《電子技術(shù)應(yīng)用》
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華虹宏力的特色工藝之路

2019-03-30

3月21日,SEMICON China 邀請上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司執(zhí)行副總裁孔蔚然博士做了關(guān)于《以創(chuàng)新促發(fā)展—華虹宏力特色工藝之路》演講,,孔博士對摩爾定律,、華虹宏力特色工藝和技術(shù)路線做了詳細(xì)論述。

以下為全文紀(jì)要(聽錄,,僅供投資者參考,,具體以公司新聞稿為準(zhǔn)):

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演講主要分為三個部分:1. 摩爾定律與特色工藝;2. 華虹宏力的特色工藝(Flash+高壓);3. 華虹宏力8+12的技術(shù)路線

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一,、   摩爾定律與特色工藝

CPU芯片上的MOS晶體管數(shù)量不斷增加,,符合摩爾定律發(fā)展,,隨著晶體管尺寸不斷scaling,,CPU核心的操作電壓也隨之不斷減小,但到了點13工藝后,,電壓減小停滯,,直至FinFet等新技術(shù)出現(xiàn),才得以繼續(xù)減小,。電壓不在縮小之后,,應(yīng)用端芯片便逐漸拉開距離,公司8寸技術(shù)偏向于電壓較高的analog等器件,,而邏輯集成度非常高,,且邏輯運算隨著先進(jìn)制程節(jié)點一直前進(jìn),先進(jìn)制程的出現(xiàn)會淘汰舊制程,,但有些實際的應(yīng)用也不需要太先進(jìn)的制程技術(shù),,否則換算下來的芯片將小到無法封裝。

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MOSFET是整個IC的核心,,但缺乏突破性創(chuàng)新,。下面就是一個MOSEFET的剖面圖,MOSFET是整個IC的核心,,DRAM,、3D NAND、Trench MOS,、IGBT,、FDSOI和FINFET均以MOS為核心器件,,MOS問世60年以來,結(jié)構(gòu)原理無本質(zhì)變化,,目前主要依靠光刻機精度減小,、采用high K gate oxide和FinFet等技術(shù)進(jìn)行工藝演進(jìn),半導(dǎo)體工藝仍缺乏突破性創(chuàng)新,。

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接下來孔博士介紹了公司的特色工藝,,包含數(shù)字及存儲器類的Logic/Analog,Smart Card和MCU,;模擬射頻類的BCD,、RFCMOS和RF-SOI;分立功率類的Power MOS,、IGBT和Deep Trench Super-Junction,;傳感器類的MEMS等,所有的特色工藝基本都帶高壓MOS(>6V),,正是由于這個高壓存在,,導(dǎo)致Flash scaling較慢,。

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孔博士接著介紹Flash在嵌入式中的應(yīng)用概況,,傳統(tǒng)主流包括Floating Gate 2T(可以是NMOS或PMOS);SONOS 2T,;SONOS 1.5T主要是一家知名日本公司在做,,是將兩個晶體管疊在一起,即實現(xiàn)了1.5T,;Floating Gate SST Split Gate分為ESF1/2/3代,;最后是公司自己發(fā)明的NORD Flash。新材料存儲方面,,如RRAM,、PCRAM和MRAM等公司目前還沒涉及,但公司一直保持關(guān)注,。

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下面是2018年IEDM會議上STM(意法半導(dǎo)體)公司發(fā)表的paper截圖,,他們發(fā)明了垂直的1.5T eSTM技術(shù),實現(xiàn)了尺寸進(jìn)一步縮小,。

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二,、華虹宏力的特色工藝(Flash+高壓)

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下面是公司特有的技術(shù)專利,即將三個晶體管變?yōu)橐粋€Floating Gate來實現(xiàn),。電路模型如圖中右上方所示,,包含一個channel,3個gate,,現(xiàn)有的model不支持新的器件結(jié)構(gòu),,不得不采用右下方錯誤的結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值近似模擬,。

公司結(jié)構(gòu)上創(chuàng)新的閃存單元面積優(yōu)勢明顯。Flash cell size上領(lǐng)先于NonSelfAligned和SelfAligned單元,,在55nm節(jié)點下,,公司新閃存單元尺寸僅為0.04um2左右。

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在平衡閃存單元面積和性能下,,公司Focused on Flash_2 cell,,同時在IEEE上發(fā)表了這些工作,并申請了相關(guān)專利,。

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下圖是1.5V單電源下,,閃存cell越小,IP核面積不斷縮小,,512KB中縮小更為明顯,,F(xiàn)lash IP面積不斷優(yōu)化。

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公司另一個創(chuàng)新工作是不斷降低制造成本,。公司由07年的38層光罩逐漸減少到18年的24層(1.5V+5V+Flash),,達(dá)到業(yè)界領(lǐng)先水平,同時公司認(rèn)識到光罩層次還未到極限,,未來公司會推出極限水平的光罩層次,,不斷降低制造成本。

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總之,,公司E-Flash技術(shù)發(fā)展策略包括以下5點:(1)Device scaling:利用自對準(zhǔn)工藝,,減少依賴先進(jìn)光刻;(2)Data Retention:保持90A oxide(可耐受300℃高溫烘烤),;(3)Endurance:不依賴于ECC,;(4)持續(xù)簡化制程,簡化光刻層數(shù),;(5)持續(xù)尋找新器件結(jié)構(gòu),。

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高壓器件方面公司銷量最好的產(chǎn)品之一便是Super Junction MOSFET。但是高壓drain是靠epitaxial,,將N-Type與P-Type全耗盡后形成的介質(zhì)層耐高壓,。為了精準(zhǔn)控制,業(yè)界通常使用multi-epitaxial,,性能好但是成本很高,,而公司是直接進(jìn)行etch,產(chǎn)品的profile十分美觀,,排列的將越來越緊,。當(dāng)導(dǎo)通電阻下降一倍,die size也將下降1倍,,成本降低,。公司產(chǎn)品導(dǎo)通電阻僅0.7平方歐姆,,創(chuàng)造了新的記錄。

公司最近的新突破是7V Analog,0.35微米5V/7V模擬平臺累計出貨50萬片,,并且公司也不斷提升其穩(wěn)定性,。

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BCD技術(shù)競爭激烈,目前公司發(fā)展到90nm,緊跟業(yè)界的先進(jìn)水平,,公司也會將此推向12寸晶圓制造,。

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公司最新一代RF-SOI也處于業(yè)界高水平,并將緊隨市場導(dǎo)向?qū)F-Switch和LNA進(jìn)行集成,,技術(shù)不斷推進(jìn)下,,未來甚至可能將PA進(jìn)行集成。

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公司通過多年的實踐,,大力發(fā)展差異化技術(shù)不斷創(chuàng)新,,營收不斷增長,2018年總營收接近10億美金,。

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公司的發(fā)展離不開研發(fā)的支撐,,到2018年公司授權(quán)專利累計超過3000件。

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下圖是“8+12”的技術(shù)路線圖,,公司有完整的特色工藝平臺,,以此為基礎(chǔ)將繼續(xù)延伸到12寸來解決產(chǎn)能問題并提供更廣闊的技術(shù)發(fā)展空間,未來將推出更多具有競爭力的差異化技術(shù),??撞┦吭谧詈髲娬{(diào),,目前8寸晶圓仍然具有較大市場需求以及發(fā)展空間,。

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