IBM针对RF芯片代工升级制程技术

IBM针对RF芯片代工升级制程技术

　　在市场再度传言 IBM 将出售其晶片部门的同时，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)晶片代工市场的占有率;该类晶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晶片，不过那些晶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晶片的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晶片迄今，该类晶片已经累计出货达70亿颗──光是去年出货量就达30亿颗;那些晶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代表都不愿针对晶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晶片的最新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晶片量身打造的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%，同时将晶片面积尺寸缩小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晶片面积。」

　　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晶片专用的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晶片供应商，是采用砷化镓制程制造RF前端晶片，但现在该类晶片已经大幅转向采用SiGe或SOI制程。

　　目前在SOI制程RF晶片代工领域，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，并为关键客户提供晶片样品，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运作频率的各种晶片所需阈值。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晶片、蜂巢式骨干网路晶片组、高阶测试设备用晶片、光学收发器，以及规模虽小、成长快速的车用雷达晶片，还有航太军事应用雷达晶片。

　　「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伺服器处理器晶片)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。

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