這家被美國寄予厚望的晶圓廠(chǎng)，斥巨資擴產(chǎn)

  ICC訊  據路透社報道，美國半導體制造商 SkyWater Technology Inc 周三宣布，計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)設施。該公告發(fā)布前一天，美國參議院投票通過(guò)精簡(jiǎn)版的《芯片法案》(CHIPS Act)，為半導體行業(yè)提供數十億美元的補貼和稅收抵免。

  7 月 20 日(路透社)——美國半導體制造商 SkyWater Technology Inc (SKYT.O)周三宣布，計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)設施。

  該公告發(fā)布前一天，美國參議院投票通過(guò)精簡(jiǎn)版的《芯片法案》(CHIPS Act)，為半導體行業(yè)提供數十億美元的補貼和稅收抵免。閱讀更多

  總部位于明尼蘇達州布盧明頓的 SkyWater 首席執行官 Thomas Sonderman 表示：“加強我們的芯片制造設施的努力將依賴(lài)于 CHIPS 法案的資金?！薄奥?lián)邦投資將使 SkyWater 能夠更快地擴大我們的努力，以解決半導體制造戰略性回流的需求?！彼Y合說(shuō)。

  據其發(fā)言人稱(chēng)，SkyWater 預計新設施的破土動(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(guò)。

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

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

  SkyWater 在其明尼蘇達州工廠(chǎng)為汽車(chē)、航空航天、生物醫學(xué)、云計算和計算公司以及美國政府等客戶(hù)生產(chǎn)半導體。它還在佛羅里達州的基西米擁有先進(jìn)的芯片封裝設施，正在提高產(chǎn)量。

  美國國防部，大手筆資助一家小晶圓廠(chǎng)

  美國晶圓廠(chǎng)SkyWater Technology今天宣布，美國國防部 (DOD) 正在資助一項價(jià)值 2700 萬(wàn)美元的其他交易 (OT) 協(xié)議選項，以進(jìn)一步開(kāi)發(fā)其 90 nm 戰略抗輻射 (RH90) FDSOI 技術(shù)平臺的知識產(chǎn)權 (IP)。這是 SkyWater 與國防部之間的最新協(xié)議，旨在確保美國制造的芯片來(lái)源可靠且可信賴(lài)，用于戰略防御和太空應用。

  這是 SkyWater 的 RH90 技術(shù)路線(xiàn)圖的又一步，也是國防部先前宣布的對SkyWater 投資高達 1.7 億美元以擴大戰略抗輻射電子產(chǎn)品的陸上生產(chǎn)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(xué)院林肯實(shí)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(chǎn)能夠承受?chē)揽镰h(huán)境的抗輻射(抗輻射)電子產(chǎn)品輻射環(huán)境。輻射效應會(huì )迅速降低微電子器件的性能，如果不加以緩解，可能會(huì )導致性能受損、故障或完全失效。林肯實(shí)驗室開(kāi)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)純半導體代工廠(chǎng)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(guān)系的一個(gè)例子，這些合作伙伴關(guān)系使我們在進(jìn)一步保護和加強我們的國內半導體供應鏈方面取得了長(cháng)足的進(jìn)步，”SkyWater 總裁兼首席執行官 Thomas Sonderman 說(shuō)?！半S著(zhù)美國在技術(shù)創(chuàng )新方面繼續引領(lǐng)世界，SkyWater 將繼續努力滿(mǎn)足美國政府的關(guān)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(shù)?！彼又?zhù)說(shuō)。

  帶你了解一家不一樣的晶圓代工廠(chǎng)

  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(chǎn)模擬和特種工藝類(lèi)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(shí)間里，賽普拉斯將該工廠(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)所采用的常規制程為130nm和90nm，也可以實(shí)現65nm芯片的生產(chǎn)。據悉，該工廠(chǎng)專(zhuān)注于為物聯(lián)網(wǎng)應用制造高容量的小批量產(chǎn)品，如專(zhuān)用SRAM和混合信號電路，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200毫米直徑的晶圓有30個(gè)掩膜層，則該工廠(chǎng)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施時(shí)所具有的產(chǎn)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(chǎn)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(zhuān)門(mén)與公司管理層合作購買(mǎi)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就是從半導體設備公司Rudoph Industries招募過(guò)來(lái)的，他之前在Globalfoundries工作了很多年，在晶圓代工方面經(jīng)驗豐富。

