全耗盡絕緣層上硅技術及生態(tài)環(huán)境簡介

趙曉松，顧 祥，張慶東，吳建偉，洪根深

（中科芯集成電路有限公司，江蘇無錫 214072）

1 引言

半導體技術已經覆蓋如手機、可穿戴設備、個人計算機、網絡、安防、汽車等各類應用領域。其中，網絡通信、數據處理、個人電子設備和汽車電子占據了絕大部分的半導體市場，是半導體市場的主要推動力。這些領域中，5G 技術、人工智能和汽車電子等不僅要求半導體器件具有較高的集成度，而且對功耗、射頻能力和應用環(huán)境等也提出了要求。器件需要具備超低功耗和惡劣環(huán)境下優(yōu)良的可靠性，同時要保持足夠的性能和較低的成本以使用戶能夠接受。

全耗盡絕緣層上硅（Fully Depleted Silicon on Insulator, FDSOI）借助埋氧層（Buried Oxide, BOX）上超薄的硅膜和獨有的體偏置技術滿足了以上領域對于器件的要求，已經被應用在多個技術節(jié)點上。相比于體硅技術，F(xiàn)DSOI 具備更好的短溝道效應控制能力、更小的器件波動、更低的電容和結漏電，在單個器件性能上FDSOI 技術占據很大優(yōu)勢，而且FDSOI 技術能夠和主流的體硅工藝兼容，大大節(jié)省了開發(fā)成本。除此之外，F(xiàn)DSOI 具有獨特的體偏置能力，使得FDSOI 能夠不借助工藝的調整而動態(tài)調整器件的閾值電壓，實現(xiàn)性能和功耗的良好平衡。本文聚焦FDSOI 的技術優(yōu)勢，同時對FDSOI 的生態(tài)環(huán)境進行介紹，從而闡釋FDSOI 的技術特點、應用情況和未來前景。

2 FDSOI 技術特點

主流的半導體工藝目前主要采用鰭型場效應晶體管（Fin Field Effect Transistor,FinFET）和圍柵（Gate All Around,GAA）架構，通過將平面工藝中的溝道立體化實現(xiàn)更高的集成度和更好的電學特性。FDSOI 工藝仍然延用平面工藝，通過引入BOX 層和采用超薄頂層硅實現(xiàn)對器件溝道的有效控制。例如，意法半導體28 nm FDSOI 工藝采用12 nm 頂層硅、25 nm BOX[1]，格芯22 nm FDSOI 工藝采用小于7 nm 的頂層硅[2]。BOX 的引入增強了FDSOI 的射頻應用能力，提高了極端環(huán)境下的可靠性。除此之外，F(xiàn)DSOI 引入了非摻雜溝道以減小閾值電壓波動，提高器件的一致性，采用獨有的體偏置技術以適應低功耗應用的要求。在制造方面，F(xiàn)DSOI 與主流體硅工藝兼容，可以沿用大部分制造工藝。

總體而言，F(xiàn)DSOI 技術在集成度和性能上略差于主流FinFET 工藝，但是其在功耗、設計和制造成本、射頻能力上擁有顯著優(yōu)勢，是低功耗應用領域的重要備選方案[3]。

2.1 全介質隔離

FDSOI 技術通過BOX 層和淺槽隔離（Shallow Trench Isolation,STI）的引入即可實現(xiàn)單個器件的縱向和橫向的全介質隔離，消除了器件間的漏電和互補金屬氧化物半導體晶體管（Complementary Metal Oxide Semiconductor Transistor,CMOS）結構的閂鎖效應。源漏寄生電容的減小也會加快器件的操作速度。對于模擬電路而言，全介質隔離的引入減小了襯底的耦合和器件間的干擾，這使得FDSOI 能夠有更好的頻率特性。結構的簡化使FDSOI 相對平面硅工藝可以實現(xiàn)更小的版圖設計。

2.2 超薄非摻雜溝道

平面體硅工藝中，器件主要依靠增加溝道摻雜濃度或者暈環(huán)注入實現(xiàn)器件等比例縮小中短溝道效應的控制，但是濃度的增加會導致帶隧穿增強和隨機摻雜起伏，進而引起柵極誘導漏電流（Gate Induced Drain Leakage,GIDL）和器件參數波動。

