IBM針對RF芯片代工升級制程技術

在市場再度傳言 IBM 將出售其芯片部門的同時，該公司正在加速量產(chǎn)新一代絕緣上覆矽（silicon-on-insulator，SOI）與矽鍺（silicon germanium，SiGe）制程，以擴大在射頻（RF）芯片代工市場的占有率；該類芯片傳統(tǒng)上大多是采用更稀有的砷化鎵（gallium arsenide，GaAs）制程。

IBM的兩種新制程都在該公司只提供晶圓代工的美國佛州Burlington晶圓廠運作，該座8寸晶圓廠以往曾生產(chǎn)IBM高階伺服器處理器以及相關芯 片，不過那些芯片的生產(chǎn)已經(jīng)移往位于紐約州East Fishkill的 12寸晶圓廠。Burlington晶圓廠為廣泛的客戶提供 CMOS、SOI與SiGe等多種制程，但現(xiàn)在打算將制程種類減少，集中資源在生產(chǎn)RF芯片的SOI制程等技術上；該種制程目前也是IBM晶圓代工業(yè)務中 成長最快的。

不過IBM并未透露該晶圓廠的產(chǎn)能規(guī)模以及營收，僅表示該公司自四年前開始生產(chǎn)SOI制程RF芯片迄今，該類芯片已經(jīng)累計出貨達70億顆──光是去年出貨量就達30億顆；那些芯片主要是供應手機與無線通訊基地臺應用。

接受EETimes美國版編輯訪問的IBM代表都不愿針對芯片部門出售傳言發(fā)表意見，這些專家都是該公司類比制造部門的資深人才，只談技術。IBM專 門生產(chǎn)RF芯片的最新SOI制程代號為 7SW，以制造RF交換器為主，還有一些功率放大器；無論是蜂巢式通訊或是Wi-Fi設備，為因應對多重頻段的支援，對這類元件需求越來越高。

在IBM任職25年、五年前開始負責RF SOI業(yè)務的RF前端技術開發(fā)經(jīng)理Mark Jaffe表示：「較新一代的智慧型手機內(nèi)含8~12顆RF交換器，RF前端的構造非常復雜，主要原因是我們現(xiàn)在有采用載波聚合（carrier aggregation）的 Advanced LTE 技術，支援很多載波路徑以及頻段。

IBM為RF芯片量身打造的SOI制程技術

7SW是一種1.3微米/1.8微米混合制程，號稱能提升RF交換器性能30%，同時將芯片面積尺寸縮小30%。我們重新打造了交換器電晶體，將焦 點集中在決定漏電的導通電阻（resistance-on）與關斷電容（capacitance-off）；Jaffe表示：其次我們提升了交換器電 晶體的擊穿電壓（breakdown voltage），通常你得堆疊電晶體以承受高電壓需求，但現(xiàn)在你可以建立一個短一點的堆疊以縮減芯片面積。

此外IBM也改善了電晶體的線性度，將三次諧波失真（the third harmonic distortion）降低了8dB。事實上7SW制程幕后的核心團隊大概只有10個人、工作了18個月；該團隊約是從 2006年開始研發(fā)RF芯片專用的SOI制程。而為了建立第二供應來源，IBM已將位于法國的一座舊晶圓廠獨立為新公司Altis。

在IBM任職14年、負責向無線領域客戶行銷晶圓代工業(yè)務的Sara Mellinger表示，過去包括Skyworks等市場領導級RF芯片供應商，是采用砷化鎵制程制造RF前端芯片，但現(xiàn)在該類芯片已經(jīng)大幅轉向采用SiGe或SOI制程。

目前在SOI制程RF芯片代工領域，Tower Jazz是IBM最大的競爭對手，此外CMOS制程晶圓代工大廠GlobalFoundries 與臺積電（TSMC）也準備切入SOI制程搶相關商機。目前IBM的7SW制程已經(jīng)在品質(zhì)驗證階段，并為關鍵客戶提供芯片樣品，預計 2015年正式量產(chǎn)。

IBM的SiGe制程邁向90奈米節(jié)點

至于IBM代號9HP的SiGe BiCMOS制程技術則是90奈米節(jié)點，能支援360 GHz最高振蕩頻率（Fmax）、300+ GHz截止頻率（Ft），因應60~80GHz運作頻率的各種芯片所需閾值。而采用90奈米制程節(jié)點，則能實現(xiàn)接近SOI、媲美砷化鎵制程之更緊密、低功 耗的設計，可生產(chǎn)包括60GHz的Wi-Fi芯片、蜂巢式骨干網(wǎng)路芯片組、高階測試設備用芯片、光學收發(fā)器，以及規(guī)模雖小、成長快速的車用雷達芯片，還有 航太軍事應用雷達芯片。

這將會是被大幅應用的技術；自1980年代就投入開發(fā)SiGe技術（當時應用于生產(chǎn)IBM伺服器處理器芯片）的IBM院士David Harame表示，目前大多數(shù)SiGe技術都是采用0.18或0.13微米制程節(jié)點，IBM是最近才領先宣布進入90奈米節(jié)點。

9HP制程是IBM的一個十人小組花了四年時間開發(fā)，目前已提供數(shù)家關鍵客戶試用，預計8月能通過品質(zhì)驗證。如同SOI制程，IBM也將提供9HP制 程的開發(fā)套件，此外該公司也提供客制化的介電質(zhì)附加模組（dielectric add-on modules）以及毫米波工具組。Harame強調(diào)：這并非是產(chǎn)業(yè)界常見的服務，你在其他先進CMOS晶圓廠或12寸晶圓廠就找不到這些東西。

該團隊也表示，SiGe制程市場正呈現(xiàn)成長態(tài)勢，因為目前蜂巢式骨干網(wǎng)路正邁向采用60GHz連結技術，此外車用雷達也預計將被產(chǎn)業(yè)界大幅采用。