Leistungshalbleiter Siliziumkarbid: ST fertigt jetzt 200-mm-SiC-Wafer

Redakteur: Michael Eckstein

STMicroelectronics (ST) stellt in seinem Werk in Norrköping (Schweden) jetzt 200-mm-SiC-Wafer her. Darauf lassen sich fast doppelt so viele Leistungs-ICs fertigen wie mit bisherigen 150-mm-Substraten. Mit einer weiteren 200-mm-Fabrik will der europäische Halbleiterhersteller bis 2024 mehr als 40 Prozent seiner SiC-Substrate aus eigenen Quellen beziehen.

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Mehr Selbstversorgung: SiC-Chips für Anwendungen in der Leistungselektronik sind gefragt. Mit größeren 200-mm-SiC-Wafern schraubt ST nun den Ausstoß nach oben.
Mehr Selbstversorgung: SiC-Chips für Anwendungen in der Leistungselektronik sind gefragt. Mit größeren 200-mm-SiC-Wafern schraubt ST nun den Ausstoß nach oben.
(Bild: STMicroelectronics)

STMicroelectronics (ST) hat erste Siliziumkarbid-(SiC-)Wafer mit einem Durchmesser von 200 mm (8 Zoll) hergestellt. Damit zählt ST zu den weltweit ersten Unternehmen, die die besonders für Leistungshalbleiter interessanten SiC-Substrate in dieser Größe fertigen können – den ersten 200-mm-SiC-Wafer hatte 2015 das Unternehmen II-VI Advanced Materials präsentiert.

Die größeren SiC-Substrate sind ein wichtiger Schritt hin zu einer günstigeren Massenproduktion von darauf basierenden Leistungshalbleitern. 200-mm-Wafer gestatten gegenüber 150-mm-Wafern eine Kapazitätssteigerung mit nahezu einer Verdoppelung der für die Produktion integrierter Schaltungen nutzbaren Fläche, sodass die 1,8- bis 1,9-fache Menge an funktionierenden Chips produziert werden kann.

Mit Norstel-Knowhow zu hochwertigen 200-mm-Wafern

Ein weiterer Schritt ist eine hohe Qualität der Wafer, sprich: ein Minimum an Fehlern und Defekten im Kristallgitter. Diese sind eine der Haupursachen für niedrige Ausbeuten. Nach eigenen Angaben will ST hier ein sehr hohes Niveau erreicht haben. Verantwortlich dafür sei die Expertise der Tochter STMicroelectronics Silicon Carbide für die Produktion von SiC-Rohlingen (Ingots). Hinter der Tochter steckt das Unternehmen Norstel, das ST 2019 übernommen hat.

Die neuen SiC-Wafer sollen zunächst im ST-Werk Norrköpping (Schweden) für „das Prototyping einer neuen Generation von Power-Bauelementen“ verwendet werden. Die Umstellung auf 200-mm-Wafer markiert nach Aussagen des Unternehmens einen Meilenstein im Kapazitätsausbau für die Programme der ST-Kunden auf dem Automobil- und Industriesektor.

Umstellung der gesamten Lieferkette auf 200-mm-Wafer nötig

Die größeren SiC-Scheiben erfordern den Umstieg auf neue Fertigungsanlagen und laut ST „einen Schritt nach vorn in der Leistungsfähigkeit der gesamten Support-Infrastruktur“. Hier arbeite man mit Technologiepartnern in der gesamten Lieferkette an der Entwicklung „eigener Anlagen und Prozesse für die 200-mm-SiC-Produktion“.

Bislang fertigt ST seine Großserien-SiC-Produkte der STPOWER-Familie auf zwei 150-mm-Wafer-Linien in den Werken Catania (Italien) und Ang Mo Kio (Singapur), während das Assemblieren und Testen in den Back-end-Werken Shenzhen (China) und Bouskoura (Marokko) erfolgt.

Weitere SiC-Substrat-Fabrik in Planung

Der nunmehr gemeldete Meilenstein ist Bestandteil des geplanten Umstiegs auf eine fortschrittlichere, kosteneffiziente Massenproduktion von 200-mm-SiC-Wafern. Zur Roadmap von ST gehört auch der Bau einer neuen Fabrik für SiC-Substrate. Bis 2024 will der europäische Halbleiterhersteller mehr als 40 Prozent seiner SiC-Substrate aus eigenen Quellen beziehen.

„Der Wechsel zu 200 mm großen SiC-Wafern wird entscheidende Vorteile für unsere Automotive- und Industriekunden bringen, deren Initiativen zur Elektrifizierung ihrer Systeme und Produkte weiter an Tempo zulegen“, sagt Marco Monti, President der Automotive and Discrete Group von STMicroelectronics. Wichtig sei der Umstieg auch zum Verbessern der Skaleneffekte beim Hochfahren der Produktionsstückzahlen.

„Der Aufbau eines robusten Know-hows in unserer internen SiC-Infrastruktur über die gesamte Produktionskette, von den hochwertigen SiC-Substraten bis hin zur Großserien-Front-End- und Back-End-Produktion stärkt unsere Flexibilität und ermöglicht es uns, die Verbesserung der Ausbeute und Qualität unserer Wafer besser zu kontrollieren“, erklärt Monti weiter.

Warum ist Siliziumkarbid (SiC) so wichtig?

Siliziumkarbid (SiC) ist ein Verbund-Halbleitermaterial, dessen Eigenschaften eine Performance- und Effizienzverbesserung gegenüber Silizium in wichtigen, wachstumsträchtigen Anwendungen der Leistungselektronik bewirken – etwa im Elektromobilitäts- und Industriesektor.

Nach eigenen Angaben hat ST im SiC-Bereich eine führende Position inne, die das Ergebnis seiner 25-jährigen Fokussierung auf die Forschung und Entwicklung ist, aus der mehr als 70 Patente hervorgegangen sind.

Neben einer effizienteren Leistungswandlung erlaubt die wegweisende Technologie leichtere und kompaktere Designs sowie allgemeine Kostenersparnisse im Systemdesign – alles wichtige Parameter und Erfolgsfaktoren für Automotive- und Industriesysteme.

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