大爆發的中國12寸晶圓廠 原來是這樣布局的……

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根據國際半導體協會預測顯示,2016至2017年間,綜合8寸、12寸廠來看,確定新建的晶圓廠就有19座,其中大陸就占了10座。

另有分析報告顯示,全球晶圓產能到2020年都將延續以12寸晶圓稱霸的態勢。

在這些晶圓廠中,大多數12寸廠將繼續僅限於生產大量、商品類型的元件,例如DRAM與快閃記憶體、影像感測器、電源管理元件,還有IC尺寸較大、複雜的邏輯與微處理器。

而有的晶圓代工廠會結合不同來源的訂單來填滿12寸晶圓廠產能。

讓我們再將目光拉回到我國,現在我國國內現存主流晶圓廠共有22座,其中8英寸廠13座,12英寸廠9座,正在興建中的晶圓廠也超過10座,包括3座8英寸廠和10座12英寸廠。

更是伴隨著「中國製造」的影響持續擴散,全球半導體大廠均擴大在中國布局,擴大晶圓廠的建設生產。

饕餮級食客都是誰?

英特爾、三星與SK海力士大廠早已在大陸插旗,並將主力放在存儲器產業,特別的是英特爾大連12寸晶圓廠在2010年完工。

當時,廠房規劃用以生產65納米製程CPU,但在產能利用率低落下,2015年10月英特爾宣布與大連市政府合作,投資55億美元轉型生產3D-NAND Flash並在今年7月底重新宣告投產。

大陸本土廠商現有12寸廠的為中芯國際與華力微,兩者分別在上海都有廠房,中芯在北京還有B1、B2兩座晶圓廠,其中B2廠製程已至28納米。

格羅方德則攜手成都建立全新的合資晶圓製造廠,合作雙方計劃建設12英寸晶圓廠,制定了雙路線發展戰略——在14納米和7納米的研發投資之外,還啟動了FD-SOI的路線圖來滿足市場要求。

不僅配合中國半導體市場的強勁增長趨勢,同時也將促進全球客戶對 22FDX 先進工藝的額外需求。

而稱大陸最先進位程晶圓廠的中芯,也發布了動土消息,將在上海興建新晶圓廠,初期就瞄準14納米製程,且產能規劃涵蓋10/7納米,估計2017年底完工、2018年正式投產,被視為挑戰即將來大陸發展的的晶圓代工龍頭台積電。

台積電正式在今年中宣布到大陸南京獨資建12寸晶圓廠,並在7月舉行動土,廠房預計2018年完工,也宣告16納米屆時將在陸量產。

在台積電之前,聯電2014年早已透過與廈門市政府合資方式,成立廈門聯芯率先搶灘大陸在廈門建廠,廠房預計將在今年底就能完工,而完工將近,聯電也開啟了另一項與大陸官方的合作計劃,宣布與福建晉華集成電路籤署技術合作協定,協助晉華集成開發DRAM相關製程技術,在泉州市建立12寸晶圓廠,從事利基型DRAM代工,早在台積電之前,走「聯電模式」在大陸建廠的還有力晶,力晶與合肥市政府合作,成立晶合集成在當地打造12寸晶圓廠,從事最高90納米麵板驅動代工服務。

長江存儲將以武漢新芯現有的12英寸先進集成電路技術研發與生產製造能力為基礎,繼續拓展武漢新芯目前的物聯網業務布局,並著力發展大規模存儲器。

士蘭集成作為國內第一條民營8寸線落戶杭州下沙,淮安德科瑪則是圖像傳感器晶片項目,將填補我國自主產權CIS的空白。

FinFET與FD-SOI陣營都是怎麼站隊的?

隨著現代科技的不斷發展,半導體產業已經逐漸成為一個國家綜合實力的重要標誌,晶片產業每1 美元的產值能夠帶動100 美元的GDP。

其中晶圓製造作為半導體產業鏈中的重中之重,占全球整個半導體市場比重達58.21%,因此晶片製造環節是制約或推動半導體產業發展的重要因素。

FinFET與FD-SOI兩種技術在不斷搶奪半導體市場。

就未來汽車市場以及IOT市場來說,只是汽車半導體就有410億美元的市場,IOT方面與半導體相關市場份額也占到了420億美元。

由此可見半導體晶圓的需求量甚大。

而只是這兩方面市場就用到了FinFET與FD-SOI兩種技術。

舉個例子來講,格羅方德的14FinFET主要是應用在高端的手機客戶端、電腦圖像應用,而22FDX主要是在一些移動設備的應用。

那麼這兩種技術最根本的差別在哪裡?