FDSOI 采用超薄的頂層硅，通過將溝道區(qū)厚度控制在柵長的1/4 來提高柵極控制能力，減小短溝道效應，因此，F(xiàn)DSOI 中不需要通過摻雜來調控。超薄非摻雜的溝道在柵極作用下處于全耗盡狀態(tài)，從柵極出發(fā)的電場線不能終止于非摻雜的溝道，只能終止于BOX下方的鏡像電荷，這就使得電場線分布更加一致，減小了器件閾值的波動[4]，從而消除了隨機雜質起伏的影響。對于模擬電路，取消溝道和暈環(huán)注入還能夠實現(xiàn)比體硅更低的噪聲和更高的增益。

超薄的頂層硅結構有效減小了器件的有效電荷收集體積，相比于部分耗盡絕緣層上硅（Partially Depleted Silicon on Insulator,PDSOI）和FinFET 具有更強的抗單粒子能力。

2.3 超薄埋氧及體偏置

FDSOI 的晶體管結構相比于體硅和PDSOI 具有更強的體效應，因此能夠實現(xiàn)有效的體偏置，進而實現(xiàn)閾值電壓的調整。BOX 厚度的選擇需要在增強體偏置能力和減小源/漏襯底電容之間進行折中設計。體硅中寄生漏電流的存在限制了體偏置能力，PDSOI 中較厚的BOX 層使得體效應對溝道影響較小，兩者均難以實現(xiàn)有效的體偏置。FDSOI 中BOX 阻擋了源漏到襯底的寄生電流，較小的厚度也提供了可觀的體效應，因此，可以通過體偏置技術實現(xiàn)更廣的閾值電壓設計。意法半導體通過施加3 V 的前向體偏置（Forward Body Bias,FBB）實現(xiàn)低工作電壓（0.5 V）5.5倍、高工作電壓（1 V）34%的性能提升，通過施加3 V的反向體偏置（Reverse Body Bias, RBB）將漏電流縮小到原來的2%[5]。格芯通過體偏置技術實現(xiàn)了應用于0.40～0.62 V 的不同閾值電壓的器件，以覆蓋從低壓操作單元到具有高密度高電流特點的位單元[2]。

FDSOI 獨有體偏置技術的應用可以實現(xiàn)比主流體硅工藝更加靈活的閾值調整策略，對于實現(xiàn)功耗、性能和研發(fā)難度的平衡具有重要意義。

2.4 工藝成本

平面體硅工藝中，隨著工藝節(jié)點的減小，單位面積晶體管數量增加，每個柵極的成本不斷降低。與之相反，晶圓的費用以及良率的降低會使得每個柵極成本提高。當工藝節(jié)點進入22 nm，F(xiàn)inFET 取代平面工藝，每個柵極的成本隨著工藝節(jié)點的演進而逐漸增加，其主要原因在于FinFET 的工藝更加復雜，需要處理三維結構下的工藝設計（摻雜、刻蝕、沉積等）。三星3 nm 節(jié)點的GAA 工藝則采用了堆疊納米片結構[6]，增加了器件制備中多晶柵刻蝕、SiGe 去除、圍柵制備的工藝難度，使工藝加工難度和良率成為難題。

延續(xù)平面工藝的FDSOI 工藝在成本方面則有著顯著優(yōu)勢。FDSOI 通過沿用體硅工藝可以減小大量工藝開發(fā)成本，其簡單的器件結構則可以節(jié)省部分制造費用。意法半導體28 nm FDSOI 工藝中，85%的工藝與體硅28 nm 工藝相同，14%的工藝由體硅28 nm 工藝優(yōu)化調整而來，僅有2%的工藝是FDSOI 工藝獨有。其簡化的源漏電極制備和溝道摻雜工藝節(jié)省了制版費和工藝加工費用，而且簡化的工藝對良率的提升進一步降低了整體的費用。從工藝成本角度來說，F(xiàn)DSOI比FinFET 和GAA 容易實現(xiàn)收益和制造能力平衡。

3 FDSOI 生態(tài)環(huán)境

FDSOI 和FinFET 均是半導體技術從28 nm 節(jié)點步入22 nm 節(jié)點時的可選項，但是由于當時FDSOI 襯底技術不夠成熟和集成度不及FinFET 等原因，Intel率先在22 nm 節(jié)點采用FinFET 工藝，推動了FinFET生態(tài)環(huán)境的發(fā)展，使FinFET 成為主流的半導體技術。

