在過去十年中，商用碳化硅（SiC）功率半導(dǎo)體越來越多地出現(xiàn)在自己的產(chǎn)品中。然而，與制造SiC晶片相關(guān)的高啟動(dòng)成本和成品器件的高成本（比硅功率器件高五到十倍）意味著許多公司仍然對進(jìn)入SiC市場持謹(jǐn)慎態(tài)度。

 

與任何新的半導(dǎo)體技術(shù)一樣，隨著技術(shù)從早期階段發(fā)展到主流應(yīng)用，制造商必須創(chuàng)建能夠以高產(chǎn)量可靠地生產(chǎn)高產(chǎn)量晶圓的解決方案，以實(shí)現(xiàn)可承受性。事實(shí)上，2018年APEC的參觀者看到多家制造商和早期采用者正在努力跨越從原型到可靠，價(jià)格合理的生產(chǎn)的鴻溝。

 

已經(jīng)提出了各種補(bǔ)救措施來實(shí)現(xiàn)SiC功率器件的大批量，高產(chǎn)量生產(chǎn)，包括使用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)和制造工藝作為SiC工業(yè)的開放標(biāo)準(zhǔn)的一部分。X-FAB Texas采用了一種非常不同的方法，該方法有望使SiC成為適用于各種功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用的價(jià)格合理的器件的主流技術(shù)。

 

一種新的SiC制造方法

在PowerAmerica Institute的支持下，合作通過利用X-FAB將其硅晶圓生產(chǎn)線用于其自己的開放式碳化硅鑄造廠的規(guī)模經(jīng)濟(jì)，汽車質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備組合，加速了SiC功率器件的商業(yè)化。模型。除了在德克薩斯州經(jīng)營大批量硅晶圓代工廠外，X-FAB目前還在同一工廠為10家不同的SiC公司制造晶圓，每個(gè)晶圓廠都有其獨(dú)特的器件設(shè)計(jì)和工藝流程。通過整合必要的資源以及硅和碳化硅客戶的需求，X-FAB可以生產(chǎn)6英寸SiC晶圓，其速度與世界領(lǐng)先的運(yùn)營自備晶圓廠的集成器件制造商相同。

 

與通常具有數(shù)十萬個(gè)晶體管的集成電路不同，比如功率MOSFET的器件相對簡單。因此，通過使用針對特定器件特性優(yōu)化的工藝來區(qū)分類似產(chǎn)品的能力是至關(guān)重要的。

 

X-FAB的理念是，碳化硅供應(yīng)商應(yīng)該能夠提供市場上的功率器件，這些器件可以通過工藝和設(shè)計(jì)。這與硅晶片制造形成鮮明對比，其中X-FAB客戶采用獨(dú)特的器件設(shè)計(jì)，但采用高度標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)。然而，在SiC晶圓生產(chǎn)中，使用“一刀切”的工藝流程使得無法針對特定市場或應(yīng)用優(yōu)化器件的性能。雖然遵循標(biāo)準(zhǔn)化的工藝流程可能會(huì)縮短開發(fā)時(shí)間，但它需要在器件尺寸（需要額外的昂貴的SiC晶圓“不動(dòng)產(chǎn)”），性能以及在某些情況下的可靠性方面進(jìn)行重大權(quán)衡。使用標(biāo)準(zhǔn)化工藝技術(shù)所節(jié)省的任何時(shí)間和金錢都可能被設(shè)備成本的增加所抵消，因?yàn)樗加昧司A上更多的空間。

 

Monolith獨(dú)特的工藝架構(gòu)結(jié)合了專有工藝步驟，為成品器件提供標(biāo)準(zhǔn)（非差異化）工藝塊的性能優(yōu)勢。這些標(biāo)準(zhǔn)工藝塊可以利用整合制造平臺(tái)提供的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。X-FAB為其所有SiC晶圓客戶提供了優(yōu)化技術(shù)和工藝開發(fā)所需的工具，并保持這些開發(fā)的專有性。

 

SiC晶片比Si晶片更薄并且也是半透明的，這需要修改晶片處理方法。例如，設(shè)置用于不透明硅晶片的傳感器在裝載/卸載期間不能正確響應(yīng)SiC晶片，導(dǎo)致晶片破損。盡管存在這些挑戰(zhàn)，但整合硅晶片和SiC晶片的工藝流程并并行運(yùn)行它們已經(jīng)提供了巨大的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。