四家FD-SOI大厂，最近进展如何？

FD-SOI（Fully Depleted Silicon-on-Insulator，全耗尽绝缘体上硅）是一种先进的半导体制造工艺，它结合了平面晶体管结构和全耗尽工作特性。这种技术依赖于一种独特的基板，该基板具有超薄的顶层硅层和埋氧层（BOx），从而实现了更好的栅极控制和更低的漏电流。与传统的体硅CMOS工艺相比，FD-SOI在28nm及以下节点提供了显著的优势，包括更高的性能、更低的功耗以及更好的射频性能。

（图自：意法半导体）

FD-SOI技术的这些优势，让其更适用于移动和物联网等低功耗设备。尤其是其全耗尽和高集成度的特性，使得FD-SOI在射频应用和需要多种功能集成的成本敏感型系统中具有优势，如智能设备、5G通信和汽车雷达。

目前，FD-SOI已经在多个关键应用领域实现了增长，包括智能手机设备、物联网、数据中心和基础设施以及汽车行业。这些应用涵盖了毫米波前端、显示驱动集成电路（DDIC）、安全元件、无线微控制器（MCU）、边缘人工智能、人机界面（DDIC、ISP）、卫星通信和无线基础设施、光网络收发器、智能传感器（ISP、雷达）以及汽车处理（MCU）等。

（图自：Soitec）

全球FD-SOI市场在过去几年中经历了显著增长，主要得益于对低功耗和高性能芯片需求的增加。根据市场研究报告，全球FD-SOI市场规模在2022年约为6.9亿美元，并预计将以34.5%的复合年增长率增长，到2027年将达到约40.9亿美元。

当前全球FD-SOI技术的主要参与者包括Soitec、格罗方德（GlobalFoundries）、三星电子（Samsung）、意法半导体（STMicroelectronics）等公司，它们在FD-SOI技术的研发和商业化方面投入了大量资源。在日前举行的第九届上海FD-SOI论坛上，众多厂商代表在此次会议上深入探讨该技术的设计技巧、产业链现状和市场发展趋势，并分享多个成功的应用案例。

格罗方德：12nm FDX®预计2026年推出

格罗方德亚洲区总裁兼中国区主席洪启财与大家分享了公司在FD-SOI技术领域的进展和未来创新的路线图。据介绍，格罗方德的GF 22FDX®平台提供了超低功耗、卓越的射频性能、集成的非挥发性存储器（包括MRAM和RRAM）以及智能与安全特性。这些特性使得22FDX®成为了汽车、消费电子、工业应用和低功耗物联网及移动应用的理想选择。

格罗方德亚洲区总裁兼中国区主席洪启财

从2015年推出的22FDX®开始，格罗方德的FD-SOI技术路线图不断演进，如今已经推出的22FDX+将实现半节点功率缩放，提供了22%更低的功耗。洪启财表示，“我们的22FDX®已经在德国德累斯顿厂投入生产，并将一部分产能转移到纽约马耳他厂。未来两年，我们将以降本为目标，按照客户要求继续完善我们的嵌入式MRAM和RRAM，实现集成非易失性存储器，计划在2025年至2028年间推出。”

据悉，格罗方德下一代FD-SOI路线图将推动从目前的22FDX技术进入12nm FDX技术。这一代技术将更加专注于汽车应用，例如图像信号传感器（ISP）和雷达以及汽车控制系统MCU，并导入内置的汽车质量流程AutoPro。

在物联网领域，格罗方德将通过引入FD-SOI到显示驱动器中，实现显著的体积和成本效益。洪启财认为，这将为公司FinFET产品在28nm节点上提供更稳定的性能，尤其对于AMOLED驱动器来说非常重要。

在毫米波领域，格罗方德在德累斯顿启动了重要的计划，以实现超过500GHz的fT/fMax射频性能（>500GHz fT/fMax）。这也是驱动下一代FDX的关键技术，将覆盖从1GHz到300GHz的频率范围，适用于卫星通信、汽车雷达、6G JCAS、手势感应和高速接口等应用。

“12FDX技术提供了全节点PPA缩放，并提供改进的架构和针对AI MCU优化的IP，简化了从22FDX的迁移。不仅能缩小尺寸，还将提高能效和性能。” 该技术适用于需要更高数字、更多AI/ML、类似7nm的低功耗和高射频能力的应用，洪启财预计这项技术将在2026年推出。