FDSOI 自被提出起一直吸引著業(yè)界的目光。Leti推動了各個節(jié)點FDSOI 的器件研究和開發(fā)，Soitec 完善了FDSOI 襯底的制備，使FDSOI 的工藝制備成為可能，隨后FDSOI 的生態(tài)環(huán)境建設開始加速，意法半導體、三星和格芯開始開發(fā)和引入FDSOI 工藝，恩智浦半導體、索尼、Mobileye、Lattice 開始采用FDSOI 進行器件設計，推動了FDSOI 知識產權（Intellectual Property,IP）的開發(fā)和完善。隨著5G、汽車電子和邊緣計算的發(fā)展，F(xiàn)DSOI 的優(yōu)勢逐漸凸顯，其發(fā)展將進一步加速。

3.1 襯底

FDSOI 器件的溝道作為核心部分決定了器件的電學特性和工藝加工難度?？紤]到器件溝道全耗盡的實現(xiàn)和工藝過程中硅的消耗，頂層硅厚度需要保持在10 nm 左右。頂層硅厚度和BOX 層厚度會顯著影響器件特性，是器件波動的主要影響因素之一，而不是像FinFET，器件波動來源于Fin 的尺寸設計和工藝制備。這就對SOI 襯底的片間一致性和片內均一性提出了要求，增加了襯底制備難度。

早期多種SOI 襯底制備技術如介電隔離、外延生長快速熱熔、多孔氧化、外延層轉移等都被研究過，但是由于特性、成本和產能等問題都未能應用至今。當前主流的SOI 襯底制備技術主要有注氧隔離（Separation by Implantation of Oxygen,SIMOX）技術、鍵合后刻蝕（Bonding and Etch-Back SOI,BESOI）技術和Smart Cut 技術3 種。

其中SIMOX 技術主要是通過離子注入和退火工藝實現(xiàn)，而后兩者主要基于直接鍵合技術。SIMOX 技術通過在硅片內注入氧離子后高溫退火形成BOX層，BESOI 主要通過將制備了熱氧層的兩個硅片鍵合，而后依據厚度要求對硅進行刻蝕去除得到SOI 結構，Smart Cut 與BESOI 類似，但是在鍵合前熱氧通過輕離子（H，He）被注入制備埋層，鍵合后通過機械力將硅從埋層分離，從而得到SOI 結構。SIMOX 由于需要借助離子注入，導致頂層硅的硅膜質量要比注入之前差，而且熱氧形成的BOX 層和硅之間會存在過渡層，難以滿足FDSOI 器件性能要求。同時，離子注入難以實現(xiàn)超薄埋氧和頂層硅的制備，不能滿足先進制程對于襯底厚度的要求。BESOI 技術和Smart Cut 技術類似，通過鍵合技術規(guī)避了SIMOX 的問題，不過BESOI技術制備一片SOI 襯底需要兩片硅片，而Smart Cut技術可以實現(xiàn)硅片的再利用，降低了SOI 襯底的制造成本。Soitec 通過Smart Cut 技術實現(xiàn)了硅膜厚度均一性SOI 襯底的制備，滿足了65 nm 到12 nm 甚至更小節(jié)點對于SOI 襯底的需求[7]，為FDSOI 的研發(fā)和生產掃除了襯底方面的障礙。

Soitec 獨力開發(fā)了Smart Cut 技術，并將此項專利授權給信越化學（Shinetsu）、環(huán)球晶圓（GlobalWafers）和新傲（SIMGUI）使用。2019 年全球SOI 市場份額中Soitec 占據60%，隨后為信越化學（25%）、環(huán)球晶圓（5%）和新傲（2%），從中可以看出Smart Cut 技術已經成為SOI 襯底制備的主流技術。

雖然SOI 材料在特性上已經能夠滿足器件特性需求，但是SOI 襯底價格遠高于體硅，使得其總體成本不能顯著下降，制約了FDSOI 技術的進一步推廣。

3.2 技術研發(fā)

3.2.1 FDSOI 工藝技術

FDSOI 器件是胡正明教授為解決器件難以延續(xù)摩爾定律微縮而提出的一種解決方案。在FDSOI 研究的推動和后續(xù)發(fā)展中，Leti 占據了重要地位，Leti 自2005 年后與IBM、意法半導體、三星、格芯等公司合作，開展了28 nm、22 nm、12 nm 以及亞10 nm FDSOI的前期開發(fā)。

