儘管產量仍然非常少,全空乏絕緣上覆矽(fully depleted silicon-on-insulator,FD-SOI)製程有可能繼Globalfoundries宣佈12奈米計畫(參考閱讀)之後快速成長;而市場研究機構International Business Strategies (IBS)資深分析師Handel Jones表示,三星(Samsung)或將在中國上海成立的一座新晶圓廠是否會採用FD-SOI製程技術,會是其中的重要因素。

獲得英特爾(Intel)、三星、台積電(TSMC)等大廠採用的FinFET製程,號稱能提供最高性能與最低功耗;但Jones指出,在約當14奈米節點,FD-SOI每邏輯閘成本能比FinFET低16.8%,此外其設計成本也低25%左右,並降低了需要重新設計的風險。

此外不久前在上海出席了一場FD-SOI技術會議的Jones指出,FD-SOI具備能透過偏壓(biasing)動態管理功耗的獨特能力;該製程還因為明顯比FinFET更高的截止頻率(cut-off frequency),而能為RF帶來更有力的支援:「我們認為智慧型手機應用處理器與數據機晶片會採用12奈米FD-SOI製程,替代10奈米或可能的7奈米FinFET。」

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IBS指出,在14奈米節點,FD-SOI的晶圓成本比FinFET低16.8%
(來源:IBS)

Jones估計,如果該製程只能從Globalfoundries取得,可能產量會成長至佔據全球先進節點晶圓代工業務的四分之一;不過:「如果三星在重要時刻加入,我認為有40~50%的14/16/10奈米節點代工業務可能會由FD-SOI囊括──三星是外卡(wild card)選手。」

中國則是另一個「外卡」選手,特別是一座正在上海興建的新晶圓廠──該座隸屬於上海華力(Hua Li)的晶圓廠(第二座)將可從中國政府取得58億美元的補助;Jones表示,該座晶圓廠還未選擇要採用哪種製程,但:「他們有合理的可能性會選FD-SOI。」

華力現正營運中的12吋晶圓廠每月產能約3萬片;該公司是華虹(Hua Hong)集團的一份子,同屬該集團的還有目前擁有一座8吋晶圓廠的宏力半導體(Grace Semiconductor)。

不過號稱是中國擁有最先進技術的晶圓代工業者中芯國際(SMIC),則不太可能會採用FD-SOI製程;Jones表示,該公司將注意力集中在量產High-K金屬閘極與多晶矽28奈米製程:「他們做的是市場主流正確選擇。」然而他也認為,中國嘗試於複雜的FinFET製程與台積電競爭,恐怕仍會落後一大段距離;台積電已經有500位工程師專注於實現FinFET設計。

整體看來,要判定FinFET、FD-SOI與平面半導體製程各自的市場版圖還為時過早;Jones所能估計的是FD-SOI技術整體有效市場(total available market),並非市佔率。

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FD-SOI製程在2017年估計有170億美元的有效市場,但還不確定實際上能產生多少營收
(來源:IBS)

現有的22奈米FD-SOI晶圓出貨量估計在每月6萬~10萬片,整體28奈米製程晶圓出貨量則為30萬片;Jones表示,Globalfoundries預期在2019年以前不會與客戶展開在12奈米FD-SOI製程上的合作:「他們應該嘗試加快速度。」

而IBS預期,各種不同類型的28奈米製程仍會是市場最大宗,估計到2025年都會維持每月30萬片晶圓的產量;在Jones出席的上海會議中,有一位三星高層展示了一張投影片,表示該公司認為28奈米會維持比其他節點都低的單電晶體成本。

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長期看來,各種型態的28奈米平面電晶體製程仍會是市場主流
(來源:IBS)

也就是說,FinFET製程還有很大的成長潛力;據說蘋果(Apple)是採用台積電的16FF+製程生產iPhone 7之A10處理器,預期將會繼續採用台積電的10奈米FinFET製程,生產可能會在明年開始量產iPhone 8使用的A11處理器。

Jones表示:「Apple積極推動明年以10奈米製程生產晶片,以及後年的7奈米製程;而台積電也積極投入資本支出趕上進度──也許還是會延遲一季或兩季,但會實現量產。」

IBS估計,FinFET製程的每邏輯閘成本因為其複雜性與較低良率,可能在每個節點都會略微上升;不過Jones表示,對此英特爾有不同的觀點,表示該公司認為每個節點的電晶體成本會持續下降:「這需要達到固定良率(constant yields),這是個優良目標但不容易達成,我不知道英特爾的14奈米節點是否已經達到該目標。」

至於台積電則不太可能會採用FD-SOI技術,但Jones認為該公司絕對會對該製程帶來的競爭壓力做出回應:「他們或許得積極推動7奈米製程,並提供結合RF、嵌入式非揮發性記憶體,以及另外採用其昂貴但表現優異的InFlo技術製造的I/O功能區塊的多晶片解決方案。」

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IBS預期,每一代的FinFET製程邏輯閘成本將持續上揚
(來源:IBS)

編譯:Judith Cheng

(參考原文: Chip Process War Heats Up,by Rick Merritt)