  Sonderman在SkyWater招聘管理工作中度過(guò)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認為，制造工藝經(jīng)過(guò)幾十年的穩定發(fā)展，以及線(xiàn)寬不斷微縮的情況下，現在需要進(jìn)一步強調制程創(chuàng )新，以為5G通信和人工智能驅動(dòng)的后智能手機時(shí)代做好準備。

  2017年3月1日，SkyWater的收入中，有97%來(lái)自賽普拉斯，3%來(lái)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(wù)。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(lái)源于代工業(yè)務(wù)。他補充說(shuō)，這些比率包括晶圓生產(chǎn)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(chǎng)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(guān)注的美國處于技術(shù)領(lǐng)先地位的，以及本土制造業(yè)。據悉，SkyWater在代工廠(chǎng)成立后的幾周內就被美國國防部授予了1A級可信賴(lài)Foundry 廠(chǎng)稱(chēng)號。

  這肯定有助于SkyWater獲得更多的合同訂單。雖然其他客戶(hù)并不直接要求這種資質(zhì)，但它能有資格接受美國政府的計劃工作，可以說(shuō)明其具有強大的信息處理系統和能力。也就是說(shuō)，處理敏感信息的安全性和嚴謹性可以使SkyWater的所有客戶(hù)受益，無(wú)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(jìn)行批量生產(chǎn)，并且正在進(jìn)行相關(guān)的開(kāi)發(fā)工作，該開(kāi)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(chē)和物聯(lián)網(wǎng)應用。SkyWater還可以提供一項技術(shù)，通過(guò)低溫讀出IC(ROIC)和基于MEMS的微測輻射熱計成像實(shí)現紅外成像。SkyWater具有130nm和90nm的標準PDK [物理設計套件]。

  技術(shù)特色

  SkyWater提供研發(fā)設施，以幫助客戶(hù)開(kāi)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)在量子和超級計算的超導性、高速通信的硅光子學(xué)、MEMS、生物醫學(xué)電路、抗輻射電路等領(lǐng)域中運行。

  SkyWater還為制造技術(shù)進(jìn)出工廠(chǎng)提供支持，這可能發(fā)生在兩個(gè)方向。

  Sonderman解釋說(shuō)，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，但是當需要更大的產(chǎn)量時(shí)，SkyWater將能夠將工藝轉移到更高容量的工廠(chǎng)，從而使客戶(hù)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(chǎng)通常希望將其生產(chǎn)平衡為較高產(chǎn)量設計的較低組合，因此希望減少批量生產(chǎn)?！拔覀冋谂c一家大型代工廠(chǎng)合作，將技術(shù)轉移到我們的工廠(chǎng)。我們處于一種可以在市場(chǎng)上彌補這種差距的模式，”Sonderman說(shuō)。

  Sonderman強調，SkyWater不會(huì )作為一個(gè)溢出(overflow)的制造工廠(chǎng)運作，那樣的話(huà)會(huì )被更大的代工廠(chǎng)制約?！拔覀儗碛凶约悍€定的客戶(hù)和關(guān)系，”他說(shuō)。

  Sonderman繼續說(shuō)道：“我們的技術(shù)代工模型與專(zhuān)業(yè)代工廠(chǎng)或More-than-Moore代工廠(chǎng)之間的區別就在于此。More-than-Moore方法強調支持客戶(hù)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(lǐng)先優(yōu)勢，但是，我們專(zhuān)注于為客戶(hù)提供創(chuàng )新工程服務(wù)，以開(kāi)發(fā)新技術(shù)和設備的流程，相應的PDK與其它代工廠(chǎng)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(shù)可以代表一種全新的計算范例，也可以進(jìn)一步發(fā)展并擴展到更高級的節點(diǎn)，以獲得更大的性能優(yōu)勢，“Sonderman說(shuō)。

  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(lǐng)域進(jìn)行著(zhù)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)持續了三年多的時(shí)間，現在已投入生產(chǎn)。該工廠(chǎng)一直在用D-Wave進(jìn)行超導工作(關(guān)于量子計算)的研究，至今已有6年多了。