2008 年Leti 公司的WEBER 聯(lián)合Soitec 和意法半導體的研究人員對FDSOI 的溝道設計進行了研究，指出采用超薄非摻雜溝道能夠有效控制器件閾值電壓的波動性[4]。

2012 年IBM、意法半導體、格芯、Renesas、Soitec、Leti 等公司的研究人員針對14 nm 節(jié)點FDSOI 技術進行研究，提出了雙STI 隔離技術以實現(xiàn)更加靈活的體偏置能力[8]和應變SiGe 溝道以提升pFET 的性能[9]。同年，意法半導體和Leti 開發(fā)了28 nm FDSOI 技術平臺，主要針對高速低壓數字應用[1]。

2013 年意法半導體的LIU 等人聯(lián)合Leti、IBM、Renesas、Soitec 和格芯公司的研究人員，實現(xiàn)了柵長20 nm、BOX 25 nm 的高性能FDSOI 器件[10]，首次展示了SiGe 溝道pFET 器件的低閾值波動，證實了FDSOI具備從28 nm 微縮到14 nm 的能力。Leti 的MORVAN等人聯(lián)合意法半導體的研究人員首次實現(xiàn)了后柵（Gate-Last）工藝的FDSOI 器件，并對柵極可靠性和器件特性進行了評估，其制備的器件柵長縮小到了15 nm[11]。Leti 和意法半導體等公司評估了FDSOI 微縮到10 nm 節(jié)點的主要困難及解決方案，例如，減薄SOI層[12]或者BOX 層以實現(xiàn)柵長的進一步微縮、采用應力優(yōu)化技術等[13-14]以提升器件直流特性、減小電容提升交流性能、采用雙STI 結構實現(xiàn)電路級優(yōu)化。Leti 的POIROUX 等人聯(lián)合意法半導體的研究人員對FDSOI的物理模型進行了研究提取，首次實現(xiàn)了可供業(yè)界使用的有效模型[15]。

2014 年Leti 的ANDRIEU 等人和意法半導體的研究人員聯(lián)合評估了版圖設計對雙溝道（應變SOI 襯底用于nFET，應變硅鍺溝道用于pFET）器件的影響，通過優(yōu)化版圖使nFET 和pFET 的遷移率分別提升了10%和20%[16]。意法半導體針對14 nm 工藝節(jié)點提出了用原位摻雜外延技術改善源漏電阻[14]，用應變SiGe溝道改善pFET 驅動能力。同時，意法半導體的WEBER 等人聯(lián)合Leti 和IBM 的研究人員展示了14 nm FDSOI 在高性能低能耗應用中的能力，并展示了相同速度下環(huán)形振蕩器40%的動態(tài)功耗減少以及高性能和低功耗應用的閾值需求解決方案[17]。

2016 年，魯汶大學的KAZEMI 等人聯(lián)合Leti 和意法半導體的研究人員對28 nm FDSOI 技術的射頻能力進行了評估，他們提取了FDSOI 器件的寄生參數，發(fā)現(xiàn)FDSOI 展示了更好的截止頻率（約280 GHz）和最大振蕩頻率（約250 GHz）[18]。同年，意法半導體的GHOULI 等人驗證了Leti UTSOI 模型在模擬和射頻建模中的準確度和有效性[19]。2017 年Leti 和意法半導體的BERTHELON 等人針對10 nm FDSOI 技術開發(fā)了DITO（Dual Isolation by Trenches and Oxidation）技術，提高了SiGe 溝道的應力和體偏置效率，實現(xiàn)了36%的PMOSFET 驅動電流增加[20]。

FDSOI 技術發(fā)展路徑已經被Leti 等公司所展示，闡明了FDSOI 進入10 nm 節(jié)點的技術可行性。目前商用FDSOI 的先進節(jié)點為28 nm（意法半導體，三星）和22 nm（格芯），代工廠開發(fā)節(jié)點聚焦在18 nm（三星）和12 nm（格芯），還未達到10 nm 節(jié)點。技術的預先研究領先代工廠2 個節(jié)點，使得FDSOI 節(jié)點進一步演進面臨的技術挑戰(zhàn)變小。

