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带你了解一家不一样的晶圆代工厂

半导体行业观察 ·2019-01-24 08:42·半导体行业观察
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赛普拉斯半导体公司(Cypress Semiconductor)在美国的明尼苏达州拥有一座芯片制造基地,主要用于生产模拟和特种工艺类芯片。该基地最初是由Control Data公司创建的,在20世纪90年代被赛普拉斯收购。在那之后的25年多的时间里,赛普拉斯将该工厂的制程工艺逐步演进至65nm。

而在2017年3月1日,一家名为SkyWater的晶圆代工厂成立了,并接管了原本属于赛普拉斯的这座芯片制造基地。据该公司的CEO Tom Sonderman介绍,该工厂所采用的常规制程为130nm和90nm,也可以实现65nm芯片的生产。据悉,该工厂专注于为物联网应用制造高容量的小批量产品,如专用SRAM和混合信号电路,而赛普拉斯在这里已经拥有原型和工艺研发业务,SkyWater继承了这份“遗产”。

假设200毫米直径的晶圆有30个掩膜层,则该工厂的生产能力约为每月12,000片晶圆,这比赛普拉斯出售该设施时所具有的产能要小,但这种容量计算取决于所处理电路的复杂程度和产品组合。

Oxbow

据悉,是总部位于明尼苏达州的私募股权公司Oxbow Industries LLC推出了SkyWater,该公司专门与公司管理层合作购买和建立业务。必要时,Oxbow还向其公司注入管理人员,例如,Sonderman就是从半导体设备公司Rudoph Industries招募过来的,他之前在Globalfoundries工作了很多年,在晶圆代工方面经验丰富。

Sonderman在SkyWater招聘管理工作中度过了前15个月,并建立了“技术代工”的能力,这些能力可以引起业界的共鸣,并帮助SkyWater获得动力。

Sonderman认为,制造工艺经过几十年的稳定发展,以及线宽不断微缩的情况下,现在需要进一步强调制程创新,以为5G通信和人工智能驱动的后智能手机时代做好准备。

2017年3月1日,SkyWater的收入中,有97%来自赛普拉斯,3%来自一家名为Parade Technologies Ltd的公司.,该公司于2015年从赛普拉斯收购了TrueTouch电容式触摸传感业务。Sonderman表示,2018年,SkyWater的收入当中,约有60%源于与赛普拉斯的合作,另外的40%则来源于代工业务。他补充说,这些比率包括晶圆生产和工程收入流。

受到美国政府青睐

Oxbow Industries参与收购该公司的原因之一是,它看到了一家在美国本土拥有工厂的企业可以支持美国政府的目标和计划,特别是当前政府关注的美国处于技术领先地位的,以及本土制造业。据悉,SkyWater在代工厂成立后的几周内就被美国国防部授予了1A级可信赖Foundry 厂称号。

这肯定有助于SkyWater获得更多的合同订单。虽然其他客户并不直接要求这种资质,但它能有资格接受美国政府的计划工作,可以说明其具有强大的信息处理系统和能力。也就是说,处理敏感信息的安全性和严谨性可以使SkyWater的所有客户受益,无论他们身在何处。

Sonderman表示,该公司打算在传统的混合信号CMOS工艺方面进行批量生产,并且正在进行相关的开发工作,该开发与200mm直径硅晶片的制造兼容。

目前,SkyWater的主流制程是130nm S8工艺,支持嵌入式闪存和RF的可编程片上系统设计,适用于汽车和物联网应用。SkyWater还可以提供一项技术,通过低温读出IC(ROIC)和基于MEMS的微测辐射热计成像实现红外成像。SkyWater具有130nm和90nm的标准PDK [物理设计套件]。

技术特色

SkyWater提供研发设施,以帮助客户开发新技术,并使其成熟到商业或量产的成熟度。这些创新工程服务在量子和超级计算的超导性、高速通信的硅光子学、MEMS、生物医学电路、抗辐射电路等领域中运行。

SkyWater还为制造技术进出工厂提供支持,这可能发生在两个方向。

Sonderman解释说,制造工艺可以在Bloomington商业化,并在那里采用200mm晶圆的合理产量,但是当需要更大的产量时,SkyWater将能够将工艺转移到更高容量的工厂,从而使客户受益,同时可以使SkyWater为更多的创新活动腾出空间。同样,批量代工厂通常希望将其生产平衡为较高产量设计的较低组合,因此希望减少批量生产。“我们正在与一家大型代工厂合作,将技术转移到我们的工厂。我们处于一种可以在市场上弥补这种差距的模式,”Sonderman说。

Sonderman强调,SkyWater不会作为一个溢出(overflow)的制造工厂运作,那样的话会被更大的代工厂制约。“我们将拥有自己稳定的客户和关系,”他说。

Sonderman继续说道:“我们的技术代工模型与专业代工厂或More-than-Moore代工厂之间的区别就在于此。More-than-Moore方法强调支持客户在基于独特IP的硅的前沿竞争能力,以及能够处理超出硅的新材料。SkyWater在我们支持的制程工艺方面并不具备领先优势,但是,我们专注于为客户提供创新工程服务,以开发新技术和设备的流程,相应的PDK与其它代工厂不兼容。“

制程工艺

SkyWater正在追求的高度差异化的技术之一是基于碳纳米管的FET工艺。该技术在SkyWater的一个名为3D SoC的计划中提出,并由美国国防高级研究计划局(DARPA)根据其电子复兴计划(ERI)提供资金。

“该计划的目标包括展示单片集成的3DSoC,预计可提供90nm尺寸,与7nm硅基性能相比,具有50倍的速度优势。这项技术可以代表一种全新的计算范例,也可以进一步发展并扩展到更高级的节点,以获得更大的性能优势,“Sonderman说。

低维材料,如石墨烯和硫化钼(molybdenum-sulphide),已经研究了很多年,它们在商业阶段的首次亮相即将出现。SkyWater也很愿意参与新一代化合物半导体,如硅锗、碳化硅和氮化镓的研究工作。

SkyWater还在MEMS领域进行着研发工作,正在研究采用氧化钒(vanadium-oxide)技术的图像传感器。另外,在硅光子学方面的工作已经持续了三年多的时间,现在已投入生产。该工厂一直在用D-Wave进行超导工作(关于量子计算)的研究,至今已有6年多了。

业务拓展

“我们看到,市场对我们的技术代工业务模式有着强烈的需求,并且产能利用率很高,”Sonderman说,处理200毫米直径的晶圆是这类业务的最佳选择,短期内没有将其转移到300毫米晶圆的计划。不过,他补充说,该公司正在寻找扩大产能的选择和途径,包括对已有工厂的扩张,还有收购和其它形式的合作等,不仅要扩充产能,还要拓展整体水平和能力。

Sonderman说,尽管Bloomington工厂几乎装满了设备,包括一个重要的测试设施,因此可以在那里进行改造。第二种选择是从现有工厂挤出更多的空间,以扩充洁净室区域。

“2019将是SkyWater继续过渡和转型的一年,2020年将实现快速增长。美国和欧洲对200毫米晶圆代工的需求量依然很大,除此之外,我认为还会有其他可能引起我们兴趣的情况出现,拭目以待吧。”Sonderman说。

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