這家被美國(guó)寄予厚望的晶圓廠，斥巨資擴(kuò)產(chǎn)

  ICC訊  據(jù)路透社報(bào)道，美國(guó)半導(dǎo)體制造商 SkyWater Technology Inc 周三宣布，計(jì)劃與該州和普渡大學(xué)合作，投資 18 億美元在印第安納州建立一個(gè)芯片研究和生產(chǎn)設(shè)施。該公告發(fā)布前一天，美國(guó)參議院投票通過精簡(jiǎn)版的《芯片法案》(CHIPS Act)，為半導(dǎo)體行業(yè)提供數(shù)十億美元的補(bǔ)貼和稅收抵免。

  7 月 20 日(路透社)——美國(guó)半導(dǎo)體制造商 SkyWater Technology Inc (SKYT.O)周三宣布，計(jì)劃與該州和普渡大學(xué)合作，投資 18 億美元在印第安納州建立一個(gè)芯片研究和生產(chǎn)設(shè)施。

  該公告發(fā)布前一天，美國(guó)參議院投票通過精簡(jiǎn)版的《芯片法案》(CHIPS Act)，為半導(dǎo)體行業(yè)提供數(shù)十億美元的補(bǔ)貼和稅收抵免。閱讀更多

  總部位于明尼蘇達(dá)州布盧明頓的 SkyWater 首席執(zhí)行官 Thomas Sonderman 表示：“加強(qiáng)我們的芯片制造設(shè)施的努力將依賴于 CHIPS 法案的資金?！薄奥?lián)邦投資將使 SkyWater 能夠更快地?cái)U(kuò)大我們的努力，以解決半導(dǎo)體制造戰(zhàn)略性回流的需求?！彼Y(jié)合說。

  據(jù)其發(fā)言人稱，SkyWater 預(yù)計(jì)新設(shè)施的破土動(dòng)工將在 2023 年進(jìn)行，但時(shí)間將取決于芯片立法是否獲得通過。

  SkyWater 表示，印第安納州的設(shè)施將位于西拉斐特的普渡校區(qū)，并補(bǔ)充說，該地點(diǎn)將幫助公司及其客戶從與大學(xué)的合作及其人才管道中受益。

  “我們即將通過對(duì)下一代技術(shù)的重大投資，這對(duì)于這個(gè)和未來項(xiàng)目的成功至關(guān)重要，這將確保印第安納州仍然是我們高科技國(guó)家安全經(jīng)濟(jì)的中心，”美國(guó)印第安納州參議員Todd Young 在 SkyWater 的聲明中說。

  SkyWater 在其明尼蘇達(dá)州工廠為汽車、航空航天、生物醫(yī)學(xué)、云計(jì)算和計(jì)算公司以及美國(guó)政府等客戶生產(chǎn)半導(dǎo)體。它還在佛羅里達(dá)州的基西米擁有先進(jìn)的芯片封裝設(shè)施，正在提高產(chǎn)量。

  美國(guó)國(guó)防部，大手筆資助一家小晶圓廠

  美國(guó)晶圓廠SkyWater Technology今天宣布，美國(guó)國(guó)防部 (DOD) 正在資助一項(xiàng)價(jià)值 2700 萬(wàn)美元的其他交易 (OT) 協(xié)議選項(xiàng)，以進(jìn)一步開發(fā)其 90 nm 戰(zhàn)略抗輻射 (RH90) FDSOI 技術(shù)平臺(tái)的知識(shí)產(chǎn)權(quán) (IP)。這是 SkyWater 與國(guó)防部之間的最新協(xié)議，旨在確保美國(guó)制造的芯片來源可靠且可信賴，用于戰(zhàn)略防御和太空應(yīng)用。

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

  SkyWater 的 RH90 平臺(tái)基于麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室的 90 納米完全耗盡絕緣體上硅 (FDSOI) 互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) 工藝，該工藝旨在生產(chǎn)能夠承受嚴(yán)苛環(huán)境的抗輻射(抗輻射)電子產(chǎn)品輻射環(huán)境。輻射效應(yīng)會(huì)迅速降低微電子器件的性能，如果不加以緩解，可能會(huì)導(dǎo)致性能受損、故障或完全失效。林肯實(shí)驗(yàn)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(jīng)營(yíng)純半導(dǎo)體代工廠的美國(guó)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(guó)防部的這種合作是 SkyWater 眾多公私合作伙伴關(guān)系的一個(gè)例子，這些合作伙伴關(guān)系使我們?cè)谶M(jìn)一步保護(hù)和加強(qiáng)我們的國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體供應(yīng)鏈方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，”SkyWater 總裁兼首席執(zhí)行官 Thomas Sonderman 說?！半S著美國(guó)在技術(shù)創(chuàng)新方面繼續(xù)引領(lǐng)世界，SkyWater 將繼續(xù)努力滿足美國(guó)政府的關(guān)鍵需求，提供國(guó)內(nèi)制造國(guó)防和航空航天應(yīng)用設(shè)備所需的可信半導(dǎo)體技術(shù)?！彼又f。

