3D IC發(fā)展契機(jī)及臺(tái)灣半導(dǎo)體制造業(yè)者之挑戰(zhàn)
為滿足電子產(chǎn)品消費(fèi)性市場(chǎng)「短小輕薄」與「功能多樣化」及電子產(chǎn)品制造商「降低成本」的需求,最上游端半導(dǎo)體供貨商除靠制程微縮來(lái)達(dá)成此目標(biāo)外,「異質(zhì)整合」也是達(dá)成上述目標(biāo)的重要芯片研發(fā)方向之一。
半導(dǎo)體「異質(zhì)整合」技術(shù)是以將數(shù)字電路、模擬電路、混合訊號(hào)或射頻電路各種不同功能與類別的組件設(shè)計(jì)整合在單一芯片上的系統(tǒng)單芯片(SystemonChip;SoC)為主流。另外,透過(guò)封裝技術(shù)將芯片堆棧于同一顆IC中的系統(tǒng)級(jí)封裝(SysteminPackage;SiP)則是另一種異質(zhì)整合3DIC技術(shù)。
然而,SoC設(shè)計(jì)難度太高、設(shè)計(jì)時(shí)間及設(shè)計(jì)成本相對(duì)偏高,無(wú)法達(dá)到實(shí)時(shí)上市(TimetoMarket)要求。SiP則靠導(dǎo)線來(lái)傳輸堆棧芯片間的訊號(hào),若堆棧芯片層數(shù)較多時(shí),連接上層芯片導(dǎo)線就必須拉長(zhǎng),增加傳輸路徑長(zhǎng)度,因此傳輸速度較慢,也較SoC耗電。也因此,以提升效能為訴求同時(shí)符合容量倍增與異質(zhì)整合等需求的硅穿孔(ThroughSiliconVia;TSV)3DIC技術(shù)也就應(yīng)運(yùn)而生。
所謂TSV3DIC技術(shù)系在晶圓上以刻蝕或雷射的方式鉆孔,再將如銅、多晶硅、鎢等導(dǎo)電材料填入鉆孔中,進(jìn)而形成導(dǎo)電通道,接著再經(jīng)過(guò)晶?‵洶L程后,最后再將薄型化的晶圓或晶粒堆棧、結(jié)合而成為3DIC。
TSV技術(shù)的訊號(hào)是透過(guò)鉆孔后導(dǎo)電通道進(jìn)行傳輸,因此,連接路徑較SoC、SiP更短,使得上下層芯片間傳輸速度更快、噪聲更小,使得芯片效能獲得有效提升。
然而,TVS制程技術(shù)貫穿晶圓代工與封裝測(cè)試領(lǐng)域,具有垂直整合與一貫化生產(chǎn)特性的整合組件廠(IDM)較具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。雖然臺(tái)灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從IC設(shè)計(jì)、晶圓代工,到下游端封裝測(cè)試,擁有非常成熟且完整的產(chǎn)業(yè)鏈,但單就半導(dǎo)體制造端來(lái)看,需要晶圓代工業(yè)者與封裝測(cè)試業(yè)者更加緊密結(jié)合,才能具備生產(chǎn)競(jìng)爭(zhēng)力與成本優(yōu)勢(shì)。
事實(shí)上,包括IBM、英特爾(Intel)、意法(STM)、NXP、美光(Micron)、爾必達(dá)(Elpida)、Sony、NEC、Renesas、三星電子(SamsungElectronics)、海力士(Hynix)等國(guó)際級(jí)整合組件廠投入TSV研發(fā)確實(shí)相當(dāng)積極,多數(shù)整合組件廠在2009年都已進(jìn)入小量試產(chǎn)階段,預(yù)計(jì)到2010年TSV3DIC將正式進(jìn)入量產(chǎn)階段。至于臺(tái)灣半導(dǎo)體業(yè)者中,臺(tái)積電要到2010年才會(huì)導(dǎo)入TSV3DIC技術(shù),而DRAM廠商南亞科技則要到2012年才有機(jī)會(huì)導(dǎo)入生產(chǎn)。
然而,自2007年第4季二房危機(jī)所引發(fā)?嵽?y金融海嘯以來(lái),包括意法、NXP、美光、爾必達(dá)、Renesas、海力士等IDM都遭遇嚴(yán)重虧損,在關(guān)廠、裁員、縮減資本支出與研發(fā)費(fèi)用等措施運(yùn)作下,資產(chǎn)輕量化并擴(kuò)大委外代工亦成為降低成本必然策略。
在此經(jīng)濟(jì)背景下,衍生出兩個(gè)重大方向。其一、正因?yàn)槎鄶?shù)IDM遭遇嚴(yán)重虧損,財(cái)務(wù)結(jié)構(gòu)大幅惡化,手中現(xiàn)金有限,也將不得不放緩3DIC研發(fā)腳步。目前仍有充裕財(cái)力可以投入3DIC研發(fā)的整合組件廠商只有IBM、英特爾及三星,而這3家整合組件廠將成為臺(tái)灣半導(dǎo)體廠商進(jìn)入3DIC市場(chǎng)最主要競(jìng)爭(zhēng)者。