3D IC发展契机及台湾半导体制造业者之挑战

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    为满足电子产品消费性市场「短小轻薄」与「功能多样化」及电子产品制造商「降低成本」的需求,最上游端半导体供货商除靠制程微缩来达成此目标外,「异质整合」也是达成上述目标的重要芯片研发方向之一。

    半导体「异质整合」技术是以将数字电路、模拟电路、混合讯号或射频电路各种不同功能与类别的组件设计整合在单一芯片上的系统单芯片(SystemonChip;SoC)为主流。另外,透过封装技术将芯片堆栈于同一颗IC中的系统级封装(SysteminPackage;SiP)则是另一种异质整合3DIC技术。

    然而,SoC设计难度太高、设计时间及设计成本相对偏高,无法达到实时上市(TimetoMarket)要求。SiP则靠导线来传输堆栈芯片间的讯号,若堆栈芯片层数较多时,连接上层芯片导线就必须拉长,增加传输路径长度,因此传输速度较慢,也较SoC耗电。也因此,以提升效能为诉求同时符合容量倍增与异质整合等需求的硅穿孔(ThroughSiliconVia;TSV)3DIC技术也就应运而生。

    所谓TSV3DIC技术系在晶圆上以刻蚀或雷射的方式钻孔,再将如铜、多晶硅、钨等导电材料填入钻孔中,进而形成导电通道,接着再经过晶?‵汹L程后,最后再将薄型化的晶圆或晶粒堆栈、结合而成为3DIC。

    TSV技术的讯号是透过钻孔后导电通道进行传输,因此,连接路径较SoC、SiP更短,使得上下层芯片间传输速度更快、噪声更小,使得芯片效能获得有效提升。

    然而,TVS制程技术贯穿晶圆代工与封装测试领域,具有垂直整合与一贯化生产特性的整合组件厂(IDM)较具备竞争优势。虽然台湾半导体产业从IC设计、晶圆代工,到下游端封装测试,拥有非常成熟且完整的产业链,但单就半导体制造端来看,需要晶圆代工业者与封装测试业者更加紧密结合,才能具备生产竞争力与成本优势。

    事实上,包括IBM、英特尔(Intel)、意法(STM)、NXP、美光(Micron)、尔必达(Elpida)、Sony、NEC、Renesas、三星电子(SamsungElectronics)、海力士(Hynix)等国际级整合组件厂投入TSV研发确实相当积极,多数整合组件厂在2009年都已进入小量试产阶段,预计到2010年TSV3DIC将正式进入量产阶段。至于台湾半导体业者中,台积电要到2010年才会导入TSV3DIC技术,而DRAM厂商南亚科技则要到2012年才有机会导入生产。

    然而,自2007年第4季二房危机所引发?嵽y金融海啸以来,包括意法、NXP、美光、尔必达、Renesas、海力士等IDM都遭遇严重亏损,在关厂、裁员、缩减资本支出与研发费用等措施运作下,资产轻量化并扩大委外代工亦成为降低成本必然策略。

    在此经济背景下,衍生出两个重大方向。其一、正因为多数IDM遭遇严重亏损,财务结构大幅恶化,手中现金有限,也将不得不放缓3DIC研发脚步。目前仍有充裕财力可以投入3DIC研发的整合组件厂商只有IBM、英特尔

    及三星,而这3家整合组件厂将成为台湾半导体厂商进入3DIC市场最主要竞争者。

其二、也因在降低成本考虑下,让IDM资产轻量化与扩大委外代工成为趋势,未来在3DIC领域发展,亦不排除只负责设计与销售,而制造则委托给具有3DIC制造能力的晶圆代工与封装测试厂商进行。

    也因此,拥有3DIC制造技术,将有利于台积电、联电、日月光、硅品等台湾半导体制造业者争取如英特尔、德仪、超威(AMD)、高通(Qualcomm)、博通(Broadcom)等国际半导体大厂订单,成为台湾半导体产业未来重要的成长动力来源。(更完整分析请见DIGITIMESResearchIC制造服务)

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