〈觀察〉SOI晶圓擁多重優勢應用廣泛 迎5G時代站穩風口起飛

SOI (絕緣層上覆矽) 晶圓具備高效能、低功耗等特性，相較傳統矽晶圓，在高頻與高功率環境中更具優勢，近來受惠 5G、AI 邊緣運算等應用，對其元件需求持續擴增，且 SOI 晶圓單價與毛利是傳統矽晶圓的數倍，獲利表現可期，台矽晶圓廠包含環球晶、合晶等近來積極擴大佈局，盼能站穩 5G 世代的風口，搶食商機。

半導體製程持續依循摩爾定律推進，相同晶圓面積下得填入更多電晶體管，閘極 (Gate) 線寬便是其中微縮重點。傳統平面構造的 MOSFET(金屬氧化物半導體場效電晶體) 元件閘極線寬，已微縮至極限，當閘極線寬縮小至 20 奈米以下，需改變元件結構，才能持續推進摩爾定律，立體構造的 FinFET(鰭式場效電晶體) 元件也因此問世。

雖然 FinFET 可符合微縮尺寸的需求，但閘極線寬必須在 16 奈米以下，才能有效控制從源極 (Source) 與汲極 (Drain) 間的電流開關，也就是說，在平面 MOSFET 構造與立體 FinFET 構造間，閘極線寬仍存在一段空窗尺寸區域，此缺口剛好由 FD-SOI 元件補上。

SOI (Silicon On Insulator) 為絕緣層上覆矽技術，主要是在矽晶圓上做特殊材質處理，在矽基板上增加絕緣層，物理上由於多了一層材料，可使複雜的製程較易處理，不會因晶圓過薄影響良率，電性表現上較更節能省電，產出的晶片也會有較高的效能。

FD-SOI 則是為低功率處理而設計的製程，整合類比 / 射頻 / 混合訊號功能，可在低洩漏 / 休眠模式與高速運算中靈活切換，具備低功耗、製造週期短等優勢，製程技術較 FinFET 簡單、成本也較低，但元件尺寸較大、散熱也較慢。FinFET 技術則追求絕對高性能，但設計難度與製造成本不斷攀升。

FD-SOI 適合邏輯與類比電路使用，應用面為 SOI 技術中最廣泛，囊括物聯網、車用電子、機器學習等領域；隨著半導體線寬持續微縮，FD-SOI 與 FinFET 製程成為推進技術發展的兩大陣營。

不過，SOI 晶圓類型不只 FD-SOI，由於 SOI 晶圓具備特殊結構特性，元件應用可能性多元，依據不同的矽層厚度、絕緣層厚度，或額外添加的材料層，在結構上進行調整與設計，產生不同類型的 SOI 晶圓，可應用在通訊射頻前端 RF-SOI、高功率 Power-SOI、光通訊 Photonics-SOI、成像 Imager-SOI 等。

SOI 晶圓主要在 6 至 12 吋，從目前晶圓市占率來看，RF-SOI 應用占整體 SOI 晶圓銷售額約 6 成，高功率 Power-SOI 占比約 2 成，其餘則是 FD-SOI 及其他技術應用，隨著 5G 技術發展帶動，RF-SOI 成為其中最火熱的技術，未來市場整體產能與市占率可望持續擴增。

供應商方面，目前 SOI 晶圓龍頭為法國 Soitec 半導體，市占率囊括 7 成以上，其他供應商包括日本勝高 (SUMCO)、信越 (Shin-Etsu)、中國的上海新傲，台廠則有環球晶 (6488-TW)，其中，信越與上海新傲技術均授權自 Soitec。

晶圓代工廠方面，主要龍頭廠為美國格芯，其他包括韓廠三星、瑞士的意法半導體、以色列 TowerJazz，中國則有中芯國際與華虹宏力，台廠則有聯電 (2303-TW)。

從國內 SOI 晶圓廠佈局來看，環球晶 2016 年時，收購當時全球第四大晶圓廠 SEMI，取得 SOI 晶圓技術專利，為格芯 8 吋 SOI 晶圓長期供應商，基於雙方未來市場發展與穩定供應需求，環球晶與格芯日前簽署 MOU，將共同合作擴大 12 吋 SOI 晶圓產能，並簽訂長期供應協議。

環球晶與格芯的合作主要針對 RF SOI 領域，著眼目前與下一代行動裝置與 5G 應用，提供低功耗、高效能和易整合解決方案，搶食 5G 帶來的龐大應用商機。而合晶 (6182-TW)SOI 產能也已量產，主要應用端為微機電 (MEMS)、智能電源等領域，目標為 2 年內營收占比可達 3-5%。