3.2.2 FDSOI 產品開發(fā)

近幾年，F(xiàn)DSOI 技術路徑已經被很好地展示，研究人員開始將目光投向FDSOI 的產品開發(fā)和場景應用上。

2015 年伯克利大學的KWAK 等人基于28 nm FDSOI 實現(xiàn)了工作電壓1 V 時550～2260 MHz、0.4 V時35 MHz 的可自我調節(jié)的時鐘發(fā)生器，占據面積為1120 μm2，功耗為2.7 mW[21]。伯克利大學的DUAN 等人基于28 nm FDSOI 工藝實現(xiàn)了6 位46 GS/s 的模數轉換器（Analog-to-Digital Converter，ADC）的制備[22]。

2016 年Leti 的FRANCESCHI 等人聯(lián)合法國格勒諾布爾大學的研究人員基于FDSOI 實現(xiàn)了量子處理器[23]。魯汶大學的STREEL 等人實現(xiàn)了首個基于28nm FDSOI 的超低功耗接收器片上系統(tǒng)（System on a Chip，SoC），能效為14 pJ/bit，適用于802.15.4a 接收器[24-25]。

2017 年Leti 的ZAINI 等人基于28 nm FDSOI 體偏置技術，實現(xiàn)了可調超低功耗無電感低噪聲放大器，通過控制偏置和背柵電壓，可以實現(xiàn)16 dB 電壓增益下300 μW 的低功耗[26]。格勒諾布爾大學的DIRANI等人系統(tǒng)性地分析了基于28 nm FDSOI 工藝制備的無電容1T-DRAM，他們采用Z2-FET 作為存儲器單元，并實現(xiàn)了低編程電壓下大的電流容寬和可忽略的漏電流[27]。Leti 的KADURA 等人通過集成FDSOI晶體管與BOX 層下方的二極管，實現(xiàn)了有效的光探測器，也證實了靜態(tài)隨機存儲器（Static Random Access Memory,SRAM）單元可以被光控制[28]。

2018 年Leti 的TRIANTOPOULOS 等人首次評估了FDSOI 三維集成中的自熱效應[29]。格芯的DüNKEL等人基于22 nm FDSOI 技術實現(xiàn)了鐵電場效應晶體管的嵌入式非揮發(fā)存儲器，達到了105以上的擦寫次數和高達300 ℃的工作溫度[30]。

2019 年意法半導體的ARNAUD 等人基于28 nm FDSOI 技術實現(xiàn)了嵌入式16 MB 相變存儲器和帶有高模擬性能的5 V 晶體管以用于汽車電子微控制應用[31]。恩智浦半導體的DINH 等人基于28nm FDSOI工藝針對高性能射頻器件進行了設計，實現(xiàn)了具有良好射頻性能的橫向擴散金屬氧化物半導體（Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor,LDMOS）、插指電容、變壓器、電感等元件以用于瓦級功耗的射頻放大器制備，其射頻特性與先進的SiGe 和GaAs 工藝相同，尤其是首次實現(xiàn)了截止頻率100 GHz 的3.3 V/5 V的射頻LDMOS[32]。Leti 的HAMEAU 等人利用28 nm FDSOI 技術設計了射頻功率放大器和低噪聲放大器[33]，展示了FDSOI 技術的射頻場景應用能力。法國格勒諾布爾大學的SANDRINI 等人實現(xiàn)了氧化電阻存儲器（Oxide Resistive Memories）嵌入式解決方案與FDSOI工藝平臺的兼容[34]。德國德累斯頓和格芯基于22 nm FDSOI 技術實現(xiàn)了ARM Cortex-M4 的微控制單元（Microprogrammed Control Unit,MCU），達到了世界領先的能效。

2020 年Leti 的ANSALONI 等人基于FDSOI 實現(xiàn)了一維量子寄存器中自旋比特的讀出[35]。Leti 的VIVET 等人完成了基于28 nm FDSOI 的6 芯粒（Chiplets）、65 nm CMOS 和插入器集成，實現(xiàn)了低延遲、低能耗的96 核心處理器[36]。PRINZIE 等人基于22 nm FDSOI 實現(xiàn)了5.8～7.2 GHz 的安定時間小于2 μs 的合成器[37]。ARM 公司的BOUJAMAA 基于FDSOI 工藝實現(xiàn)了14.7 Mb/mm2的自旋轉矩磁阻隨機存取存儲器（Spin-Transfer Torque Magneto resistive Random Access Memory,STT-MRAM），對于嵌入式應用來說是已有報道的最優(yōu)密度[38]。伯克利大學的WRIGHT 等人在美國國防部高級研究計劃局（DARPA）的支持下基于28 nm FDSOI 實現(xiàn)了一個雙核RISC-V 矢量處理器[39]。意法半導體的ARNAUD 等人開發(fā)了基于28 nm FDSOI 的嵌入式相變存儲器用于汽車電子微控制器應用，實現(xiàn)了超高密度單元和三極管選擇器的集成[40]。波爾多大學的TARIS 聯(lián)合Leti 的研究人員基于28 nm FDSOI 實現(xiàn)了針對超低功耗應用的多模射頻CMOS 低噪聲放大器[41]。

