眾半導(dǎo)體制造商聚焦300mm模擬晶圓廠

　　2009年，TI(德州儀器)建造了行業(yè)里第一個(gè)300mm的用于模擬芯片的晶圓廠，此舉改變了半導(dǎo)體行業(yè)的局面。

　　到那時(shí)為止，模擬芯片的制造使用的是200mm以及更小尺寸的晶圓。在300mm晶圓廠里，TI(德州儀器)可以獲得比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手更有利的die-size 和成本優(yōu)勢(shì)。理論上，一塊300mm晶圓提供的芯片數(shù)比200mm的晶圓多2.5倍，從而使TI(德州儀器)降低整體的制造成本。

　　在過(guò)去的一年里，英飛凌和意法半導(dǎo)體已經(jīng)開(kāi)始加緊籌劃各自的用于模擬芯片的300mm晶圓廠。并且尋求填補(bǔ)缺少晶圓廠和輕晶圓客戶空隙的方法，GlobalFoundries是能夠提供300mm產(chǎn)能的、用于模擬/混合信號(hào)技術(shù)的最優(yōu)秀制造商之一。“TI具有這些技術(shù)并且也是300mm水平的，”日前Globalfoundries的全球銷(xiāo)售，市場(chǎng)，質(zhì)量和設(shè)計(jì)的副執(zhí)行Michael Noonen說(shuō)。“怎么做才能和TI(德州儀器)相媲美?我們要的是這個(gè)問(wèn)題的答案。”

　　在這不斷變化的形勢(shì)中，Powerchip，TowerJazz，TSMC和UMC 已開(kāi)始準(zhǔn)備提供300mm模擬芯片的生產(chǎn)能力。但大多數(shù)的專(zhuān)業(yè)代工廠沒(méi)有300mm晶圓廠，并且認(rèn)為他們并不處于劣勢(shì)。他們認(rèn)為，模擬技術(shù)是面向過(guò)程的，并不依賴(lài)于晶片的尺寸。

　　模擬芯片制造商能否吸收新的300mm的產(chǎn)能目前尚不清楚。一些模擬IDM依然自己制造，而其他人已經(jīng)使用了代工廠。還有其他的問(wèn)題，300mm模擬晶圓廠能給予芯片制造商競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)嗎?

　　“生產(chǎn)200mm晶圓的晶圓廠在未來(lái)幾年里都被認(rèn)為是劃算的，它能夠制造多種類(lèi)型的集成電路，如專(zhuān)業(yè)的存儲(chǔ)器，圖像傳感器，顯示驅(qū)動(dòng)器，微控制器，模擬產(chǎn)品，和基于MEMS的器件，IC Insights的分析師Trevor Yancey說(shuō)。“在大多數(shù)情況下，300mm晶圓廠僅僅用于制造大批量的、商品型的器件如DRAM、閃存、圖像傳感器和電源管理裝置，并且這種情況還會(huì)繼續(xù)。”

　　事實(shí)上，大量的模擬市場(chǎng)如接口芯片和電源管理，300mm晶圓廠給予芯片制造商更有優(yōu)勢(shì)的die-size ，TI(德州儀器)市場(chǎng)研究總監(jiān)Susie Inouye說(shuō)。“有許多的模擬產(chǎn)品，選擇在300mm晶圓廠里制造并不能高效地利用成本，如運(yùn)算放大器等等，但我會(huì)說(shuō)對(duì)于一些產(chǎn)品也有優(yōu)勢(shì)。比如電源管理，TI(德州儀器)憑借300mm晶圓廠就有優(yōu)勢(shì)。”

　　另一方面，在低迷時(shí)期，300mm模擬晶圓廠可能難以利用全部生產(chǎn)力繼而導(dǎo)致不必要的產(chǎn)能過(guò)剩。事實(shí)上，TI(德州儀器)本身是可以立即吞噬自己內(nèi)部工廠過(guò)剩的產(chǎn)能的。在一般的行業(yè)，在0.35微米以上的老工藝產(chǎn)能過(guò)剩，但主流的0.18微米技術(shù)的生產(chǎn)供不應(yīng)求。

　　模擬：仍然是寵兒?

