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    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?#20449;?#24179;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?#27169;?#21344;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,?#28304;薖aolo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?#21152;?#28041;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?#35759;?#19981;仅在上游的晶圆上,在器件的前道和后道工序中?#21152;?#19981;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、?#24179;?#23646;、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?#23884;齲?#26230;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?#34892;?#33455;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?#27604;?#21033;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,?#35745;?#30001;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?#21152;醒细?#30340;要求,操作员可谓全副武装,要做防静电处理,女性也不?#24066;?#21270;妆,同时工厂顶部和底面有通风换气装置,洁净度越高的?#21344;?#25442;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。

     

    ?#35745;?#30001;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,?#29575;?#19978;,卡塔尼亚工厂所在地的土质很特别,硬度足以抵消火?#33050;?#21457;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?#33050;?#21457;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?#20445;?#30005;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。?#35206;?#26029;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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