  帶你了解一家不一樣的晶圓代工廠

  賽普拉斯半導(dǎo)體公司(Cypress Semiconductor)在美國(guó)的明尼蘇達(dá)州擁有一座芯片制造基地，主要用于生產(chǎn)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(jì)90年代被賽普拉斯收購(gòu)。在那之后的25年多的時(shí)間里，賽普拉斯將該工廠的制程工藝逐步演進(jìn)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(jù)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(shí)現(xiàn)65nm芯片的生產(chǎn)。據(jù)悉，該工廠專注于為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用制造高容量的小批量產(chǎn)品，如專用SRAM和混合信號(hào)電路，而賽普拉斯在這里已經(jīng)擁有原型和工藝研發(fā)業(yè)務(wù)，SkyWater繼承了這份“遺產(chǎn)”。

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

  Oxbow

  據(jù)悉，是總部位于明尼蘇達(dá)州的私募股權(quán)公司Oxbow Industries LLC推出了SkyWater，該公司專門與公司管理層合作購(gòu)買和建立業(yè)務(wù)。必要時(shí)，Oxbow還向其公司注入管理人員，例如，Sonderman就是從半導(dǎo)體設(shè)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(jīng)驗(yàn)豐富。

  Sonderman在SkyWater招聘管理工作中度過了前15個(gè)月，并建立了“技術(shù)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(dòng)力。

  Sonderman認(rèn)為，制造工藝經(jīng)過幾十年的穩(wěn)定發(fā)展，以及線寬不斷微縮的情況下，現(xiàn)在需要進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)制程創(chuàng)新，以為5G通信和人工智能驅(qū)動(dòng)的后智能手機(jī)時(shí)代做好準(zhǔn)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(gòu)了TrueTouch電容式觸摸傳感業(yè)務(wù)。Sonderman表示，2018年，SkyWater的收入當(dāng)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(wù)。他補(bǔ)充說，這些比率包括晶圓生產(chǎn)和工程收入流。

  受到美國(guó)政府青睞

  Oxbow Industries參與收購(gòu)該公司的原因之一是，它看到了一家在美國(guó)本土擁有工廠的企業(yè)可以支持美國(guó)政府的目標(biāo)和計(jì)劃，特別是當(dāng)前政府關(guān)注的美國(guó)處于技術(shù)領(lǐng)先地位的，以及本土制造業(yè)。據(jù)悉，SkyWater在代工廠成立后的幾周內(nèi)就被美國(guó)國(guó)防部授予了1A級(jí)可信賴Foundry 廠稱號(hào)。

  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(zhì)，但它能有資格接受美國(guó)政府的計(jì)劃工作，可以說明其具有強(qiáng)大的信息處理系統(tǒng)和能力。也就是說，處理敏感信息的安全性和嚴(yán)謹(jǐn)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(tǒng)的混合信號(hào)CMOS工藝方面進(jìn)行批量生產(chǎn)，并且正在進(jìn)行相關(guān)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(tǒng)設(shè)計(jì)，適用于汽車和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。SkyWater還可以提供一項(xiàng)技術(shù)，通過低溫讀出IC(ROIC)和基于MEMS的微測(cè)輻射熱計(jì)成像實(shí)現(xiàn)紅外成像。SkyWater具有130nm和90nm的標(biāo)準(zhǔn)PDK [物理設(shè)計(jì)套件]。

  技術(shù)特色

  SkyWater提供研發(fā)設(shè)施，以幫助客戶開發(fā)新技術(shù)，并使其成熟到商業(yè)或量產(chǎn)的成熟度。這些創(chuàng)新工程服務(wù)在量子和超級(jí)計(jì)算的超導(dǎo)性、高速通信的硅光子學(xué)、MEMS、生物醫(yī)學(xué)電路、抗輻射電路等領(lǐng)域中運(yùn)行。

  SkyWater還為制造技術(shù)進(jìn)出工廠提供支持，這可能發(fā)生在兩個(gè)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(chǎn)量，但是當(dāng)需要更大的產(chǎn)量時(shí)，SkyWater將能夠?qū)⒐に囖D(zhuǎn)移到更高容量的工廠，從而使客戶受益，同時(shí)可以使SkyWater為更多的創(chuàng)新活動(dòng)騰出空間。同樣，批量代工廠通常希望將其生產(chǎn)平衡為較高產(chǎn)量設(shè)計(jì)的較低組合，因此希望減少批量生產(chǎn)。“我們正在與一家大型代工廠合作，將技術(shù)轉(zhuǎn)移到我們的工廠。我們處于一種可以在市場(chǎng)上彌補(bǔ)這種差距的模式，”Sonderman說。

