美國國防部，大手筆資助一家小晶圓廠

  ICC訊  美國晶圓廠SkyWater Technology今天宣布，美國國防部 (DOD) 正在資助一項價值 2700 萬美元的其他交易 (OT) 協議選項，以進一步開發(fā)其 90 nm 戰(zhàn)略抗輻射 (RH90) FDSOI 技術平臺的知識產權 (IP)。這是 SkyWater 與國防部之間的最新協議，旨在確保美國制造的芯片來源可靠且可信賴，用于戰(zhàn)略防御和太空應用。

  這是 SkyWater 的 RH90 技術路線圖的又一步，也是國防部先前宣布的對SkyWater 投資高達 1.7 億美元以擴大戰(zhàn)略抗輻射電子產品的陸上生產能力的一部分。國防部最近確定 SkyWater 已成功完成基地原型項目。

  SkyWater 的 RH90 平臺基于麻省理工學院林肯實驗室的 90 納米完全耗盡絕緣體上硅 (FDSOI) 互補金屬氧化物半導體 (CMOS) 工藝，該工藝旨在生產能夠承受嚴苛環(huán)境的抗輻射(抗輻射)電子產品輻射環(huán)境。輻射效應會迅速降低微電子器件的性能，如果不加以緩解，可能會導致性能受損、故障或完全失效。林肯實驗室開發(fā)了 FDSOI 工藝，使集成電路能夠抵抗極端輻射水平引起的退化和故障。

  “作為唯一一家擁有和經營純半導體代工廠的美國投資者，我們致力于在芯片制造回流方面發(fā)揮我們的作用。與國防部的這種合作是 SkyWater 眾多公私合作伙伴關系的一個例子，這些合作伙伴關系使我們在進一步保護和加強我們的國內半導體供應鏈方面取得了長足的進步，”SkyWater 總裁兼首席執(zhí)行官 Thomas Sonderman 說?！半S著美國在技術創(chuàng)新方面繼續(xù)引領世界，SkyWater 將繼續(xù)努力滿足美國政府的關鍵需求，提供國內制造國防和航空航天應用設備所需的可信半導體技術?！彼又f。

  帶你了解一家不一樣的晶圓代工廠

  賽普拉斯半導體公司(Cypress Semiconductor)在美國的明尼蘇達州擁有一座芯片制造基地，主要用于生產模擬和特種工藝類芯片。該基地最初是由Control Data公司創(chuàng)建的，在20世紀90年代被賽普拉斯收購。在那之后的25年多的時間里，賽普拉斯將該工廠的制程工藝逐步演進至65nm。

  而在2017年3月1日，一家名為SkyWater的晶圓代工廠成立了，并接管了原本屬于賽普拉斯的這座芯片制造基地。據該公司的CEO Tom Sonderman介紹，該工廠所采用的常規(guī)制程為130nm和90nm，也可以實現65nm芯片的生產。據悉，該工廠專注于為物聯網應用制造高容量的小批量產品，如專用SRAM和混合信號電路，而賽普拉斯在這里已經擁有原型和工藝研發(fā)業(yè)務，SkyWater繼承了這份“遺產”。

  假設200毫米直徑的晶圓有30個掩膜層，則該工廠的生產能力約為每月12,000片晶圓，這比賽普拉斯出售該設施時所具有的產能要小，但這種容量計算取決于所處理電路的復雜程度和產品組合。

  Oxbow

  據悉，是總部位于明尼蘇達州的私募股權公司Oxbow Industries LLC推出了SkyWater，該公司專門與公司管理層合作購買和建立業(yè)務。必要時，Oxbow還向其公司注入管理人員，例如，Sonderman就是從半導體設備公司Rudoph Industries招募過來的，他之前在Globalfoundries工作了很多年，在晶圓代工方面經驗豐富。

  Sonderman在SkyWater招聘管理工作中度過了前15個月，并建立了“技術代工”的能力，這些能力可以引起業(yè)界的共鳴，并幫助SkyWater獲得動力。

  Sonderman認為，制造工藝經過幾十年的穩(wěn)定發(fā)展，以及線寬不斷微縮的情況下，現在需要進一步強調制程創(chuàng)新，以為5G通信和人工智能驅動的后智能手機時代做好準備。

  2017年3月1日，SkyWater的收入中，有97%來自賽普拉斯，3%來自一家名為Parade Technologies Ltd的公司.，該公司于2015年從賽普拉斯收購了TrueTouch電容式觸摸傳感業(yè)務。Sonderman表示，2018年，SkyWater的收入當中，約有60%源于與賽普拉斯的合作，另外的40%則來源于代工業(yè)務。他補充說，這些比率包括晶圓生產和工程收入流。

  受到美國政府青睞

  Oxbow Industries參與收購該公司的原因之一是，它看到了一家在美國本土擁有工廠的企業(yè)可以支持美國政府的目標和計劃，特別是當前政府關注的美國處于技術領先地位的，以及本土制造業(yè)。據悉，SkyWater在代工廠成立后的幾周內就被美國國防部授予了1A級可信賴Foundry 廠稱號。

