ST Microelectronics（意法半導體）正在進行功率半導體攻勢。目前，在功率半導體市場，意法半導體雖位居英飛凌之后，但它希望通過公開發(fā)布旗下的下一代功率半導體——SiC的信息，來捕獲來自電動汽車的需求，爭奪榜首。

2019年3月底，ST首次向媒體公開展示其位于意大利西西里島的卡塔尼亞工廠。這座工廠是碳化硅開發(fā)和制造的所在地。

圖1揭示了功率半導體工廠的內(nèi)部

ST于2019年3月底向媒體透露的一家功率半導體工廠。它位于意大利卡塔尼亞（西西里島東部），占地面積21.8萬平方米。左上角照片是該公司正在專注開發(fā)的150毫米SiC晶圓。

ST表示它是車規(guī)級SiC器件市場中的佼佼者。隨著SiC器件市場規(guī)模在2019年擴大到2億美元，較之前一年翻了一番；并且超過20家汽車制造商采用它的SiC產(chǎn)品。在巨大市場規(guī)模以及客戶基礎(chǔ)下，它的SiC產(chǎn)品擁有很大的增長潛力。

ST在工廠開放日講述了技術(shù)發(fā)展的路線圖以及SiC晶圓的貨源鎖定途徑。

路線圖方面，ST表示，它將開發(fā)出比當前第二代平面型具有更低導通電阻的、更精細的第三代SiC半導體器件，并在2022年至2023年推出（圖3）。其中車規(guī)級耐壓1200 V的SiC半導體器件可降低40％的導通電阻。

圖2溝槽型和GaN的發(fā)展

（a）ST的SiC功率半導體的產(chǎn)品路線圖。平面型SiC半導體持續(xù)小型化，應(yīng)用層面已經(jīng)從工業(yè)設(shè)備擴展到汽車和智能手機。與第二代相比，第三代平面型將導通電阻降低了40％。面積可以減少到1/4。與此同時，ST也在開發(fā)溝槽類型。（b）為客戶提供各種形式。（c）GaN功率半導體也在開發(fā)中。

溝槽型也在開發(fā)中。ST尚未確定是否將溝槽型導入市場。這是因為第三代平面型可以滿足大多數(shù)汽車層級的應(yīng)用。而且溝槽型不容易實現(xiàn)。但是另一方面，溝槽型通常更容易實現(xiàn)密度的增加和導通電阻的降低。因此ST決定一邊監(jiān)控市場需求，一邊準備溝槽型的導入。

全球SiC晶圓供貨都存在短缺的情況，于是2019年1月，ST與美國Cree公司達成協(xié)議，前者向后者采購了相當于2.5億美元的150毫米（6英寸）晶圓。

很快，同年2月，ST宣布收購瑞典晶圓制造商Norstel的多數(shù)股權(quán)。既便如此，它仍表示會繼續(xù)從Cree采購SiC晶圓，目的是為給包括汽車工業(yè)在內(nèi)的客戶提供更穩(wěn)定的SiC器件。

Norstel正在開發(fā)一種可提高SiC晶圓質(zhì)量且降低成本的制造技術(shù)。它具有高速晶體生長技術(shù)和高品質(zhì)的硅錠技術(shù)。SiC晶圓正是由硅錠加工而成。

在其晶體生長技術(shù)中，它采用了HTCVD（High Temperature Chemical Vapor Deposition，高溫化學氣相沉積）的方法，與現(xiàn)有方法相比可以將晶體生長速率提高一個數(shù)量級。

ST收購Norstel股權(quán)，一方面是擴大SiC的貨源，另一方面也是看中了它的新技術(shù)。雖然它認為新技術(shù)在批量生產(chǎn)水平上還是不成熟的，但它的目標是在幾年內(nèi)能夠用于實際生產(chǎn)中。如果投入實際使用，很有可能在保持低晶體缺陷的同時降低成本。

將Norstel納入麾下后，ST將可以生產(chǎn)晶圓以及器件。通過垂直整合的SiC器件的批量生產(chǎn)鏈，它將可以優(yōu)先采購SiC晶圓，并且具備非常明顯的成本優(yōu)勢。

考慮到功率半導體需求的增加，ST剛剛在卡塔尼亞工廠的主線“M5”旁邊增加了“M9”（圖1）。M9將主要批量生產(chǎn)BCD（雙極，CMOS，DMOS）器件。

關(guān)于SiC器件，卡塔尼亞工廠的晶圓直徑將從150 mm擴展到200 mm。此外，ST還將在其2018年從美光科技公司收購來的新加坡工廠大規(guī)模生產(chǎn)200mm晶圓。過去這家工廠是用來批量生產(chǎn)NOR閃存，因此ST為生產(chǎn)200 mm功率半導體而重新改造了設(shè)備。

圖3卡塔尼亞工廠批量生產(chǎn)150毫米/ 200毫米晶圓，并通過AI進行質(zhì)量判斷。

該圖顯示了ST卡塔尼亞工廠的功率半導體生產(chǎn)步驟。“VIPower”是一種將功率晶體管和控制電路集成在一個封裝中的產(chǎn)品。照片顯示了工廠內(nèi)部：首先它會進行曝光、蝕刻和擴散。在后面的電特性檢查中，它根據(jù)制造裝置的傳感器信號和晶圓的外觀，對晶圓級的每個芯片執(zhí)行探測以確定質(zhì)量。

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