  業(yè)務(wù)拓展

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

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

  美國扶持特種工藝代工廠(chǎng)帶來(lái)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(chǎng)，同時(shí)給半導體行業(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半導體制造廠(chǎng)法案(American Foundries Act)，該法案提出為美國國內的半導體生產(chǎn)和研究撥款150億美元，同時(shí)為國家安全相關(guān)的關(guān)鍵半導體生產(chǎn)撥款50億美元。

  這兩個(gè)法案的推出，無(wú)疑是因為美國政界意識到美國在半導體生產(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體代工廠(chǎng)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(lǐng)域，美國的科研實(shí)力仍然引領(lǐng)著(zhù)全球，而美國政府想要做的，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半導體孵化計劃中扮演重要角色的半導體代工廠(chǎng)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。

  在美國，政府在撥款進(jìn)行半導體領(lǐng)域相關(guān)的研究時(shí)，往往會(huì )有一個(gè)條款，即相關(guān)的芯片設計或工藝驗證需要在政府認證的“可靠代工廠(chǎng)”(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(jìn)行合作工藝開(kāi)發(fā)的trusted foundry，這有點(diǎn)類(lèi)似中國的“軍轉民”概念。但是，SkyWater的經(jīng)營(yíng)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(wù)。軍工、航天等領(lǐng)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(guān)的服務(wù)，以及合作開(kāi)發(fā)工藝的機會(huì )。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(kāi)源PDK，供半導體相關(guān)的研究人員免費試用。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計提供物理設計驗證。SkyWater的開(kāi)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(guò)程。另一方面，SkyWater也是科研機構技術(shù)轉化的出口。在上周，MIT的林肯實(shí)驗室發(fā)布消息，稱(chēng)其完成了將自己的抗輻射半導體技術(shù)研究在SkyWater的商用化，相信這也是科研機構向SkyWater做技術(shù)轉化的一個(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)轉讓給更大的代工廠(chǎng)，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(lái)，SkyWater就完成了一個(gè)生態(tài)閉環(huán)：從為科研機構提供流片服務(wù)和工藝合作開(kāi)發(fā)，高校在完成技術(shù)開(kāi)發(fā)原型后在SkyWater落地并小規模服務(wù)于其他有需要的科研機構，到最后技術(shù)在SkyWater經(jīng)過(guò)較長(cháng)時(shí)間的驗證后最終落地到更大的美國代工廠(chǎng)(如GlobalFoundries)，這個(gè)閉環(huán)中的所有環(huán)節主要的客戶(hù)全部都是美國機構，而技術(shù)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(guān)項目提供支持和服務(wù)的代工廠(chǎng)，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 )為半導體領(lǐng)域的產(chǎn)學(xué)研轉化帶來(lái)很大價(jià)值。目前，在我國也有大量的半導體工藝相關(guān)研究，而這些研究，尤其是下一代半導體技術(shù)，在進(jìn)行技術(shù)轉化時(shí)，往往會(huì )遇到研究與商業(yè)之間的不匹配問(wèn)題。在進(jìn)行研究時(shí)，科研機構主要做的是提出未來(lái)潛力很大的技術(shù)并完成原型驗證;而這些原型技術(shù)還需要大量的工程迭代才能真正大規模商用。對于純商業(yè)化的半導體代工廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，做這些技術(shù)的商業(yè)落地意味著(zhù)高風(fēng)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(cháng)項，因此最理想的情況是由一個(gè)介于中間的小型代工廠(chǎng)來(lái)合作開(kāi)發(fā)并完成工程迭代，然后再把孵化成功的技術(shù)轉化給大型的商業(yè)化半導體代工廠(chǎng)。此外，通過(guò)將新的半導體工藝技術(shù)首先在這類(lèi)小型代工廠(chǎng)中投入生產(chǎn)，可以為其他科研機構基于新技術(shù)開(kāi)發(fā)應用提供方便，從而真正把新技術(shù)的生態(tài)做起來(lái)。在美國有SkyWater，而在歐洲類(lèi)似的機構則有IMEC，我們認為我國也可以借鑒這些經(jīng)驗，從而讓中國半導體行業(yè)的產(chǎn)學(xué)研轉化更加順暢，同時(shí)也加速我國半導體行業(yè)的技術(shù)發(fā)展。