摩爾定律發(fā)展至今,大規(guī)模集成電路芯片上晶體管數(shù)量隨時間呈現(xiàn)指數(shù)級增長。值得指出的是,MOS晶體管是高速增長的根本,甚至可以說,摩爾定律的進步主要功勞在于MOS晶體管的持續(xù)進步。而大規(guī)模集成電路的確是當今信息社會數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、處理的基礎。
執(zhí)行副總裁孔蔚然博士
半導體工藝制程有成熟工藝和先進工藝之分,由成熟工藝優(yōu)化而來的特色工藝,其市場占比約為40%左右,這一巨大市場機會吸引著多家半導體廠商目光,而華虹集團旗下華虹宏力就是最具代表性的一家。上海華虹宏力半導體制造有限公司執(zhí)行副總裁孔蔚然博士,在SEMICON China 2019先進制造論壇上指出,特色工藝的進步有別于先進工藝,它并不依賴于光刻機來實現(xiàn)器件的尺寸微縮和進步,而是依據(jù)半導體器件不同的物理特性及需求來研發(fā)優(yōu)化不同的產(chǎn)品。華虹宏力主打的主要特色工藝包括閃存、功率半導體、射頻器件等。
孔蔚然博士表示,華虹宏力8英寸晶圓廠的技術(shù)越來越偏向于電壓比較高的特色工藝,基于這些特色工藝生產(chǎn)的半導體芯片是物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子、5G等相關應用的基礎。MOS晶體管問世60年來結(jié)構(gòu)原理上并無本質(zhì)變化,但高壓MOS技術(shù)在不斷更新,如果跟不上更新的步伐就很容易被淘汰,目前華虹宏力的特色工藝基本都需要高壓MOS器件,比如嵌入式非易失性存儲器(eNVM)、功率器件、BCD、HV等都涉及到高壓MOS晶體管。
在功率器件領域,由于現(xiàn)在的高鐵、電動汽車等改變生活的應用都是依靠先進的硅基技術(shù),讓大多數(shù)只有一個晶體管的功率器件,可以承受300安培650伏甚至是1200伏的電壓??孜等徊┦繌娬{(diào),特色工藝不能用光刻技術(shù)節(jié)點來定義其是否先進。實際上更多的是利用成熟的特色工藝去優(yōu)化如電源管理芯片、射頻前端模組、eNVM等器件的開發(fā)與制造。隨著智能化時代的到來,滿足未來物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子、通訊、智能交通等應用領域蓬勃發(fā)展,對特色工藝都會有強勁的需求。
但特色工藝實現(xiàn)難度從某種意義上說并不亞于先進工藝。在高壓器件上,華虹宏力銷量最好的產(chǎn)品之一便是DT-Super Junction MOSFET,據(jù)本刊了解,其通過一個DeepTrench來承受高壓,工藝流程緊湊簡捷,同時有效地降低了結(jié)電阻,進一步縮小了器件面積,可實現(xiàn)導通電阻更低、芯片面積更小、開關速度更快、開關損耗更低的解決方案。
通過系統(tǒng)性進行工藝平臺建設,在器件結(jié)構(gòu)研究、模型參數(shù)提取、設計環(huán)境建設、線路架構(gòu)設計驗證、應用系統(tǒng)研究等方面,華虹宏力多年持續(xù)的、大力度的研發(fā)投入,終于換來高壓工藝研發(fā)體系整體領先業(yè)界。例如,針對高壓會一定程度導致Flash scaling放慢現(xiàn)象,華虹宏力的HHGrace NORD Flash已經(jīng)成為目前嵌入式Flash主流技術(shù)之一,其單元結(jié)構(gòu)包含1個溝道和3個集成Gate,這種創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)使得閃存單元面積具有優(yōu)勢,在55納米節(jié)點下,其新閃存單元面積僅為0.04μm2左右。
孔蔚然博士表示,嵌入式Flash工藝在結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的同時,不斷降低制造成本也是關鍵的一環(huán)。華虹宏力從2007年38層光罩起步,逐漸減少到2018年的24層(包括1.5V+5V+Flash),華虹宏力未來還將向無限接近極限水平減少光罩層次,以在特定應用中不斷降低工藝成本。
值得一提的是,華虹宏力還改進了0.35微米5V/7V模擬平臺,在競爭激烈的BCD技術(shù)中把節(jié)點拓展到90納米,為未來65/55納米的12英寸工藝技術(shù)的研發(fā)與市場拓展打開了空間??孜等徊┦客嘎?,在市場導向作用下,華虹宏力計劃將RF-Switch和LNA進行集成,在12英寸工藝技術(shù)的推進下,未來甚至可能將PA進行集成。
從長期看,5G的落地和物聯(lián)網(wǎng)的普及促使下游終端對于采用特色工藝為主的器件形成長期且穩(wěn)定的需求,更多新技術(shù)新場景的出現(xiàn)使得特色工藝大有可為。孔蔚然博士表示,經(jīng)過多年實踐,聚焦于特色工藝與差異化技術(shù)使華虹宏力近年來營收持續(xù)增長,2018年營收達到了9.30億美金。另一方面,華虹宏力的專利授權(quán)表現(xiàn)優(yōu)異,截至到2018年,累計有效授權(quán)專利數(shù)已超過3000項。
面對產(chǎn)能新布局,孔蔚然博士介紹,華虹宏力將以完整的特色工藝平臺為基礎,未來隨著無錫12英寸廠的推進,技術(shù)將由8英寸的90納米延伸至12英寸90納米,并同時開發(fā)65/55納米技術(shù)。但孔蔚然博士再次強調(diào),在差異化的技術(shù)路線圖下,8英寸晶圓生產(chǎn)線前景仍然廣闊。在物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G通訊、新能源汽車等新應用驅(qū)動下,華虹宏力“8+12”的技術(shù)路線圖將提供巨大的發(fā)展空間。
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