　　多年來(lái)，由于穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，模擬電子成了華爾街的寵兒。去年，模擬IC市場(chǎng)受到重挫，在2011與2012跨年之際下跌7%。2012全公司整個(gè)IC市場(chǎng)下降了3%。但模擬IC市場(chǎng)有望反彈，在2013增長(zhǎng)6%，Inouye說(shuō)。智能手機(jī)和平板電腦繼續(xù)帶動(dòng)模擬市場(chǎng)，但更傳統(tǒng)的市場(chǎng)仍然低迷不振，她說(shuō)。

　　在制造業(yè)方面，也有一些不確定性，如果沒(méi)有大的波動(dòng)，在2009會(huì)迎來(lái)新局面，當(dāng)TI(德州儀器)開(kāi)啟RFAB，位于德克薩斯洲理查德森的業(yè)界第一個(gè)300mm晶圓廠模擬。RFAB是基于LBC7，線性BiCMOS工藝，和C05,0.18微米模擬技術(shù)生產(chǎn)和運(yùn)行的。

　　當(dāng)TI(德州儀器)建成新的晶圓廠，一些人擔(dān)心TI(德州儀器)會(huì)趕走競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和搞價(jià)格“轟炸”。但是，TI(德州儀器)并沒(méi)有趕出其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手;也沒(méi)有搞價(jià)格戰(zhàn)。事實(shí)上，該公司希望保持利潤(rùn)率。

　　但RFAB給了TI(德州儀器)兩方面的優(yōu)勢(shì)。“所有的300mm模擬生產(chǎn)中 40%是電源管理。300mm讓他們從一塊晶圓上得到更多數(shù)量的裸片，”databean的Inouye說(shuō)。其次，以TI(德州儀器) 的300mm的產(chǎn)能，也能為客戶提供有保證的電源。這對(duì)像富士康和三星這樣的大客戶來(lái)講很關(guān)鍵，在過(guò)渡時(shí)期它們訂購(gòu)大量的產(chǎn)品，她說(shuō)。

　　代工業(yè)關(guān)注300mm模擬晶圓廠

　　TI(德州儀器)，英飛凌和意法半導(dǎo)體是少數(shù)具有300mm生產(chǎn)能力的模/數(shù)混合晶圓廠中的精英企業(yè)。其他模擬IDM沒(méi)有300mm晶圓廠，這意味著他們必須同這些企業(yè)打交道，如果他們需要更大尺寸的晶圓代工。

　　在某種程度上，GlobalFoundries，力晶半導(dǎo)體，臺(tái)積電和聯(lián)華電子公司有專(zhuān)業(yè)300mm的生產(chǎn)能力。GlobalFoundries、臺(tái)積電和聯(lián)華電子公司也追求領(lǐng)先的數(shù)字市場(chǎng)。“我們真的希望能有兩種類(lèi)型的SoC，”GlobalFoundries的noonen說(shuō)。“一種SOC處于最前沿。然后，另一種SOC則追求More Than Moore(將CMOS技術(shù)與模擬/混合技術(shù)相結(jié)合)，這都是有趣的。”

　　去年年底，Globalfoundries采取了主動(dòng)的戰(zhàn)略，稱(chēng)為“2015愿景，”涉及其晶圓廠在新加坡的業(yè)務(wù)。在新加坡，Globalfoundries擁有200mm和300mm晶圓廠，主要分別用于混合信號(hào)和邏輯器件的生產(chǎn)。

　　在新的戰(zhàn)略下，GlobalFoundries將擴(kuò)大新加坡的300mm用于模擬/混合芯片生產(chǎn)的晶圓廠。在該晶圓廠，它已開(kāi)始安裝300mm的設(shè)備，這是最近從臺(tái)灣的ProMos購(gòu)得的。300mm的晶圓廠，代號(hào)為7廠，生產(chǎn)量將從現(xiàn)在的600000片/年提高到1000000片/年。擴(kuò)建的方案預(yù)計(jì)將于2014年中期完成。

　　總之，Globalfoundries認(rèn)為它的模擬/混合信號(hào)工藝能夠贏得更多的客戶從而更有力地與IDM競(jìng)爭(zhēng)。“我們真的想加快混合信號(hào)技術(shù)在300mm領(lǐng)域的發(fā)展，”noonen說(shuō)。“我們的想法是利用技術(shù)，不僅是競(jìng)爭(zhēng)，好于那些把自己俘虜在晶圓廠的人們。”

