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IC企业如何突破技术瓶颈,融入国际供应链体系?中芯长电的做法值得借鉴!

作者:陈炳欣来源:中国电子报、电子信息产业网发布时间:2017-09-20 我要评论

  

  图为美国高通公司全球运营高级副总裁陈若文向中芯长电首席执行官崔东赠送10nm芯片凸块加工晶圆

  在9月15日召开的“携手创芯,合作共赢——先进技术节点集成电路产业链深化合作研讨会”(以下简称“研讨会”)上,中芯长电与美国高通公司共同发布一则消息:中芯长电已经开始着手进行高通10纳米硅片超高密度凸块加工的认证。这是2016年中芯长电14纳米凸块加工实现量产并进入高通供应链之后的又一个重要新进展。

  这意味着一旦认证通过,中芯长电将继28纳米和14纳米之后,再次切入目前高通最先进的10纳米芯片制造供应链之中。同时,中芯长电也将成为国内第一家进入国际10纳米先进工艺技术节点产业链的半导体硅片制造公司。

  中芯长电是中芯国际为配合28纳米及以下工艺技术的量产、完善先进的集成电路制造产业链,与长电科技合资成立的面向中段硅片代工制造的企业,成立三年(创始团队2014年9月15日入驻,公司2014年11月在江阴高新区注册成立)来,已经取得一系列成果。

  在实际工作当中,中芯长电采取的一些工作做法,如采用先进的前道制造体系对中段制造进行精细化管理、全面对接先进封装需求、持续跟进国际先进工艺、致力融入国际供应链体系等,都非常有代表性。集成电路一直是中国致力发展的关键性产业之一,然而如何突破产业、技术瓶颈,融入国际供应链体系一直是困扰国内许多企业的问题,中芯长电的一些做法值得借鉴。

  10纳米,进入国际最先进产业链

  对半导体产业来说,一条发展的不二法则就是致力于开发和制造尺寸更小、处理速度更快、成本更低的晶体管,以获取更大的产业规模和更高的销售收入。这正是“摩尔定律”的精髓——每18个月集成电路芯片集成的晶体管数量将实现翻倍,成本下降一半。

  但是随着产业进入更先进的加工技术节点,特别是在22纳米及以后,“摩尔定律”受到越来越多的挑战。随着物理极限的临近,单个晶体管的成本很难再像过去一样得到显著降低。正是在这个背景下,人们开始把注意力放在系统集成层面寻找解决方案,也就是通过先进的硅片级封装技术,把不同工艺技术代的裸芯封装在一个硅片级的系统里,兼顾性能、功耗和传输速度的要求。

  这一做法导致集成电路产业结构发生巨大变化,打破了前后段芯片加工的传统分工。为了实现硅片级芯片间的互联,产生了凸块加工(Bumping)、再布线(RDL)、硅通孔(TSV)等中段工艺,而且中段硅片加工随着半导体工艺技术的演进重要性不断增加。

  目前,国际上实现规模量产的工艺节点,已经演进到10纳米,台积电、三星均已推出10纳米工艺的晶圆代工服务,高通、华为海思等设计公司也采用10纳米工艺进行其旗舰级产品的生产。同样的,作为整个产业链的关键一环,凸块加工(Bumping)等中段工艺也必须推进到10纳米阶段。

  2016年中芯长电的28纳米和14纳米硅片凸块加工工艺实现了大规模的量产,并且成功进入高通供应链。此次,中芯长电再次进行高通10纳米硅片超高密度凸块加工的认证,显示出中芯长电在凸块加工技术上的领先性,完全能够跟上世界产业链技术进步的步伐。

  对此,中芯长电半导体首席执行官崔东说:“我们的10纳米硅片超高密度凸块技术开始认证,说明了我们能够继续跻身世界最先进的技术节点集成电路制造产业链。从公司角度来看,高通作为全球最大的IC设计公司,选择我们从28纳米进入其供应链,去年进入14纳米,今年进入10纳米,代表了其对中芯长电公司在品质、运营管理等综合能力上的认可。”

  根据高通全球运营高级副总裁陈若文的介绍,中芯长电是最近几年来高通唯一新引入的中段硅片凸块加工制造供应商。“此次10纳米超高密度凸块加工开始认证,表明中芯长电在中段凸块加工领域取得突破性进展,工艺技术水平达到了世界一流。” 陈若文说。

