摩爾定律發(fā)展至今，大規(guī)模集成電路芯片上晶體管數(shù)量隨時(shí)間呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。值得指出的是，MOS晶體管是高速增長(zhǎng)的根本，甚至可以說(shuō)，摩爾定律的進(jìn)步主要功勞在于MOS晶體管的持續(xù)進(jìn)步。而大規(guī)模集成電路的確是當(dāng)今信息社會(huì)數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理的基礎(chǔ)。

上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司

執(zhí)行副總裁孔蔚然博士

半導(dǎo)體工藝制程有成熟工藝和先進(jìn)工藝之分，由成熟工藝優(yōu)化而來(lái)的特色工藝，其市場(chǎng)占比約為40%左右，這一巨大市場(chǎng)機(jī)會(huì)吸引著多家半導(dǎo)體廠商目光，而華虹集團(tuán)旗下華虹宏力就是最具代表性的一家。上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司執(zhí)行副總裁孔蔚然博士，在SEMICON China 2019先進(jìn)制造論壇上指出，特色工藝的進(jìn)步有別于先進(jìn)工藝，它并不依賴于光刻機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)器件的尺寸微縮和進(jìn)步，而是依據(jù)半導(dǎo)體器件不同的物理特性及需求來(lái)研發(fā)優(yōu)化不同的產(chǎn)品。華虹宏力主打的主要特色工藝包括閃存、功率半導(dǎo)體、射頻器件等。

孔蔚然博士表示，華虹宏力8英寸晶圓廠的技術(shù)越來(lái)越偏向于電壓比較高的特色工藝，基于這些特色工藝生產(chǎn)的半導(dǎo)體芯片是物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子、5G等相關(guān)應(yīng)用的基礎(chǔ)。MOS晶體管問(wèn)世60年來(lái)結(jié)構(gòu)原理上并無(wú)本質(zhì)變化，但高壓MOS技術(shù)在不斷更新，如果跟不上更新的步伐就很容易被淘汰，目前華虹宏力的特色工藝基本都需要高壓MOS器件，比如嵌入式非易失性存儲(chǔ)器（eNVM）、功率器件、BCD、HV等都涉及到高壓MOS晶體管。

在功率器件領(lǐng)域，由于現(xiàn)在的高鐵、電動(dòng)汽車等改變生活的應(yīng)用都是依靠先進(jìn)的硅基技術(shù)，讓大多數(shù)只有一個(gè)晶體管的功率器件，可以承受300安培650伏甚至是1200伏的電壓。孔蔚然博士強(qiáng)調(diào)，特色工藝不能用光刻技術(shù)節(jié)點(diǎn)來(lái)定義其是否先進(jìn)。實(shí)際上更多的是利用成熟的特色工藝去優(yōu)化如電源管理芯片、射頻前端模組、eNVM等器件的開(kāi)發(fā)與制造。隨著智能化時(shí)代的到來(lái)，滿足未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子、通訊、智能交通等應(yīng)用領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，對(duì)特色工藝都會(huì)有強(qiáng)勁的需求。

但特色工藝實(shí)現(xiàn)難度從某種意義上說(shuō)并不亞于先進(jìn)工藝。在高壓器件上，華虹宏力銷量最好的產(chǎn)品之一便是DT-Super Junction MOSFET，據(jù)本刊了解，其通過(guò)一個(gè)DeepTrench來(lái)承受高壓，工藝流程緊湊簡(jiǎn)捷，同時(shí)有效地降低了結(jié)電阻，進(jìn)一步縮小了器件面積，可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通電阻更低、芯片面積更小、開(kāi)關(guān)速度更快、開(kāi)關(guān)損耗更低的解決方案。

通過(guò)系統(tǒng)性進(jìn)行工藝平臺(tái)建設(shè)，在器件結(jié)構(gòu)研究、模型參數(shù)提取、設(shè)計(jì)環(huán)境建設(shè)、線路架構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證、應(yīng)用系統(tǒng)研究等方面，華虹宏力多年持續(xù)的、大力度的研發(fā)投入，終于換來(lái)高壓工藝研發(fā)體系整體領(lǐng)先業(yè)界。例如，針對(duì)高壓會(huì)一定程度導(dǎo)致Flash scaling放慢現(xiàn)象，華虹宏力的HHGrace NORD Flash已經(jīng)成為目前嵌入式Flash主流技術(shù)之一，其單元結(jié)構(gòu)包含1個(gè)溝道和3個(gè)集成Gate，這種創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)使得閃存單元面積具有優(yōu)勢(shì)，在55納米節(jié)點(diǎn)下，其新閃存單元面積僅為0.04μm2左右。

孔蔚然博士表示，嵌入式Flash工藝在結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的同時(shí)，不斷降低制造成本也是關(guān)鍵的一環(huán)。華虹宏力從2007年38層光罩起步，逐漸減少到2018年的24層（包括1.5V+5V+Flash），華虹宏力未來(lái)還將向無(wú)限接近極限水平減少光罩層次，以在特定應(yīng)用中不斷降低工藝成本。

值得一提的是，華虹宏力還改進(jìn)了0.35微米5V/7V模擬平臺(tái)，在競(jìng)爭(zhēng)激烈的BCD技術(shù)中把節(jié)點(diǎn)拓展到90納米，為未來(lái)65/55納米的12英寸工藝技術(shù)的研發(fā)與市場(chǎng)拓展打開(kāi)了空間。孔蔚然博士透露，在市場(chǎng)導(dǎo)向作用下，華虹宏力計(jì)劃將RF-Switch和LNA進(jìn)行集成，在12英寸工藝技術(shù)的推進(jìn)下，未來(lái)甚至可能將PA進(jìn)行集成。

從長(zhǎng)期看，5G的落地和物聯(lián)網(wǎng)的普及促使下游終端對(duì)于采用特色工藝為主的器件形成長(zhǎng)期且穩(wěn)定的需求，更多新技術(shù)新場(chǎng)景的出現(xiàn)使得特色工藝大有可為。孔蔚然博士表示，經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐，聚焦于特色工藝與差異化技術(shù)使華虹宏力近年來(lái)營(yíng)收持續(xù)增長(zhǎng)，2018年?duì)I收達(dá)到了9.30億美金。另一方面，華虹宏力的專利授權(quán)表現(xiàn)優(yōu)異，截至到2018年，累計(jì)有效授權(quán)專利數(shù)已超過(guò)3000項(xiàng)。

面對(duì)產(chǎn)能新布局，孔蔚然博士介紹，華虹宏力將以完整的特色工藝平臺(tái)為基礎(chǔ)，未來(lái)隨著無(wú)錫12英寸廠的推進(jìn)，技術(shù)將由8英寸的90納米延伸至12英寸90納米，并同時(shí)開(kāi)發(fā)65/55納米技術(shù)。但孔蔚然博士再次強(qiáng)調(diào)，在差異化的技術(shù)路線圖下，8英寸晶圓生產(chǎn)線前景仍然廣闊。在物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G通訊、新能源汽車等新應(yīng)用驅(qū)動(dòng)下，華虹宏力“8+12”的技術(shù)路線圖將提供巨大的發(fā)展空間。