  Sonderman強(qiáng)調(diào)，SkyWater不會(huì)作為一個(gè)溢出(overflow)的制造工廠運(yùn)作，那樣的話會(huì)被更大的代工廠制約?！拔覀儗碛凶约悍€(wěn)定的客戶和關(guān)系，”他說。

  Sonderman繼續(xù)說道：“我們的技術(shù)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(qiáng)調(diào)支持客戶在基于獨(dú)特IP的硅的前沿競(jìng)爭(zhēng)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(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，但是，我們專注于為客戶提供創(chuàng)新工程服務(wù)，以開發(fā)新技術(shù)和設(shè)備的流程，相應(yīng)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(shù)之一是基于碳納米管的FET工藝。該技術(shù)在SkyWater的一個(gè)名為3D SoC的計(jì)劃中提出，并由美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)根據(jù)其電子復(fù)興計(jì)劃(ERI)提供資金。

  “該計(jì)劃的目標(biāo)包括展示單片集成的3DSoC，預(yù)計(jì)可提供90nm尺寸，與7nm硅基性能相比，具有50倍的速度優(yōu)勢(shì)。這項(xiàng)技術(shù)可以代表一種全新的計(jì)算范例，也可以進(jìn)一步發(fā)展并擴(kuò)展到更高級(jí)的節(jié)點(diǎn)，以獲得更大的性能優(yōu)勢(shì)，“Sonderman說。

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

  SkyWater還在MEMS領(lǐng)域進(jìn)行著研發(fā)工作，正在研究采用氧化釩(vanadium-oxide)技術(shù)的圖像傳感器。另外，在硅光子學(xué)方面的工作已經(jīng)持續(xù)了三年多的時(shí)間，現(xiàn)在已投入生產(chǎn)。該工廠一直在用D-Wave進(jìn)行超導(dǎo)工作(關(guān)于量子計(jì)算)的研究，至今已有6年多了。

  業(yè)務(wù)拓展

  “我們看到，市場(chǎng)對(duì)我們的技術(shù)代工業(yè)務(wù)模式有著強(qiáng)烈的需求，并且產(chǎn)能利用率很高，”Sonderman說，處理200毫米直徑的晶圓是這類業(yè)務(wù)的最佳選擇，短期內(nèi)沒有將其轉(zhuǎn)移到300毫米晶圓的計(jì)劃。不過，他補(bǔ)充說，該公司正在尋找擴(kuò)大產(chǎn)能的選擇和途徑，包括對(duì)已有工廠的擴(kuò)張，還有收購(gòu)和其它形式的合作等，不僅要擴(kuò)充產(chǎn)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(shè)備，包括一個(gè)重要的測(cè)試設(shè)施，因此可以在那里進(jìn)行改造。第二種選擇是從現(xiàn)有工廠擠出更多的空間，以擴(kuò)充潔凈室區(qū)域。

  美國(guó)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(guó)本土建設(shè)下一代半導(dǎo)體廠，同時(shí)給半導(dǎo)體行業(yè)的相關(guān)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(guó)半導(dǎo)體制造廠法案(American Foundries Act)，該法案提出為美國(guó)國(guó)內(nèi)的半導(dǎo)體生產(chǎn)和研究撥款150億美元，同時(shí)為國(guó)家安全相關(guān)的關(guān)鍵半導(dǎo)體生產(chǎn)撥款50億美元。

  這兩個(gè)法案的推出，無疑是因?yàn)槊绹?guó)政界意識(shí)到美國(guó)在半導(dǎo)體生產(chǎn)領(lǐng)域已經(jīng)不再處于全球最領(lǐng)先的地位。目前，排名靠前的主流半導(dǎo)體代工廠中，美國(guó)只有一家GlobalFoundries。但是，我們也必須看到，在下一代半導(dǎo)體工藝器件等研究領(lǐng)域，美國(guó)的科研實(shí)力仍然引領(lǐng)著全球，而美國(guó)政府想要做的，就是把這些全球領(lǐng)先的研究成果盡量留在美國(guó)本土落地。這也是前述的兩個(gè)法案都提出要花大量資金扶持本土下一代半導(dǎo)體生產(chǎn)技術(shù)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(xiàng)半導(dǎo)體孵化計(jì)劃中扮演重要角色的半導(dǎo)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(gè)領(lǐng)域的產(chǎn)品上做交叉授權(quán)。