  3D IC,产业布局趋于完整

  除了在凸块(Bumping)取得快速进展之外,中芯长电对中段加工的另外两项关键技术也在积极布局。

  研讨会上,中芯长电还宣布了另外两项举措:一是面向当前热潮不断的存储器产业,推出低温再布线硅片级封装技术。再布线(RDL)技术是将原来设计的IC线路接点位置(I/O pad),通过晶圆级金属布线制程和凸块制程改变其接点位置,使IC能适用于不同的封装形式。而低温再布线硅片级封装技术可以满足部分存储器产品较为独特的封装需求。据悉,中芯长电的低温再布线硅片级封装技术已实现量产用于客户的产品加工。

  另一项产业策略则与TSV技术相关,中芯长电获得了中芯国际Interposer技术授权和工艺转让。Interposer技术是3D IC中的主流技术分支,通过它可向TSV延伸,实现对中道硅片加工技术的全面布局,将芯片制造与封装技术有机融合和系统集成来完成多芯片的高性能、快速度和低功耗的组合。

  “中段硅片加工和三维集成加工的三项最基本的工艺是凸块加工(Bumping)、再布线(RDL)和硅通孔(TSV)。获得中芯国际的技术授权和转让后,中芯长电就具备了完整的中段硅片加工基本工艺能力,标志着中芯长电有望成为全面配套先进技术节点,对接各种先进硅片级封装技术需求的中段硅片加工和三维集成芯片加工企业。”崔东说。

  中芯长电曾在2016年举行14纳米凸块加工的量产仪式,宣布中段工艺技术取得突破进展。如果说那时的中芯长电是在Bumping工艺上一枝独秀、单线突进的话,那么经过一年多的发展,其产业布局已经相对完整了。

  硅片级中道封装,企业定位明确

  随着移动市场芯片产品小尺寸、低功耗、高性能、多集成的需求,加上持续增长的巨大市场的诱惑,以及技术瓶颈的限制,多重因素共同作用下,晶圆级芯片封装在未来三维封装技术中扮演重要角色。

  业界已普遍认识到,基于凸块加工(Bumping)、再布线(RDL)、硅通孔(TSV)的三维封装技术是超越摩尔定律的重要解决方案,是未来半导体芯片连接的重要趋势。中芯长电布局三大关键技术,已经占据了良好的出发位置。

  “这样的技术布局明确了公司的市场定位。”崔东指出,“中芯长电是中芯国际和长电科技共同出资发起成立的,因此建立之初就有着明确的产业定位,即对应未来的高端封装需求。我们不是‘胡子眉光一把抓’,而是针对先进技术节点芯片的配套需求,致力于解决硅片级封装中存在技术难点的中段工艺。这是中芯长电的企业定位。”

  中芯国际董事长、同时也是中芯长电的董事长周子学表达得更加明确:“现在中芯国际专注于前段工艺的发展,而中芯长电面向中段工艺和3D IC,长电科技(中芯国际为其第一大股东)则发展后段封装。未来我们将有机会为客户提供更加完整的产业链解决方案,满足客户多方面的业务需求。”

  受益于优秀的制造体系和标准,中芯长电的制造服务被越来越多客户所认可,不仅高通在28、14纳米之后,继续推进与中芯长电在10纳米节点凸块加工上的合作。中芯长电还在积极扩展存储器测试封装上的业务。

  “针对中国蓬勃发展的存储器市场,公司发挥在硅片测试服务领域深厚的技术优势,验证和引进了T5800系列测试平台。该测试平台具有测试精度高、速度快的优势,将能满足中国存储器芯片技术水平提升的更高技术需求,也显著提高存储器产品的测试效率。该测试平台还具有广泛的产品适用性,不仅适用于NOR Flash的测试,也能满足NAND和DRAM产品的测试需求。”崔东告诉记者。为全方位服务存储器产品市场,满足存储器产品较为独特的封装需求,中芯长电还推出了低温再布线硅片级封装技术,已用于客户的产品加工。

  中芯长电的努力,也得到了业界的认可。在研讨会上,兆易创新CEO朱一明便表达了与中芯长电着眼长期、进一步深入合作的意愿。“中芯长电未来将是兆易创新在封装测试上的重要合作伙伴。”朱一明说。

  

  万片规模,全面采用前段质管体系

  除了在关键技术上进行布局与准备之外,中芯长电在规模量产上也有重大突破。资料显示,中芯长电半导体的12英寸28纳米凸块加工技术在2015年年底通过客户的产品验证,2016年1月开始承接客户订单,经过半年的量产爬坡,即实现了规模量产,达到每月千片的量产规模。

