走进ST生产线,了解一颗SiC功率器件的诞生

2019-04-04 13:23:42 来源:EEFOCUS
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“现在看来似乎也有点奇怪,为什么看起来我们的工人全部都是女性。但想象下在1960年代,在当时的男权社会,我们的工厂已经开始大量招收女工,这在整个社会的多元化和男女平等方面也有着重大的社会意义。”这是近日ST公司在意大利西西里岛卡塔尼亚工厂召开的媒体交流会上,ST集团副总裁,前端制造卡塔尼亚晶圆厂运营总经理Paolo Lanza对下面这样一张早期工厂员工的合照做出的注解。

 


 


图1


ST公司在卡塔尼亚的工厂在1960年代成立,经过50多年的建设,这里已经成为ST在全球重要的研发+制造中心,占地面积8.8万平方米,分三块主要生产区,其中晶圆部分面积达2万平方米,清洗室21个,工艺节点涵盖0.06µm/0.11µm/0.35µm,覆盖6英寸和8英寸晶圆产线,其中6英寸产线的产品包括面向工业和汽车领域PMOS工艺,以及针对汽车领域的VIPower工艺,8英寸产线的产品则包括面向工业和汽车的PMOS工艺,同样服务这两个领域的先进BCD MOS工艺,以及针对汽车市场的VIPower工艺。下图2中的一个细节可以看到,卡塔尼亚工厂的部分工艺节点从2004年的0.13µm调整为2018年的0.35µm,对此Paolo给出的解释是,对功率芯片产品,并不是越小的工艺尺寸就一定越好,他们会结合产品功能和性能选择最佳的工艺节点,实现最佳的功率密度和性价比。
 


图2

图3

图4

图5


而卡塔尼亚工厂生产的主要产品是功率和电源模块,尤其在近年来大热的宽禁带半导体材料上投入很大,其中逐渐成为主流的SiC和GaN功率器件都有涉及。如ST公司汽车和分立器件部门总裁Marco Monti提到的,SiC功率器件的生产难度不仅在上游的晶圆上,在器件的前道和后道工序中都有不同难点,如前道工序的衬底缺陷、衬底透明度、掺杂剂活化,以及后道工序的硅片减薄、镀金属、晶圆完成度等方面都需要精细的工艺技术支持。而当与非网记者真正走进生产线,才更深刻了解到这一芯片制造工艺中的那些不易。

从芯片制造的角度,晶圆厂最重要的衡量指标是产品的良率,即完成所有工艺步骤后测试合格的芯片的数量与整片晶圆上的有效芯片的比值。由此可见,晶圆良率越高,同一片晶圆上产出的好芯片数量就越多,如果晶圆价格是固定的,那好芯片数量越多就意味着每片晶圆的产量越高,每颗芯片的成本越低,理所当然利润也就越高。而最终良率由每一步工艺的良率的积组成,从晶圆制造、中测、封装到成测,前道和后道工序的每一步都会对良率产生影响。

 

ST位于卡塔尼亚的晶圆厂,图片由ST提供


同时考虑到当前芯片工艺已经演进到纳米级别,ST卡塔尼亚工厂最小的工艺节点也已经演进到0.06µm和0.11µm,在这么小的晶体管尺寸上,任何一点微小的颗粒和异物混入晶圆中,都会给最终良率造成不可挽回的损失,尤其在前道工序。据了解,每个晶圆上多一个微粒,就会使一间 4 英寸晶圆厂每年少赚超过 130 万美元。因此在卡塔尼亚的工厂里我们看到了洁净度从Class0到Class10不等的工厂和操作间,其中洁净度ClassX的定义是每立方米空气中含有的0.1 μ m(千分一毫米)微粒数不超过X个。为了实现这种洁净度,工厂在人员装备和过滤设计上都有严格的要求,操作员可谓全副武装,要做防静电处理,女性也不允许化妆,同时工厂顶部和底面有通风换气装置,洁净度越高的空间换气频率越快,保证空气中的微粒和其他微污染物及时排除。

你看,进晶圆厂的人都要裹成这样。

 

图片由ST提供


考虑到卡塔尼亚附近就有一座不定期喷发的活火山埃特纳,面对与非网记者提出的“这是否会影响工厂生产”的疑问,Paolo Lanza表示,工厂选址时ST就考虑到这一问题,事实上,卡塔尼亚工厂所在地的土质很特别,硬度足以抵消火山喷发可能造成的影响,50多年的生产经验也验证了这一点,卡塔尼亚工厂从未因火山喷发而受到影响。ST考虑到的还不只是这些,在卡塔尼亚,有多所科技高校可满足工厂所需研发和技术人才的引入需求,同时卡塔尼亚周边建有多个机场,可满足供应链物流的及时性。“我们也在不断利用工厂监测到的大数据来帮助优化生产流程,包括配货时间等,达到最优的投入产出比和生产效率。”

 

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高扬
高扬

与非网总编。网称“羊在发现”,电子工程科班出身,三载研发历练,以我专业背景和对文字的热爱进入与非网,属偶然中的必然。愿不断发现电子奥妙、产业脉动,以我见我思还一个真相。工作之外,话剧、旅行、阅读是最大乐事。

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