2021 年蘇黎世大學的NOVELLO 等人基于22 nm FDSOI CMOS 實現(xiàn)了2.3 GHz 全集成的DC-DC 轉換器，最高效率為78.1%[42]。意法半導體的ABOUZEID 等人基于28 nm FDSOI 實現(xiàn)了總劑量效應動態(tài)補償的抗輻照加固Cortex-R4F SoC，抗總劑量能力達到50 krad（Si）[43]。魯汶大學PAUL 等人基于28 nm FBB FDSOI 技術實現(xiàn)了集成超低漏電SRAM和具有可調工藝、電壓、溫度補償的超低功耗Cortex-M0 MCU，相比于14 nm FinFET 工藝[44]、40 nm超低功耗eFlash 工藝和55 nm 深耗盡溝道工藝[45]均有了不同程度的提升[46]。

FDSOI 的應用領域主要向嵌入式、模擬/射頻和極端環(huán)境（高溫、輻射）方向拓展，主要面向汽車電子、物聯(lián)網和極端環(huán)境中的低功耗應用。目前相關產品IP相比主流體硅或FinFET 工藝遠遠不足，成熟度較低。隨著IP 的完善、市場需求的增強和技術的推廣，F(xiàn)DSOI 技術對于上述領域的支撐能力將被進一步發(fā)掘和應用。

3.3 代工廠（Foundries）

當前產業(yè)界主流的工藝節(jié)點是28 nm 和22 nm，3個主要代工廠是格芯、意法半導體和三星。

3.3.1 格芯

格芯是一家位于美國加利福尼亞的半導體代工廠商。目前FDSOI 工藝節(jié)點為22 nm，命名為22FDX系列。格芯的22FDX 工藝于2016 年開發(fā)完畢[2]，2017年投入生產，2020 年對工藝進行優(yōu)化，推進到22FDX+。

22FDX 工藝平臺含有4 個核心器件閾值選項、2個I/O 閾值選項，集成3.3 V/5 V/6.5 V LDMOS、射頻后端能力以及背柵偏置能力。IP 涵蓋基礎IP、接口IP、無線互聯(lián)IP、非揮發(fā)存儲器IP、模擬IP 及其核心IP。22FDX 平臺包含如下4 個類型：a）22FD-ulp，應用于手機應用中不昂貴的SoC，工藝使用體偏置，相比于0.9 V 28 nm HKMG 工藝，其功耗減少了超過70%，操作電壓為0.4 V；b）22FD-uhp，應用于帶有模擬集成的網絡應用，制造技術使用了前向體偏置、優(yōu)化的金屬層以及支持0.95 V 的過載；c）22FD-ull，主要用于物聯(lián)網器件，特征漏電流低到1 pA/μm，制造技術包含可變的體偏置以及其他降低功耗的能力設計；d）22FD-rfa，主要用于射頻和模擬應用，包括制造大規(guī)模射頻應用，例如LTE-A 手機收發(fā)器、毫米波雷達和高階MIMO WiFi 芯片組合。

22FDX 工藝平臺主要針對消費者應用中的低端應用處理器、物聯(lián)網、可穿戴設備、汽車電子、毫米波雷達、5G、SoC 等[47]，代表產品為低功耗SoC，借助FDSOI 集成射頻能力、超低漏電和高能效的優(yōu)勢實現(xiàn)超低功耗SoC 產品。22FDX+增強了數字和射頻功能，以優(yōu)化射頻前端模塊設計。