　　同時(shí)，在五月，聯(lián)合微電子公司(UMC)實(shí)施類(lèi)似的策略。聯(lián)電將把一個(gè)在新加坡的有專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施的領(lǐng)先的半導(dǎo)體廠改建成300mm晶圓廠。在這個(gè)晶圓廠中，聯(lián)電將制造CMOS圖像傳感器，嵌入式存儲(chǔ)器和高壓芯片。該工廠將“使聯(lián)華電子贏得進(jìn)入新市場(chǎng)的機(jī)會(huì)，”UMC首席運(yùn)營(yíng)官W.Y. Chen說(shuō)。

　　200mm足夠用

　　同時(shí)，晶圓尺寸在200毫米及其以下的代工廠，從表面上看，他們處于劣勢(shì)。“我們看不到在今天300mm能夠作為一個(gè)重大的威脅，”TowerJazz高級(jí)副總裁及總經(jīng)理Marco Racanelli說(shuō)。

　　“在如今我們所服務(wù)的專(zhuān)業(yè)模擬市場(chǎng)，我與我們的對(duì)手競(jìng)爭(zhēng)的是性能和服務(wù)。而不是晶片尺寸。”

　　長(zhǎng)期以來(lái)，TowerJazz也在籌劃著300mm的晶圓廠，他們正在和IBM公司一道，投標(biāo)印度的一個(gè)300mm晶圓廠工程。“我們看到在未來(lái)幾年的模擬產(chǎn)品，包括低壓電源，CMOS圖像傳感器和射頻產(chǎn)品能夠利用的晶圓尺寸較大，因此我們?cè)跒榭蛻魟?chuàng)造這樣的條件， Racanelli說(shuō)。

　　大多數(shù)的專(zhuān)業(yè)代工廠沒(méi)有計(jì)劃興建一座300mm晶圓廠。例如，MagnaChip半導(dǎo)體的一位高管說(shuō)，公司將建立一個(gè)300mm晶圓廠的可能性是“零”。韓國(guó)MagnaChip的競(jìng)爭(zhēng)力在于工藝開(kāi)發(fā)，而不是晶片尺寸。

　　MagnaChip有兩個(gè)可月產(chǎn)14000片的200mm晶圓廠。它是競(jìng)爭(zhēng)得最火熱的混合信號(hào)市場(chǎng)中的廠商之一，擁有bipolar-CMOS- DMOS(BCD)技術(shù) 。BCD工藝結(jié)合了的幾種工藝的優(yōu)勢(shì)，包括雙極晶體管的模擬，CMOS的數(shù)字，和功率高壓的DMOS。

　　在BCD工藝方面，MagnaChip有四個(gè)技術(shù)平臺(tái)：深溝槽隔離(DTI)，結(jié)隔離，non-EPI 和SOI,核心是一個(gè)0.18微米，80伏的基于DTI的技術(shù)。它還開(kāi)發(fā)了0.13微米和0.11微米的BCD工藝。“0.18 微米和0.35微米工藝在未來(lái)一段時(shí)間還是會(huì)有市場(chǎng)。”韓國(guó)MagnaChip工程副總裁Francois Hebert說(shuō)。

　　他們還計(jì)劃增加silicon-on-insulator(SOI)工藝。基于SOI和DTI技術(shù)，MagnaChip新推出的0.35微米，16伏工藝是針對(duì)有機(jī)電致發(fā)光器件的。很快，它們還會(huì)推出一個(gè)0.18微米的版本。“我愛(ài)SOI，”Hebert說(shuō)。“它能擺脫一切(關(guān)于)電容和低壓的問(wèn)題。”

　　與此同時(shí)，意法半導(dǎo)體已推出一種基于SOI ，0.32微米的BCD工藝。在70 伏，100伏，140伏和200伏的應(yīng)用中，意法還增加了一個(gè)0.16微米的版本。同時(shí)，在8伏，40 伏和60伏的應(yīng)用也會(huì)逐漸增加bcd9s的版本，一種0.11微米，不基于SOI的BCD工藝。一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是在汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)上，”意法嵌入式處理解決方案總經(jīng)理Jean-Marc Chery說(shuō)。

　　在它的發(fā)展計(jì)劃中，意法半導(dǎo)體將于2014至2015年在其300mm晶圓廠中應(yīng)用90nm BCD工藝。這樣做，意法和其他芯片制造商可能會(huì)壓低BCD的成本，使其更具吸引力。到那時(shí)，模擬/混合信號(hào)半導(dǎo)體業(yè)普遍會(huì)在產(chǎn)能過(guò)剩的浪潮中跨入到300mm晶圓廠的階段。