英飛凌碳化硅晶圓處理黑科技——冷切割

近兩年新能源汽車(chē)和光伏儲(chǔ)能市場(chǎng)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(duì)SiC的使用更有經(jīng)驗(yàn)，逐漸發(fā)揮出了其高效率高功率密度的優(yōu)點(diǎn)，正在SiC使用量增大的階段，卻面臨了整個(gè)市場(chǎng)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(duì)這種問(wèn)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(zhǎng)期供貨協(xié)議推動(dòng)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(guó)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(zhǎng)期協(xié)議，以確保獲得更多而且具有競(jìng)爭(zhēng)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(jìng)爭(zhēng)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(guò)渡。其供應(yīng)量預(yù)計(jì)將占到英飛凌長(zhǎng)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(gè)增加晶圓利用率的獨(dú)門(mén)黑科技：冷切割（cold split）技術(shù)。幾年前英飛凌收購(gòu)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(kāi)始將這項(xiàng)技術(shù)用于SiC晶錠的切割上，從而讓單個(gè)晶錠可出產(chǎn)的芯片數(shù)量翻番。在未來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)還可以用于晶圓制作過(guò)程中的切割，進(jìn)一步提高芯片產(chǎn)量。

傳統(tǒng)的芯片制作過(guò)程包括晶圓切片，外延生長(zhǎng)，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)iC材料的“浪費(fèi)”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(duì)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(guò)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(huì)用到，這一步對(duì)于原材料的損耗也很大。針對(duì)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(guò)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(duì)于材料的損耗幾乎可以忽略不計(jì)。

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(lái)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(guò)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(guò)程中。英飛凌目前已經(jīng)在晶錠的切片過(guò)程中開(kāi)始試產(chǎn)冷切割技術(shù)，未來(lái)兩年會(huì)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(shí)現(xiàn)在2030年之前占據(jù)全球30%市場(chǎng)份額的目標(biāo)。預(yù)計(jì)到2027年，英飛凌的碳化硅產(chǎn)能將增長(zhǎng)10倍。英飛凌位于馬來(lái)西亞居林的新工廠計(jì)劃于2024年投產(chǎn)，屆時(shí)將補(bǔ)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(chē)和工業(yè)客戶提供碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)品。