3月21日,SEMICON China 邀請上海華虹宏力半導體制造有限公司執(zhí)行副總裁孔蔚然博士做了關于《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路線做了詳細論述。
以下為全文紀要(聽錄,僅供投資者參考,具體以公司新聞稿為準):
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的技術路線
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等新技術出現(xiàn),才得以繼續(xù)減小。電壓不在縮小之后,應用端芯片便逐漸拉開距離,公司8寸技術偏向于電壓較高的analog等器件,而邏輯集成度非常高,且邏輯運算隨著先進制程節(jié)點一直前進,先進制程的出現(xiàn)會淘汰舊制程,但有些實際的應用也不需要太先進的制程技術,否則換算下來的芯片將小到無法封裝。
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,結構原理無本質變化,目前主要依靠光刻機精度減小、采用high K gate oxide和FinFet等技術進行工藝演進,半導體工藝仍缺乏突破性創(chuàng)新。
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,導致Flash scaling較慢。
孔博士接著介紹Flash在嵌入式中的應用概況,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,但公司一直保持關注。
下面是2018年IEDM會議上STM(意法半導體)公司發(fā)表的paper截圖,他們發(fā)明了垂直的1.5T eSTM技術,實現(xiàn)了尺寸進一步縮小。
二、華虹宏力的特色工藝(Flash+高壓)
下面是公司特有的技術專利,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不支持新的器件結構,不得不采用右下方錯誤的結構進行數(shù)值近似模擬。
公司結構上創(chuàng)新的閃存單元面積優(yōu)勢明顯。Flash cell size上領先于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。
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,并申請了相關專利。
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。
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),達到業(yè)界領先水平,同時公司認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。
總之,公司E-Flash技術發(fā)展策略包括以下5點:(1)Device scaling:利用自對準工藝,減少依賴先進光刻;(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)尋找新器件結構。
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層耐高壓。為了精準控制,業(yè)界通常使用multi-epitaxial,性能好但是成本很高,而公司是直接進行etch,產(chǎn)品的profile十分美觀,排列的將越來越緊。當導通電阻下降一倍,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。
BCD技術競爭激烈,目前公司發(fā)展到90nm,緊跟業(yè)界的先進水平,公司也會將此推向12寸晶圓制造。
公司最新一代RF-SOI也處于業(yè)界高水平,并將緊隨市場導向將RF-Switch和LNA進行集成,技術不斷推進下,未來甚至可能將PA進行集成。
公司通過多年的實踐,大力發(fā)展差異化技術不斷創(chuàng)新,營收不斷增長,2018年總營收接近10億美金。
公司的發(fā)展離不開研發(fā)的支撐,到2018年公司授權專利累計超過3000件。
下圖是“8+12”的技術路線圖,公司有完整的特色工藝平臺,以此為基礎將繼續(xù)延伸到12寸來解決產(chǎn)能問題并提供更廣闊的技術發(fā)展空間,未來將推出更多具有競爭力的差異化技術。孔博士在最后強調,目前8寸晶圓仍然具有較大市場需求以及發(fā)展空間。