3.3.2 三星

三星獲得了意法半導體的28 nm FDSOI 工藝許可，并利用它創(chuàng)建了三星的28 nm FDSOI 工藝，命名為28FDS。28FDS 于2015 年投入生產，目前大批量生產17 種產品，而且三星的18 nm FDSOI 工藝也在開發(fā)中，暫定命名為18FDS。18FDS 工作電壓為0.8 V，后端采用三星的成熟14 nm FinFET 技術，面積比28FDS 減少了35%。相比28FDS，18FDS 還提升了22%的性能并降低了37%的功耗。

三星的FDSOI 工藝平臺針對射頻應用和嵌入式MRAM 進行了設計，提供達400 GHz 以上的最大頻率（fmax），并可應用于汽車電子。

3.3.3 意法半導體

意法半導體由意大利SGS 微電子和法國Thomson 半導體公司合并而成，于2012 年推出了28 nm FDSOI，生產自他們的Crolles Ⅱ300 mm 晶圓廠。與意法半導體的28 nm 體硅工藝相比，28 nm FDSOI 工藝的性能提高了32%～84%。意法半導體也與Leti 聯(lián)合開發(fā)了14 nm 工藝，但是還沒有投入生產。據報道，格芯的22FDX FDSOI 工藝也是與意法半導體合作開發(fā)的。

半導體產品線分為兩類：一類是標準產品，如分立器件、功率晶體管、模擬電路構件模塊、射頻分立器件等；另一類是專用產品，如SoC、定制電路、專用分立器件、微控制器等。意法半導體FDSOI 28 nm 平臺支持的產品有標準單元、內存、I/O、數據轉換器（24 位高分辨率ADC、DAC）、時鐘發(fā)生器和特殊IP。

3.4 Fabless 和OEM 公司

3.4.1 恩智浦半導體

恩智浦半導體公司總部位于荷蘭，其產品涵蓋汽車電子、移動設備、工業(yè)物聯(lián)網、智慧城市、智慧家居和通信基礎設施等領域，其i.MAX 7 系列和i.MAX 8 系列主要為安全、可穿戴設備和便攜物聯(lián)網、嵌入式和圖像處理等應用提供低功耗解決方案，i.MAX 7/8 中共計9 款處理器采用了28nmFDSOI 工藝，如表1 所示。

表1 恩智浦i.MAX 系列部分產品

3.4.2 索尼

索尼是日本跨國企業(yè)集團，其面向汽車電子、圖像攝像、圖像傳感、手機和投影等領域的產品覆蓋圖像傳感器、大規(guī)模集成電路、激光二極管和微顯示等方向。

索尼的新一代GPS 采用了28 nm FDSOI 技術。其CXD5605A 和CXD5610 在連續(xù)追蹤模式下實現(xiàn)了6 mV 的功耗，并且分別支持可選電源集成電路和雙帶模式。

3.4.3 Dream Chip

Dream Chip 是一家系統(tǒng)級芯片設計公司，主要開發(fā)和設計汽車電子類的嵌入式軟件和系統(tǒng)，在駕駛輔助、攝像監(jiān)控系統(tǒng)和安全方面均有解決方案，在專用集 成 電 路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）、SoC 領域均有自己的軟件和硬件IP。他們推出的首款用于汽車高級輔助駕駛系統(tǒng)（Advanced Driver Assistance System，ADAS）的SoC 芯片正是使用了格芯的22 nm 低功耗高性能FDSOI 技術。

3.4.4 Lattice

Lattice 是一家美國制造商，主要研制高性能可編程邏輯器件。他們于2019 年推出了基于三星28 nm FDSOI 的FPGA 技術平臺Nexus，同時推出其首個產品CrossLink-NX，主要用于低功耗器件，也可以用于傳感器管理、硬件安全、5G 設施和工業(yè)自動化應用。

4 結論

FDSOI 技術在生態(tài)完備性上難以比肩體硅和FinFET 技術，目前在產品領域和市場上并沒有較大占比。但是，隨著MOSFET 技術微縮優(yōu)勢逐漸放緩，F(xiàn)DSOI 技術在成本、功耗方面的優(yōu)勢逐漸凸顯，尤其是其集成射頻功能的能力，是物聯(lián)網、5G、人工智能、汽車電子等領域的重要選擇。以上領域的快速發(fā)展將推動FDSOI 技術的整體發(fā)展，隨著FDSOI 技術生態(tài)環(huán)境的逐漸完善，襯底成本逐步降低、IP 更加完善、產品譜系不斷拓展，最終會使FDSOI 成為以上領域的重要選擇甚至主流技術。