  “现在的中芯长电已经实现了12英寸晶圆单月1万片以上的大规模出货了。”崔东告诉记者。而公司凸块加工产能则达到每月2万片以上。

  更重要的是,中芯长电在产量大幅提升的同时,仍然保持业界一流的生产良率,并在接触电阻、超低介电常数(ELK)材料缺陷控制等关键技术指标上,达到业界领先水平。

  “之所以能够做到这一点,是与中芯长电规划之初所做的一项重要决策密不可分的。”崔东告诉记者。作为介于前段和后段之间的新兴产业区段,中段工艺形成之初就受着前、后道的共同影响,公司既可以选择传统封装的制造体系与标准,也可以按前段晶圆制造的思想去组织生产管理体系。

  “我们选择了走中芯国际前段的质量管理体系,无论是IT系统、质量管控系统,还是客户服务系统都脱胎于中芯国际。现在看来这个选择是正确的。”崔东说。

  成立之初,中芯长电就以先进的12英寸凸块和再布线加工起步,致力于提供世界一流的中段硅片制造和测试服务,并进一步发展先进的三维系统集成芯片业务。打造全球首家采用集成电路前段芯片制造体系和标准、采用独立专业代工模式服务全球客户的中段硅片制造企业,成为中芯长电独特的优势。

  有前期工作打下扎实的基础,后期上量就有了保障,产能规模爬升得也很快。更关键的是,在这样规模提升的情况下,中芯长电产品的良率和生产周期不会受到影响,产品的良率与全球领先的同业公司相比并不落后。可以说,现在中芯长电的运营品质即使在全球同业当中都是处于前列的。

  二期工程启动,为后续发展做准备

  在有了技术与量产规模的保障后,中芯长电开始为产能扩充做准备。就在“研讨会”的同一天,中芯长电还举行了“二期J2A厂房”工程的奠基仪式。

  “公司一期运营所使用的生产厂房是租赁长电科技厂房改造而成的。当初之所以这么做,是为了快速导入生产,抓住稍纵即逝的市场机会。现在,公司已经形成稳定的生产,产量不断爬升,有必要启动二期项目,为后续的可持续发展做好充分准备。”崔东说。

  据了解,二期项目完全由中芯长电公司自主建设,项目占地共273亩,可建设三座先进的硅片加工厂,从事先进的中段硅片和3D系统集成芯片研发和制造。本次举行奠基仪式的是二期项目规划三座厂房中的第一座——J2A厂房项目。此次开工项目占地面积总共近1.8万平方米,建筑面积超过6.2万平方米。

  “二期项目建设,将确保公司有条件及时扩大产能规模,抓住不断增长的对集成电路先进工艺技术节点配套需要的先进硅片级封装的市场需求,使公司在一期项目高起点、快速度顺利起步的基础上,更好地为国内外高端客户提供持续稳定的量产保证,进一步巩固公司在行业中地位。”崔东说。

  此外,二期项目建设,仍将继续按照产业链协同发展的战略,充分考虑与长电科技、星科金朋江阴公司的业务衔接,提供客户更多形式的、高水平的一站式服务。

  50亿元,再次获得融资支持

  集成电路是典型的资金密集、技术密集、人才密集的产业,从业企业的发展离不开资金的支持。中芯长电在建设之初5000万美元的基础上,于2015年9月完成了包括国家集成电路产业投资基金参与在内的2.8亿美元第二轮融资。现在,中芯长电再次获得融资的支持。

  本次活动现场,中芯长电与国家开发银行江苏省分行签署了50亿元的开发性金融合作备忘录。根据中芯长电的业务发展规划和融资需求,以及国开行对中芯长电的信用评审结果,自2017年至2022年期间,双方在各类金融产品上的意向合作融资总量为50亿元人民币或等值外汇。

  国家开发银行江苏省分行还将在未来五年按照国家及开行政策进一步支持中芯长电项目建设,积极引导其他金融机构及各类社会资金支持中芯长电建设成为国际领先硅片级中段加工企业。

  “有国家开发银行江苏省分行的鼎力支持,中芯长电半导体公司将能够加大对先进工艺技术和应用的研发力度,加大客户拓展的力度,加快厂房建设和产线建设,满足客户大规模产能的需求,对于中芯长电半导体公司发展成为领先的中段硅片制造和三维集成芯片加工企业起到极大的推动作用。”崔东表示。

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