FinFET結構看起來像魚鰭,所以也被稱為鰭型結構,其最大的優點是Gate三面環繞D、S兩極之間的溝道(通道),實際的溝道寬度急劇地變寬,溝道的導通電阻急劇地降低,流過電流的能力大大增強;同時也極大地減少了漏電流的產生,這樣就可以和以前一樣繼續進一步減小柵長。

FD-SOI(全耗盡絕緣層上矽)技術仍然採用平面型電晶體,其矽薄膜可自然地限定源漏結深,同時限定了源漏結的耗盡區,從而可改善DIBL(漏致勢壘降低)等短溝道效應,改善器件的亞閾特性,降低電路的靜態功耗。

此外,FD-SOI電晶體無需溝道摻雜,可以避免RDF(隨機摻雜漲落)等效應,從而保持穩定的閾值電壓,同時還可以避免因摻雜而引起的遷移率退化。

體偏壓技術(body-bias)是FD-SOI技術所獨有的特點,也是讓該技術最受關注的特點。

通過把矽做得極薄,讓它可以全部耗盡,所以不會再漏電流。

如果再將氧化矽層做的非常薄,同時放入偏置裝置(bias),就可以調節控制這個電晶體。

如果放入的是正偏壓,可以實現性能快速增強;如果放入的是負偏壓,我們實際上可以關掉該裝置。

讓它實現很低的漏電流,大概是1pA/micron的水平。

先進邏輯工藝自28納米節點分野之後,FinFET與FD-SOI工藝的爭論就開始出現。

兩大工藝均家支持者,英特爾與台積電是FinFET路線的堅定支持者,二者目前均無發展FD-SOI工藝的計劃。

目前全球四大半導體代工廠中的兩家——三星及格羅方德——已經宣布計劃量產並採用FD-SOI晶圓進行多項試產也是FD-SOI工藝的堅定支持者。

全球有三家位於三大洲的公司能夠供應FD-SOI晶圓,包括法國Soitec、日本信越半導體(SHE)、美國SunEdison。

這三家公司均採用了行業標準的SOI晶園製造技術。

法國Soitec已實現FD-SOI晶園的高良率成熟量產,其300mm晶圓廠能夠支持28nm、22nm及更為先進的節點上大規模採用FD-SOI技術。

Globalfoundries的成都新廠,發展22FDX技術。

GF 22FDX市場主要針對於低端智慧型手機、無線物聯網、自動駕駛汽車、可攜式相機。

與此同時,為了緊跟22FDX的腳步GF也會進行12FDX的研發。

12FDX晶圓將會比22FDX小35%,但是它的性能卻可以做到25%的更佳。

12FDX、20FDX加之RF-SOI和SiGe技術的結合將會更好地應對未來移動計算的發展。

除了以上國外晶圓巨頭們發展FD-SOI技術,還有一些中國企業正默默地將半導體製造技術發展聚焦於FD-SOI製程:

上海新傲科技(Simgui)在2015年秋天開始量產該公司首批8吋SOI晶圓片,採用法國業者Soitec的SmartCut製程技術。

中國的上海矽產業投資有限公司在去年收購14.5%的Soitec股權。

NSIG與中國的大基金有所不同,後者是一個在2016年初由大基金所成立的投資平台,其任務是建立半導體材料產業生態系統,聚焦於超越摩爾定律。

上海華力微電子的高層前往美國參加SEMI主辦之產業策略高峰會時,分享了一張投影片顯示FD-SOI是該公司投資額達59億美元之Fab2計劃的一部分。

不過SOI矽片一直無法壓低成本,目前8英寸的SOI矽片每片要300-400美元,而通常的矽片每片才30-40美元,相差十倍。

因此估計SOI代工矽片價格應該在每片1000美元左右,而中國的代工廠,8英寸矽片平均代工價格在每片約400美元。

目前中國的FD-SOI技術尚沒有實現規模化量產階段,IC設計公司可能尚處在多任務矽片MPW的設計驗證階段。

對於大陸SOI產業鏈的發展需要政府部門牽頭,制定規劃,並引導與資金支持,目前階段不可能單靠單一廠家解決所有問題。

中國設計公司能否參與到FD-SOI工藝發展中去,將是FD-SOI工藝能否成功的關鍵。

目前國際客戶數量不夠,無法支撐FD-SOI工藝成熟,而中國半導體製造工藝原本就落後,如果從國家戰略層面推動國內設計公司採用FD-SOI工藝,那麼將是FD-SOI工藝的極大機遇。

來源:21ic電子網 作者:Tina


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