IBM针对RF芯片代工升级制程技术

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在市场再度传言 IBM 将出售其芯片部门的同时，该公司正在加速量产新一代绝缘上覆矽（silicon-on-insulator，SOI）与矽锗（silicon germanium，SiGe）制程，以扩大在射频（RF）芯片代工市场的占有率；该类芯片传统上大多是采用更稀有的砷化镓（gallium arsenide，GaAs）制程。
         
        IBM的两种新制程都在该公司只提供晶圆代工的美国佛州Burlington晶圆厂运作，该座8寸晶圆厂以往曾生产IBM高阶伺服器处理器以及相关芯 片，不过那些芯片的生产已经移往位于纽约州East Fishkill的 12寸晶圆厂。Burlington晶圆厂为广泛的客户提供 CMOS、SOI与SiGe等多种制程，但现在打算将制程种类减少，集中资源在生产RF芯片的SOI制程等技术上；该种制程目前也是IBM晶圆代工业务中 成长最快的。
         
        不过IBM并未透露该晶圆厂的产能规模以及营收，仅表示该公司自四年前开始生产SOI制程RF芯片迄今，该类芯片已经累计出货达70亿颗──光是去年出货量就达30亿颗；那些芯片主要是供应手机与无线通讯基地台应用。
         
        接受EETimes美国版编辑访问的IBM代表都不愿针对芯片部门出售传言发表意见，这些专家都是该公司类比制造部门的资深人才，只谈技术。IBM专 门生产RF芯片的最新SOI制程代号为 7SW，以制造RF交换器为主，还有一些功率放大器；无论是蜂巢式通讯或是Wi-Fi设备，为因应对多重频段的支援，对这类元件需求越来越高。
         
        在IBM任职25年、五年前开始负责RF SOI业务的RF前端技术开发经理Mark Jaffe表示：「较新一代的智慧型手机内含8~12颗RF交换器，RF前端的构造非常复杂，主要原因是我们现在有采用载波聚合（carrier aggregation）的 Advanced LTE 技术，支援很多载波路径以及频段。
         
        IBM为RF芯片量身打造的SOI制程技术
        7SW是一种1.3微米/1.8微米混合制程，号称能提升RF交换器性能30%，同时将芯片面积尺寸缩小30%。我们重新打造了交换器电晶体，将焦 点集中在决定漏电的导通电阻（resistance-on）与关断电容（capacitance-off）；Jaffe表示：其次我们提升了交换器电 晶体的击穿电压（breakdown voltage），通常你得堆叠电晶体以承受高电压需求，但现在你可以建立一个短一点的堆叠以缩减芯片面积。
         
        此外IBM也改善了电晶体的线性度，将三次谐波失真（the third harmonic distortion）降低了8dB。事实上7SW制程幕后的核心团队大概只有10个人、工作了18个月；该团队约是从 2006年开始研发RF芯片专用的SOI制程。而为了建立第二供应来源，IBM已将位于法国的一座旧晶圆厂独立为新公司Altis。
         
        在IBM任职14年、负责向无线领域客户行销晶圆代工业务的Sara Mellinger表示，过去包括Skyworks等市场领导级RF芯片供应商，是采用砷化镓制程制造RF前端芯片，但现在该类芯片已经大幅转向采用SiGe或SOI制程。
         
        目前在SOI制程RF芯片代工领域，Tower Jazz是IBM最大的竞争对手，此外CMOS制程晶圆代工大厂GlobalFoundries 与台积电（TSMC）也准备切入SOI制程抢相关商机。目前IBM的7SW制程已经在品质验证阶段，并为关键客户提供芯片样品，预计 2015年正式量产。
         
        IBM的SiGe制程迈向90奈米节点
        至于IBM代号9HP的SiGe BiCMOS制程技术则是90奈米节点，能支援360 GHz最高振荡频率（Fmax）、300+ GHz截止频率（Ft），因应60~80GHz运作频率的各种芯片所需阈值。而采用90奈米制程节点，则能实现接近SOI、媲美砷化镓制程之更紧密、低功 耗的设计，可生产包括60GHz的Wi-Fi芯片、蜂巢式骨干网路芯片组、高阶测试设备用芯片、光学收发器，以及规模虽小、成长快速的车用雷达芯片，还有 航太军事应用雷达芯片。
         
        这将会是被大幅应用的技术；自1980年代就投入开发SiGe技术（当时应用于生产IBM伺服器处理器芯片）的IBM院士David Harame表示，目前大多数SiGe技术都是采用0.18或0.13微米制程节点，IBM是最近才领先宣布进入90奈米节点。
         
        9HP制程是IBM的一个十人小组花了四年时间开发，目前已提供数家关键客户试用，预计8月能通过品质验证。如同SOI制程，IBM也将提供9HP制 程的开发套件，此外该公司也提供客制化的介电质附加模组（dielectric add-on modules）以及毫米波工具组。Harame强调：这并非是产业界常见的服务，你在其他先进CMOS晶圆厂或12寸晶圆厂就找不到这些东西。
         
        该团队也表示，SiGe制程市场正呈现成长态势，因为目前蜂巢式骨干网路正迈向采用60GHz连结技术，此外车用雷达也预计将被产业界大幅采用。