  這肯定有助于SkyWater獲得更多的合同訂單。雖然其他客戶并不直接要求這種資質，但它能有資格接受美國政府的計劃工作，可以說明其具有強大的信息處理系統和能力。也就是說，處理敏感信息的安全性和嚴謹性可以使SkyWater的所有客戶受益，無論他們身在何處。

  Sonderman表示，該公司打算在傳統的混合信號CMOS工藝方面進行批量生產，并且正在進行相關的開發(fā)工作，該開發(fā)與200mm直徑硅晶片的制造兼容。

  目前，SkyWater的主流制程是130nm S8工藝，支持嵌入式閃存和RF的可編程片上系統設計，適用于汽車和物聯網應用。SkyWater還可以提供一項技術，通過低溫讀出IC(ROIC)和基于MEMS的微測輻射熱計成像實現紅外成像。SkyWater具有130nm和90nm的標準PDK [物理設計套件]。

  技術特色

  SkyWater提供研發(fā)設施，以幫助客戶開發(fā)新技術，并使其成熟到商業(yè)或量產的成熟度。這些創(chuàng)新工程服務在量子和超級計算的超導性、高速通信的硅光子學、MEMS、生物醫(yī)學電路、抗輻射電路等領域中運行。

  SkyWater還為制造技術進出工廠提供支持，這可能發(fā)生在兩個方向。

  Sonderman解釋說，制造工藝可以在Bloomington商業(yè)化，并在那里采用200mm晶圓的合理產量，但是當需要更大的產量時，SkyWater將能夠將工藝轉移到更高容量的工廠，從而使客戶受益，同時可以使SkyWater為更多的創(chuàng)新活動騰出空間。同樣，批量代工廠通常希望將其生產平衡為較高產量設計的較低組合，因此希望減少批量生產。“我們正在與一家大型代工廠合作，將技術轉移到我們的工廠。我們處于一種可以在市場上彌補這種差距的模式，”Sonderman說。

  Sonderman強調，SkyWater不會作為一個溢出(overflow)的制造工廠運作，那樣的話會被更大的代工廠制約?！拔覀儗碛凶约悍€(wěn)定的客戶和關系，”他說。

  Sonderman繼續(xù)說道：“我們的技術代工模型與專業(yè)代工廠或More-than-Moore代工廠之間的區(qū)別就在于此。More-than-Moore方法強調支持客戶在基于獨特IP的硅的前沿競爭能力，以及能夠處理超出硅的新材料。SkyWater在我們支持的制程工藝方面并不具備領先優(yōu)勢，但是，我們專注于為客戶提供創(chuàng)新工程服務，以開發(fā)新技術和設備的流程，相應的PDK與其它代工廠不兼容?！?

  制程工藝

  SkyWater正在追求的高度差異化的技術之一是基于碳納米管的FET工藝。該技術在SkyWater的一個名為3D SoC的計劃中提出，并由美國國防高級研究計劃局(DARPA)根據其電子復興計劃(ERI)提供資金。

  “該計劃的目標包括展示單片集成的3DSoC，預計可提供90nm尺寸，與7nm硅基性能相比，具有50倍的速度優(yōu)勢。這項技術可以代表一種全新的計算范例，也可以進一步發(fā)展并擴展到更高級的節(jié)點，以獲得更大的性能優(yōu)勢，“Sonderman說。

  低維材料，如石墨烯和硫化鉬(molybdenum-sulphide)，已經研究了很多年，它們在商業(yè)階段的首次亮相即將出現。SkyWater也很愿意參與新一代化合物半導體，如硅鍺、碳化硅和氮化鎵的研究工作。

  SkyWater還在MEMS領域進行著研發(fā)工作，正在研究采用氧化釩(vanadium-oxide)技術的圖像傳感器。另外，在硅光子學方面的工作已經持續(xù)了三年多的時間，現在已投入生產。該工廠一直在用D-Wave進行超導工作(關于量子計算)的研究，至今已有6年多了。

  業(yè)務拓展

  “我們看到，市場對我們的技術代工業(yè)務模式有著強烈的需求，并且產能利用率很高，”Sonderman說，處理200毫米直徑的晶圓是這類業(yè)務的最佳選擇，短期內沒有將其轉移到300毫米晶圓的計劃。不過，他補充說，該公司正在尋找擴大產能的選擇和途徑，包括對已有工廠的擴張，還有收購和其它形式的合作等，不僅要擴充產能，還要拓展整體水平和能力。

  Sonderman說，盡管Bloomington工廠幾乎裝滿了設備，包括一個重要的測試設施，因此可以在那里進行改造。第二種選擇是從現有工廠擠出更多的空間，以擴充潔凈室區(qū)域。

