副市长范毅也带队参观了FD-SOI论坛，并与业内人士进行了深入交流。
范毅副市长在致辞中强调，成都市是FD-SOI技术发展的见证者和参与者。
从未来SOI技术发展来看，成都一定是中国乃至世界的重要发展地区。
事实上，在今年7月举办的青城山中国IC生态高峰论坛上，范毅曾表示，成都市政府对格罗方德在成都的投资非常有信心，并表示将加大投入，加速FD-SOI产业化。
中国在FD-SOI方面的布局 中国科学院上海微系统与信息技术研究所在SOI材料研究方面投入了大量资源，涉足FD-SOI、RF-SOI、PD-SOI。
2019年11月11日，上海硅业投资有限公司投资合作协议签约仪式在上海举行，注册资本20亿元。
投资方包括大基金35、上海国盛（集团）有限公司35、上海吴越峰集成电路股权投资合伙企业、上海新微电子有限公司、上海嘉定工业区开发（集团）有限公司上海硅产业投资有限公司充分借助国家集成电路基金的平台和领先优势，充分发挥上海的产业资本优势和科技创新中心的集聚优势，提升我国硅产业的综合性。
通过投资、并购、创新发展、国际合作等方式推进材料产业发展。
竞争力。
目前，上海硅业投资有限公司持有12英寸硅片生产商上海新升62.82%的股份，持有SOI硅片供应商上海新奥53%的股份。
还持有全球最大的SOI晶圆供应商法国Soitec 12%的股份。
持有MEMS/SOI硅片供应商芬兰Okmetic %股权。
Simgui 专注于半导体市场的 SOI 和 Epi 解决方案。
新鸟的Epi业务在过去的一年里取得了长足的进步，SOI产量根据市场需求大幅增加。
年新安正在执行RF-SOI业务的持续扩张计划，并制定了适时进军F??D-SOI市场的长期计划。
2016年，上海硅业投资有限公司收购了Soitec 14.5%的股份。
这是我国集成电路产业材料领域的首次海外并购，显示出上海硅业投资在材料领域的快速扩张。
此次收购Soitec股权是基于其FD-SOI技术和RF-SOI应用。
2016年，上海硅业投资有限公司出售了2.50%的股份，目前持股比例为12%。
今年2月，格罗方德宣布在成都建设12英寸生产线，并计划将22纳米FD-SOI技术转移到成都。
计划下半年量产22nm FD-SOI。
GlobalFoundries还将投资1亿美元建立FDX FD-SOI设计服务中心，建立EDA/IP生态系统。
结论：关于FD-SOI和FinFET工艺优缺点的争论在笔者看来似乎意义不大。
笔者认为，技术不是用来比较的，而是用来推动产业发展和社会进步的。
所以谁能提供更便宜、更实用、功耗更低的解决方案，谁就是好技术。
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