近兩年新能源汽車和光伏儲能市場的火熱,讓半導(dǎo)體供應(yīng)上升到了很多公司戰(zhàn)略層面的考慮因素。特別是SiC的供應(yīng)更加緊俏。最近幾年用戶對SiC的使用更有經(jīng)驗,逐漸發(fā)揮出了其高效率高功率密度的優(yōu)點,正在SiC使用量增大的階段,卻面臨了整個市場的缺貨的狀態(tài)。碳化硅功率器件缺貨有很多因素,目前前道是最大的瓶頸,特別是前道的“最前端” ,SiC襯底片和外延片是目前缺貨最嚴(yán)重的材料。
面對這種問題,作為功率半導(dǎo)體的領(lǐng)頭羊英飛凌又有哪些舉措呢?一方面,英飛凌與多家晶圓廠簽訂長期供貨協(xié)議推動其碳化硅(SiC)供應(yīng)商體系多元化,保證晶圓供應(yīng)。就在本月,英飛凌與中國碳化硅供應(yīng)商北京天科合達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司和山東天岳先進(jìn)科技股份有限公司分別簽訂了長期協(xié)議,以確保獲得更多而且具有競爭力的碳化硅材料供應(yīng)。協(xié)議將為英飛凌供應(yīng)高質(zhì)量并且有競爭力的150毫米碳化硅晶圓和晶錠,以及助力英飛凌向200毫米直徑碳化硅晶圓的過渡。其供應(yīng)量預(yù)計將占到英飛凌長期需求量的兩位數(shù)份額。另一方面,英飛凌繼續(xù)在歐洲和亞洲擴(kuò)產(chǎn),增加碳化硅產(chǎn)能。
除此之外,英飛凌還有一個增加晶圓利用率的獨門黑科技:冷切割(cold split)技術(shù)。幾年前英飛凌收購了一家名為SILTECTRA的科技公司,其核心技術(shù)“冷切割”,是一種高效的晶體材料加工工藝,能夠?qū)⒉牧蠐p失降到最低。英飛凌目前已經(jīng)開始將這項技術(shù)用于SiC晶錠的切割上,從而讓單個晶錠可出產(chǎn)的芯片數(shù)量翻番。在未來,這項技術(shù)還可以用于晶圓制作過程中的切割,進(jìn)一步提高芯片產(chǎn)量。
冷切割技術(shù)
傳統(tǒng)的芯片制作過程包括晶圓切片,外延生長,芯片正面工藝和背部減薄等。其中晶錠的切片和背部減薄工序?qū)?/span>SiC材料的“浪費”最多,幾乎可以達(dá)到四分之三。
晶圓切割工藝包括鋸切割和研磨,其中鋸切割通常采用金剛石線切割碳化硅的晶錠,效率低而且碳化硅晶錠和金剛石線的損耗也很高。不僅如此,鋸切割的晶圓片切割面平整度比較差,這對后續(xù)SiC芯片的制作良率也造成一定的障礙。研磨除了在晶圓處理過程中需要使用之外,在芯片最后的背部減薄工藝中也經(jīng)常會用到,這一步對于原材料的損耗也很大。針對傳統(tǒng)的處理方式,冷切割技術(shù)則可以大大的提高晶圓利用率,并改進(jìn)切面的平整度和良率。
那么冷切割技術(shù)又是如何進(jìn)行的呢?首先在碳化硅晶錠切片過程中,采用低溫和激光技術(shù)切出晶圓片Wafer,這一步相比于鋸切割對于材料的損耗幾乎可以忽略不計。
在芯片工藝的最后,冷切割技術(shù)又可以替代背部減薄工藝,將本來需要磨掉的材料切下完整的一片晶圓片。更重要的是,這一片晶圓還可以再次利用,回到之前的工藝?yán)^續(xù)生產(chǎn)芯片。
通過晶錠的切片和背部減薄的切割方法,冷切割技術(shù)理論上可以達(dá)到傳統(tǒng)晶圓處理方法4倍的利用率。不僅如此,冷切割技術(shù)還可以用于GaN晶錠的生產(chǎn)過程中。英飛凌目前已經(jīng)在晶錠的切片過程中開始試產(chǎn)冷切割技術(shù),未來兩年會繼續(xù)把冷切割技術(shù)用到背部減薄工藝中去。
英飛凌正著力提升碳化硅產(chǎn)能,以實現(xiàn)在2030年之前占據(jù)全球30%市場份額的目標(biāo)。預(yù)計到2027年,英飛凌的碳化硅產(chǎn)能將增長10倍。英飛凌位于馬來西亞居林的新工廠計劃于2024年投產(chǎn),屆時將補充奧地利菲拉赫工廠的產(chǎn)能。迄今為止,英飛凌已向全球3,600多家汽車和工業(yè)客戶提供碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)品。