  美國扶持特種工藝代工廠帶來的啟示

  2020年6月10日，民主黨和共和黨在參議院共同推出了CHIP法案，該法案提出要花100億美元在美國本土建設下一代半導體廠，同時給半導體行業(yè)的相關研究撥款120億美元。6月25日，兩黨議員又在參議院推出了美國半導體制造廠法案(American Foundries Act)，該法案提出為美國國內的半導體生產和研究撥款150億美元，同時為國家安全相關的關鍵半導體生產撥款50億美元。

  這兩個法案的推出，無疑是因為美國政界意識到美國在半導體生產領域已經不再處于全球最領先的地位。目前，排名靠前的主流半導體代工廠中，美國只有一家GlobalFoundries。但是，我們也必須看到，在下一代半導體工藝器件等研究領域，美國的科研實力仍然引領著全球，而美國政府想要做的，就是把這些全球領先的研究成果盡量留在美國本土落地。這也是前述的兩個法案都提出要花大量資金扶持本土下一代半導體生產技術的原因。而在這些政府投資的背后，我們看到有一家名聲不顯卻在各項半導體孵化計劃中扮演重要角色的半導體代工廠SkyWater。就在以上法案公布后，SkyWater宣布和GlobalFoundries簽署了諒解備忘錄，兩家公司將在多個領域的產品上做交叉授權。

  在美國，政府在撥款進行半導體領域相關的研究時，往往會有一個條款，即相關的芯片設計或工藝驗證需要在政府認證的“可靠代工廠”(trusted foundry)中完成，而SkyWater就屬于美國少數幾家有能力和意愿與科研機構進行合作工藝開發(fā)的trusted foundry，這有點類似中國的“軍轉民”概念。但是，SkyWater的經營理念并不是從政府獲得補助，而是為獲得政府支持的機構提供服務。軍工、航天等領域自然不必贅述，SkyWater和科研機構的合作更值得分析。一方面，SkyWater的工藝為各種有需要的研究機構提供MPW等流片相關的服務，以及合作開發(fā)工藝的機會。除了之前提到的和MIT等高校的碳納米管合作項目之外，SkyWater還與Google一起在近日發(fā)布了130nm的開源PDK，供半導體相關的研究人員免費試用。雖然130nm已經是十多年前的技術，但是其仍然能為一些集成電路的新設計提供物理設計驗證。SkyWater的開源PDK將幫助從事電路設計研究的人員更快更好地完成概念驗證，而省去了PDK授權的過程。另一方面，SkyWater也是科研機構技術轉化的出口。在上周，MIT的林肯實驗室發(fā)布消息，稱其完成了將自己的抗輻射半導體技術研究在SkyWater的商用化，相信這也是科研機構向SkyWater做技術轉化的一個例證。最后，SkyWater在完成技術孵化后，也會考慮將自己的技術轉讓給更大的代工廠，從而提升這些技術的產能。最近SkyWater和GlobalFoundries的合作就是這方面的一個例證。這樣一來，SkyWater就完成了一個生態(tài)閉環(huán)：從為科研機構提供流片服務和工藝合作開發(fā)，高校在完成技術開發(fā)原型后在SkyWater落地并小規(guī)模服務于其他有需要的科研機構，到最后技術在SkyWater經過較長時間的驗證后最終落地到更大的美國代工廠(如GlobalFoundries)，這個閉環(huán)中的所有環(huán)節(jié)主要的客戶全部都是美國機構，而技術也就留在了美國。

  SkyWater值得我們借鑒的地方，正式其獨特的定位。它的定位就是一家介于科研與商業(yè)之間的，為政府相關項目提供支持和服務的代工廠，同時也提供新工藝方面的合作探索。它的首要目的并非盈利，首要考慮也并非商業(yè)化落地，這樣的定位將會為半導體領域的產學研轉化帶來很大價值。目前，在我國也有大量的半導體工藝相關研究，而這些研究，尤其是下一代半導體技術，在進行技術轉化時，往往會遇到研究與商業(yè)之間的不匹配問題。在進行研究時，科研機構主要做的是提出未來潛力很大的技術并完成原型驗證;而這些原型技術還需要大量的工程迭代才能真正大規(guī)模商用。對于純商業(yè)化的半導體代工廠來說，做這些技術的商業(yè)落地意味著高風險，因此并不可能投入許多資源去做工程迭代;而打磨工程也并非研究機構的長項，因此最理想的情況是由一個介于中間的小型代工廠來合作開發(fā)并完成工程迭代，然后再把孵化成功的技術轉化給大型的商業(yè)化半導體代工廠。此外，通過將新的半導體工藝技術首先在這類小型代工廠中投入生產，可以為其他科研機構基于新技術開發(fā)應用提供方便，從而真正把新技術的生態(tài)做起來。在美國有SkyWater，而在歐洲類似的機構則有IMEC，我們認為我國也可以借鑒這些經驗，從而讓中國半導體行業(yè)的產學研轉化更加順暢，同時也加速我國半導體行業(yè)的技術發(fā)展。

       本文轉載自：半導體行業(yè)觀察