帶你了解一家不一樣的晶圓代工廠｜半導體行業觀察

來源：本文由公眾號半導體行業觀察（ID：icbank）翻譯自「eenews」，謝謝。

賽普拉斯半導體公司（Cypress Semiconductor）在美國的明尼蘇達州擁有一座晶元製造基地，主要用於生產模擬和特種工藝類晶元。該基地最初是由Control Data公司創建的，在20世紀90年代被賽普拉斯收購。在那之後的25年多的時間裡，賽普拉斯將該工廠的製程工藝逐步演進至65nm。

而在2017年3月1日，一家名為SkyWater的晶圓代工廠成立了，並接管了原本屬於賽普拉斯的這座晶元製造基地。據該公司的CEO Tom Sonderman介紹，該工廠所採用的常規製程為130nm和90nm，也可以實現65nm晶元的生產。據悉，該工廠專註於為物聯網應用製造高容量的小批量產品，如專用SRAM和混合信號電路，而賽普拉斯在這裡已經擁有原型和工藝研發業務，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於所處理電路的複雜程度和產品組合。

Oxbow

據悉，是總部位於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，並建立了「技術代工」的能力，這些能力可以引起業界的共鳴，並幫助SkyWater獲得動力。

Sonderman認為，製造工藝經過幾十年的穩定發展，以及線寬不斷微縮的情況下，現在需要進一步強調製程創新，以為5G通信和人工智慧驅動的後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.，該公司於2015年從賽普拉斯收購了TrueTouch電容式觸摸感測業務。Sonderman表示，2018年，SkyWater的收入當中，約有60％源於與賽普拉斯的合作，另外的40%則來源於代工業務。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於技術領先地位的，以及本土製造業。據悉，SkyWater在代工廠成立後的幾周內就被美國國防部授予了1A級可信賴Foundry 廠稱號。

這肯定有助於SkyWater獲得更多的合同訂單。雖然其他客戶並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，並且正在進行相關的開發工作，該開發與200mm直徑硅晶片的製造兼容。

目前，SkyWater的主流製程是130nm S8工藝，支持嵌入式快閃記憶體和RF的可編程片上系統設計，適用於汽車和物聯網應用。SkyWater還可以提供一項技術，通過低溫讀出IC（ROIC）和基於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提供研發設施，以幫助客戶開發新技術，並使其成熟到商業或量產的成熟度。這些創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、生物醫學電路、抗輻射電路等領域中運行。

SkyWater還為製造技術進出工廠提供支持，這可能發生在兩個方向。

Sonderman解釋說，製造工藝可以在Bloomington商業化，並在那裡採用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。我們處於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）的製造工廠運作，那樣的話會被更大的代工廠制約。「我們將擁有自己穩定的客戶和關係，」他說。

Sonderman繼續說道：「我們的技術代工模型與專業代工廠或More-than-Moore代工廠之間的區別就在於此。More-than-Moore方法強調支持客戶在基於獨特IP的硅的前沿競爭能力，以及能夠處理超出硅的新材料。SkyWater在我們支持的製程工藝方面並不具備領先優勢，但是，我們專註於為客戶提供創新工程服務，以開發新技術和設備的流程，相應的PDK與其它代工廠不兼容。「

製程工藝

SkyWater正在追求的高度差異化的技術之一是基於碳納米管的FET工藝。該技術在SkyWater的一個名為3D SoC的計劃中提出，並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倍的速度優勢。這項技術可以代表一種全新的計算範例，也可以進一步發展並擴展到更高級的節點，以獲得更大的性能優勢，「Sonderman說。

低維材料，如石墨烯和硫化鉬（molybdenum-sulphide），已經研究了很多年，它們在商業階段的首次亮相即將出現。SkyWater也很願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領域進行著研發工作，正在研究採用氧化釩（vanadium-oxide）技術的圖像感測器。另外，在硅光子學方面的工作已經持續了三年多的時間，現在已投入生產。該工廠一直在用D-Wave進行超導工作（關於量子計算）的研究，至今已有6年多了。

業務拓展

「我們看到，市場對我們的技術代工業務模式有著強烈的需求，並且產能利用率很高，」Sonderman說，處理200毫米直徑的晶圓是這類業務的最佳選擇，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，儘管Bloomington工廠幾乎裝滿了設備，包括一個重要的測試設施，因此可以在那裡進行改造。第二種選擇是從現有工廠擠出更多的空間，以擴充潔凈室區域。

「2019將是SkyWater繼續過渡和轉型的一年，2020年將實現快速增長。美國和歐洲對200毫米晶圓代工的需求量依然很大，除此之外，我認為還會有其他可能引起我們興趣的情況出現，拭目以待吧。」Sonderman說。

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