此外据透露，格罗方德的部分客户正在使用22FDX进行3D堆叠，用格罗方德的晶圆作为基础SOC，并在其上叠加氮化镓（GaN）和微型LED。这将扩大公司12nm和22nm FD-SOI工艺的晶圆用量。

目前格罗方德也正在通过TSV、W2W/D2W和硅中介层解决方案开发的3D高密度互连（3D HI）技术，这项技术可以减小高达45%的芯片尺寸，为移动设备上宝贵的板空间提供扩展可能性的同时，也能增加22FDX和12FDX的应用范围。

三星：为什么要做18nm的FD-SOI工艺？

三星在FD-SOI技术的历史可以追溯到与意法半导体的合作。在意法半导体开发了28nm FD-SOI工艺（28 LPP）后，这项技术被转移到三星，并最终推向市场。

三星电子18FDS 工艺集成与项目经理Jinha Park表示，但三星在FD-SOI技术的发展上并未止步，随后还继续开发了多款衍生产品，涵盖了汽车和移动应用领域。为了进一步推动FD-SOI技术的发展，三星决定开发下一代FD-SOI技术，即18FDS。

三星电子18FDS 工艺集成与项目经理Jinha Park

如今三星有35款28nm FD-SOI技术产品已经大规模生产中和应用，且产量稳定，良率（DO）逐步提高。三星还为此开发了一系列先进的衍生工艺，应用在包括RF/Auto/NVM(eMRAM)和汽车领域。Jinha Park着重介绍了eMRAM技术，这是世界上首次商业化的28nm Flash-type eMRAM，具有超过98%的稳定良率。

据介绍，在开发18FDS技术时，三星与意法半导体紧密合作，共同克服了许多技术挑战。2017年，意法半导体提议与三星共同开发FD-SOI工艺的MCU，这是双方合作的重要里程碑，Jinha Park表示，“我们回顾了之前的FD-SOI技术，并在新一代技术中解决了一些问题，包括工艺改进和BEOL，从而推出了18FDS。” 

三星18nm FD-SOI的关键工艺包括CPPs、TGO（Triple）、eZG（0.35um）_Native、MEO和BEOL。下图展示了工艺堆栈（8ML）和对低温BEOL的支持，表格中列出了包括SG suite、DRAM bit-cell、EG suite和eZG suite，以及它们的主要参数特征。

Jinha Park强调了18FDS技术的多项关键特点，包括eZG 3.3V（Native）、可混合标准（L/R/HVT）、对超低功耗设备的支持、高性能射频单元以及数字处理器，还展示了性能、功耗和面积（PPA）分析和高电压（3.3V）和高速模拟支持，以及小标准单元低功耗。与之前的28nm FD-SOI相比，18FDS技术在性能、功耗和面积（PPA）方面都有显著提升。

此外，他还介绍了18FDS易于移植的NVM解决方案。Jinha Park认为，18FDS技术原生3.3V和低漏电的特性，不仅将在智能手机和移动设备中广泛应用，还将成为物联网和汽车电子领域的重要平台。“我们预计，18FDS将在未来的高性能计算和通信应用中发挥关键作用。将在2025年进入IP建设和验证阶段。”

意法半导体：FD-SOI技术的应用前景

“意法半导体自2012年以来一直是FD-SOI技术的先驱者，并与三星、GlobalFoundries等合作伙伴共同推动了这项技术的发展。” 意法半导体射频与通信部总监 John Carey在会上讨论了FD-SOI技术在低功耗应用、射频特性和嵌入式非易失性存储器（eNVM）成本敏感市场中的无与伦比的优势。

意法半导体射频与通信部总监 John Carey

据介绍，FD-SOI的技术优势主要包括以下几点：

1. 低功耗模式

• 智能低功耗模式：利用反向偏置技术（Forward Body Biasing），可以在不使用时关闭平台，从而显著降低能耗。相比传统平台，可以节省高达99%的功耗。

• 静态过程控制：FD-SOI技术提供了另一种机制来控制工艺参数，通过调整偏置来调节低温下的性能并减少高温下的漏电流，从而提高产量和稳定性。

     2.软错误率

• 可靠性：FD-SOI技术显著降低了软错误率，这对于汽车设计尤为重要。通过设计，FD-SOI技术可以将软错误率降低到普通CMOS工艺的1/100，从而提高可靠性。

      3.射频性能与模拟集成

• 射频性能：除了数字性能外，FD-SOI平台还提供了改进的模拟性能，包括高效的短设备、大规模调谐范围和高性能高频行为。
• 模拟模块：所有模拟模块的速度都得到了提升，给定电流密度下的增益更高，栅极和寄生电容更低，噪声变化更小，匹配更好。这些特性是平面工艺所独有的，无法在离散FinFET中实现。

