对话芯联集成总经理赵奇:8英寸碳化硅“器件制造”难在哪里?

       5月30日,国内晶圆代工巨头芯联集成总经理赵奇接受了《每日经济新闻》在内的媒体的采访。
       芯联集成为汽车、新能源、工控、家电等领域提供完整的系统代工解决方案,其为国内具备车规级IGBT(绝缘栅双极型晶体管)/SiC(碳化硅)芯片及模组和数模混合高压模拟芯片大规模生产制造能力的头部企业。
       碳化硅降本:从6英寸到8英寸
       2024年4月,芯联集成8英寸碳化硅工程片顺利下线,这标志着其成为国内首家开启8英寸碳化硅生产的晶圆厂。
       近两年,新能源汽车、风光储能等市场的发展,带动碳化硅器件和模组需求规模持续高速增长。
       目前,碳化硅MOSFET主要应用在新能源车领域。赵奇告诉《每日经济新闻》记者:“现在光伏领域已经开始尝试使用,主要用在大的光伏电站。碳化硅跟硅相比,在高压下它的性能优势会体现得更明显。”
       他补充表示:“碳化硅还有一个大的应用,就是电网。因为对硅来说,耐压的物理极限在8000伏左右,所以现在用硅开发电网的器件大概6500V的电压就基本到顶。但是对电网来说,电压越高,传输的转换效率也越高。所以以后超过6500V的器件一定是用碳化硅。因为电网对安全性的要求更高,所以需要碳化硅先在车、光伏电站领域积累大量的工程数据。可靠性更好了,它将来完全有机会在电网里实现大量的应用。”
       而碳化硅器件产能以及偏高的成本仍然阻碍着其进入大规模应用。目前,碳化硅单器件价格为硅器件的四五倍左右。碳化硅器件实现产能优势及成本优化的最佳路径是将芯片制造从6英寸转到8英寸。
       赵奇表示:“碳化硅从6英寸转8英寸是行业共识,我们很早之前就开始准备。一方面是把6英寸做起来,把技术积累做起来。另外通过跟6英寸供应商的合作,也开始让它们做8英寸。当我们确认衬底和外延的8英寸已经差不多可以做出来,就启动了8英寸器件制造产线,这是一个时间的选择。当然我们也看到,全球范围内,从科锐、意法到英飞凌也都纷纷在做自己的8英寸线,未来都会是往8英寸去转移的。”
       对于衬底、外延由谁供应的问题,赵奇回复《每日经济新闻》记者称:“我们的衬底和外延目前90%都是国内的供应商,我们最初的时候也买了一些国外的衬底。随着国内衬底公司快速发展,良率提升了很多。国内供应商就是具有这样的特色,只要给它机会,反复迭代,它就可以快速地达到这个品质。”
       那么,供货商是否能够稳定供货?赵奇回复称:“6英寸衬底和外延国内供应已经完全没有问题了,8英寸目前我们已经下线在验证。我们觉得在衬底和外延领域,接下来国内的供应应该完全没有问题。”
       8英寸碳化硅器件制造难在哪里?
       对于碳化硅晶圆制造设备与硅基晶圆制造设备的区别,赵奇表示:“其实,两者90%的设备是一样的。由于碳化硅比较坚硬,所以在器件制造过程中,我们必须把它的温度加到比硅基更高。比如,在硅基器件制造过程里,通常来说最高温度是到1200度,到1250度已是极限温度。但在碳化硅器件制造过程中,有几步工艺最高要用到2100度。”
       两者设备方面的主要区别在于满足高温的退火设备、炉管以及离子注入机的不同。比如,高温退火设备需要在2100度下工作;栅极氧化膜的成长离不开1700度温度的炉子;此外,离子注入方面,硅基的注入是常温注入,而碳化硅太坚硬,需将温度提高到五、六百度,所以离子注入机也需要高温高能。
       那么,从6英寸碳化硅“器件制造”到8英寸碳化硅,究竟难在哪里呢?
       赵奇认为:“现阶段,主要就是要解决碳化硅衬底在生产中的翘曲。8英寸硅基衬底厚度为0.725毫米。碳化硅虽然晶体很硬,但为了让衬底片更便宜,需要比硅更薄,比如0.35毫米。这个厚度,在6英寸时还有一定刚性,到8英寸就会出现翘曲。翘曲之后,衬底片就不在一个平面上,真空吸不住。”

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