  在美國(guó)，政府在撥款進(jìn)行半導(dǎo)體領(lǐng)域相關(guān)的研究時(shí)，往往會(huì)有一個(gè)條款，即相關(guān)的芯片設(shè)計(jì)或工藝驗(yàn)證需要在政府認(rèn)證的“可靠代工廠”(trusted foundry)中完成，而SkyWater就屬于美國(guó)少數(shù)幾家有能力和意愿與科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行合作工藝開發(fā)的trusted foundry，這有點(diǎn)類似中國(guó)的“軍轉(zhuǎn)民”概念。但是，SkyWater的經(jīng)營(yíng)理念并不是從政府獲得補(bǔ)助，而是為獲得政府支持的機(jī)構(gòu)提供服務(wù)。軍工、航天等領(lǐng)域自然不必贅述，SkyWater和科研機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)提供MPW等流片相關(guān)的服務(wù)，以及合作開發(fā)工藝的機(jī)會(huì)。除了之前提到的和MIT等高校的碳納米管合作項(xiàng)目之外，SkyWater還與Google一起在近日發(fā)布了130nm的開源PDK，供半導(dǎo)體相關(guān)的研究人員免費(fèi)試用。雖然130nm已經(jīng)是十多年前的技術(shù)，但是其仍然能為一些集成電路的新設(shè)計(jì)提供物理設(shè)計(jì)驗(yàn)證。SkyWater的開源PDK將幫助從事電路設(shè)計(jì)研究的人員更快更好地完成概念驗(yàn)證，而省去了PDK授權(quán)的過程。另一方面，SkyWater也是科研機(jī)構(gòu)技術(shù)轉(zhuǎn)化的出口。在上周，MIT的林肯實(shí)驗(yàn)室發(fā)布消息，稱其完成了將自己的抗輻射半導(dǎo)體技術(shù)研究在SkyWater的商用化，相信這也是科研機(jī)構(gòu)向SkyWater做技術(shù)轉(zhuǎn)化的一個(gè)例證。最后，SkyWater在完成技術(shù)孵化后，也會(huì)考慮將自己的技術(shù)轉(zhuǎn)讓給更大的代工廠，從而提升這些技術(shù)的產(chǎn)能。最近SkyWater和GlobalFoundries的合作就是這方面的一個(gè)例證。這樣一來，SkyWater就完成了一個(gè)生態(tài)閉環(huán)：從為科研機(jī)構(gòu)提供流片服務(wù)和工藝合作開發(fā)，高校在完成技術(shù)開發(fā)原型后在SkyWater落地并小規(guī)模服務(wù)于其他有需要的科研機(jī)構(gòu)，到最后技術(shù)在SkyWater經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的驗(yàn)證后最終落地到更大的美國(guó)代工廠(如GlobalFoundries)，這個(gè)閉環(huán)中的所有環(huán)節(jié)主要的客戶全部都是美國(guó)機(jī)構(gòu)，而技術(shù)也就留在了美國(guó)。

  SkyWater值得我們借鑒的地方，正式其獨(dú)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(guān)項(xiàng)目提供支持和服務(wù)的代工廠，同時(shí)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(huì)為半導(dǎo)體領(lǐng)域的產(chǎn)學(xué)研轉(zhuǎn)化帶來很大價(jià)值。目前，在我國(guó)也有大量的半導(dǎo)體工藝相關(guān)研究，而這些研究，尤其是下一代半導(dǎo)體技術(shù)，在進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)化時(shí)，往往會(huì)遇到研究與商業(yè)之間的不匹配問題。在進(jìn)行研究時(shí)，科研機(jī)構(gòu)主要做的是提出未來潛力很大的技術(shù)并完成原型驗(yàn)證;而這些原型技術(shù)還需要大量的工程迭代才能真正大規(guī)模商用。對(duì)于純商業(yè)化的半導(dǎo)體代工廠來說，做這些技術(shù)的商業(yè)落地意味著高風(fēng)險(xiǎn)，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(jī)構(gòu)的長(zhǎng)項(xiàng)，因此最理想的情況是由一個(gè)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(shù)轉(zhuǎn)化給大型的商業(yè)化半導(dǎo)體代工廠。此外，通過將新的半導(dǎo)體工藝技術(shù)首先在這類小型代工廠中投入生產(chǎn)，可以為其他科研機(jī)構(gòu)基于新技術(shù)開發(fā)應(yīng)用提供方便，從而真正把新技術(shù)的生態(tài)做起來。在美國(guó)有SkyWater，而在歐洲類似的機(jī)構(gòu)則有IMEC，我們認(rèn)為我國(guó)也可以借鑒這些經(jīng)驗(yàn)，從而讓中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的產(chǎn)學(xué)研轉(zhuǎn)化更加順暢，同時(shí)也加速我國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)的技術(shù)發(fā)展。