John Carey强调了FD-SOI技术在汽车电子中的应用，特别是在车规级MCU、ISP以及雷达传感器中。“意法半导体正在开发具有嵌入式PCM内存的18nm FD-SOI技术，这种技术特别适用于需要高可靠性的系统。” 

最后，John Carey展望了FD-SOI技术的未来发展，特别是在汽车电子和工业嵌入式应用领域的扩展。他表示意法半导体将继续与合作伙伴一起，推动这项技术的发展，并且对于中国市场的潜力表示了极大的兴趣和期待。

Soitec：FD-SOI衬底如何服务AI和汽车行业

衬底是半导体工业中至关重要的材料之一，尤其是FD-SOI基板在提高设备性能、降低功耗和集成射频功能方面具有独特优势。Soitec通过Smart Cut™技术，实现了硅片的厚度均匀性、粗糙度、新材料应用和缺陷控制，从而提升了半导体器件的性能和可靠性。

Soitec 产品市场经理 Philippe Flatresse在演讲中讨论了FD-SOI技术如何为半导体行业增加价值，并强调了FD-SOI技术在边缘AI和汽车领域的应用前景。

Soitec 产品市场经理 Philippe Flatresse

在他看来，FD-SOI衬底的优势包括以下几点：

1. 性能优势

• 高性能：FD-SOI 衬底提供了更高的跨导（Gm）和截止频率（Ft/Fmax），从而提高了晶体管的性能。
• 低功耗：通过薄埋氧层和反向体偏置技术，FD-SOI 衬底可以显著降低漏电流，实现更低的功耗。
• 高集成度：FD-SOI 技术可以将数字、模拟和射频模块集成在一个芯片上，减小系统尺寸并降低成本。

     2.射频性能

• 低噪声：FD-SOI 晶体管具有较低的栅极电容和电阻，从而降低了噪声。
• 高线性度：无掺杂硅通道提供了更好的线性度，适用于高功率应用。
• 高可靠性：FD-SOI 技术提高了系统的可靠性和稳定性，减少了软错误率。

     3.成本效益

• 易于集成：FD-SOI 技术简化了数字/模拟/射频模块的集成，降低了设计复杂性和成本。
• 高效计算：FD-SOI 技术支持灵活计算，使得设备能够根据需求调整性能，从而提高能效。

Philippe Flatresse分析了FD-SOI技术的市场驱动力，包括高性能计算、绿色能源和移动性。他提到，FD-SOI技术在高性能、低功耗和高集成度方面的优势，使其成为边缘AI和汽车应用的理想选择。

在边缘AI方面，FD-SOI技术支持电池供电的高性能计算，适用于需要实时处理的应用；集成射频模块，支持无线通信；集成了MRAM和RRAM等非易失性存储器，为边缘计算提供了重要的存储解决方案。

在汽车电子方面，FD-SOI 技术在图像信号处理器（ISP）和雷达传感器中的应用尤为突出，提高了汽车系统的感知能力；用于汽车微控制器（MCU），可以提高系统的整体性能和可靠性；用于下一代智能车辆的区域控制器，可实现更高效的无线连接和控制。

关于FD-SOI衬底产能，据介绍，Soitec 在法国 Bernin 2 的工厂已经从每年650,000片晶圆提升到700,000片晶圆的最大产能；在新加坡 Pasir Ris 的工厂也达到了每年100万片晶圆的最大产能。此外Soitec 正在开发新的衬底技术，如 eSOC 3，以进一步提高性能和能效。

结语

这些国际龙头企业在FD-SOI领域的投资和研发，不仅加速了技术成熟，也推动了相关产品和解决方案的商业化进程。

在中国，FD-SOI技术同样受到高度重视，政府的支持和本土企业的技术进步，共同推动了这一技术在国内的快速发展。芯原股份（VeriSilicon）、华力微电子（Huali Microelectronics）正在积极探索和采用FD-SOI技术进行IoT芯片的设计和生产。上海复旦微电子、湖南国科微等多家中国企业也在积极推进FD-SOI技术的应用和发展。

展望未来，FD-SOI技术的发展前景广阔。随着5G、人工智能和自动驾驶等技术的不断进步，对高性能、低功耗的半导体解决方案的需求将持续增长。FD-SOI技术以其独特的优势，有望在未来的半导体市场中占据重要地位，引领技术潮流，为全球电子行业带来新的增长点。