Полупроводниковая сублимация Европы

Выделение гранта STMicroelectronics — первый шаг в реализации долгосрочной программы развития полупроводниковой индустрии, — European Chips Act.

Напомним, разработанная по образу и подобию американского Chips and Science Act панъевропейская полупроводниковая программа предусматривает выделение 43 млрд евро на создание новых исследовательских, опытно-конструкторских и производственных мощностей по выпуску полупроводников. Европейские лидеры надеются, что эти инвестиции помогут Европе удвоить свою долю на глобальном рынке полупроводников — с нынешних 10% до 20% к концу десятилетия.

31 мая на пресс-конференции, посвященной запуску первого проекта по линии European Chips Act, которая прошла в Катании (Сицилия, Италия), вице-президент Европейской комиссии и комиссар по вопросам цифрового развития и конкурентной политики Маргрете Вестагер уточнила, что выделенные ЕС 2 млрд евро, непосредственно предоставляемые правительством Италии, будут направлены на строительство в Катании нового завода STMicroelectronics (далее — STMicro) по изготовлению силовых устройств и модулей основным потребителем которых должны стать ведущие мировые автопроизводители.

Предварительно заявленная общая стоимость нового проекта STMicro — 5 млрд евро. Мегафабрика будет производить 200-миллиметровые пластины из карбида кремния (SiC) и должна начать серийное производство в 2026 году. Ожидается, что к 2033 году она будет выпускать примерно 15 тыс. SiC-пластин в неделю, а также станет центром исследований и разработок для усовершенствованных силовых полупроводников нового поколения.

Как утверждает руководство самой компании, новый кампус STMicro в Катании по производству карбида кремния (Catania Silicon Carbide Campus) «объединит на одной площадке все аспекты производства SiC — от исследований и разработок до производства и от создания подложек до сборки модулей».

Итальянское правительство внесет свой вклад в этот крупномасштабный проект, предоставив финансирование из национального Фонда микроэлектроники (Microelectronics Fund).

Проект STMicro — это часть широкой стратегической программы инвестиций Италии в микроэлектронику в размере 10 млрд евро, которые могут быть распределены уже к концу 2024 года.

Еще один важный элемент этой стратегии — анонсированные инвестиции компании Silicon Box в размере 3,2 млрд евро на строительство завода в Северной Италии по производству чипсетов.

Присутствовавший на пресс-конференции Адольфо Урсо, министр промышленности и главный координатор программы Made in Italy («Сделано в Италии»), упомянул о возможном привлечении новых ресурсов по линии PNRR (Il Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza, — «постковидного» «Итальянского плана национального восстановления и устойчивости»), в рамках которого предусматривалось направить порядка 13 млрд евро на цифровые и зеленые инновации.

В Катании, Италия, будет построен новый крупносерийный завод по производству карбида кремния толщиной 200 мм для силовых устройств и модулей, а также для испытаний и упаковки

newsroom.st.com

Итало-французский техноальянс

Компания STMicro была создана в 1987 году в результате слияния двух разработчиков и производителей микроэлектроники — французской Thomson Semiconducteurs и итальянской SGS Microelettronica. Двумя основными акционерами компании на паритетной основе являются правительства Франции и Италии (их совместная доля составляет 27,51%).

STMicro — ведущий мировой производитель чипов из карбида кремния, в число ее клиентов сегодня входят автогиганты Tesla, BYD, BMW и Renault (ключевым технологическим партнером в проекте Catania Silicon Carbide Campus станет немецкая BMW Group). Еще несколько лет назад президент и генеральный директор компании Жан-Марк Шери утверждал, что STMicro — «единственная полупроводниковая компания в мире, массово производящая на сегодняшний день пластины из карбида кремния автомобильного качества».

Еще в декабре 2019 года STMicro завершила сделку по приобретению шведской компании Norstel AB — ведущего мирового поставщика полупроводниковых пластин из карбида кремния, — основанной в 2005 году как дочернее предприятие Линчепингского университета. В результате STMicro фактически стала контролировать всю цепочку поставок для производства своих SiC-устройств.

STMicro уже имеет действующий завод по производству SiC-пластин диаметром 150 мм в той же Катании, новая фабрика будет построена в непосредственной близости от него.

Помимо действующего итальянского завода компания также производит SiC-продукты в Сингапуре, а в июне прошлого года объявила о планах построить новый 200-мм завод по производству устройств из карбида кремния в китайском Чунцине на базе СП с местной Sanan Optoelectronics — одним из лидеров в разработке новых силовых МОП-транзисторов из карбида кремния.

Предварительно заявленный общий объем инвестиций в этот проект — 3,2 млрд долларов. Производство планируется начать в четвертом квартале 2025 года, и, как ожидается, строительство будет полностью завершено в 2028-м.

Что же касается новой сицилийской фабрики, Жан-Марк Шери на пресс-конференции сказал: «Полностью интегрированные возможности, открываемые Catania Silicon Carbide Campus, внесут значительный вклад в укрепление лидерства STMicro в области SiC-технологий для автомобильной отрасли и промышленных потребителей в течение следующих десятилетий… в том числе благодаря тому, что ключевые элементы нового проекта включают в себя внедрение различных передовых технологий, в том числе искусственного интеллекта, для управления технологическими процессами и технического обслуживания, которые позволят существенно ускорить обработку данных и повысить эффективность работы».

Карбид кремния (карборунд) — бинарное неорганическое химическое соединение кремния с углеродом. Химическая формула SiC. В природе встречается в виде чрезвычайно редкого минерала — муассанита. Порошок карбида кремния был получен в 1893 году. Используется как абразив, полупроводник, в микроэлектронике (в силовых установках электроавтомобилей), для имитирующих алмаз вставок в ювелирные украшения

Wikipedia

Ставка на карбид кремния

По оценкам аналитиков из Yole Group, мировой рынок силовых устройств из карбида кремния, на которые делает ставку руководство STMicro, вырастет с 1,09 млрд долларов в 2021 году до 6,3 млрд в 2027-м.

Глава STMicro тоже вполне оптимистично оценивает будущее SiC и рассчитывает, что уже к концу десятилетия стоимость таких схем может превысить 5 млрд долларов в годовых доходах компании, в основном благодаря росту спроса на электромобили.

Карбид кремния обладает существенными преимуществами перед «обычным» кремнием в различных электроэнергетических приложениях благодаря более широкой полосе пропускания, более высокой теплопроводности и скорости переключения, а также меньшему рассеиванию энергии. Идеальный для высоковольтных устройств с напряжением свыше 1200 В, SiC незаменим в электромобилях, инфраструктуре быстрой зарядки, возобновляемых источниках энергии (в том числе в солнечных панелях) и промышленных приложениях, включая центры обработки данных.

В частности, адепты применения устройств на основе SiC в автоиндустрии утверждают, что при их использовании можно заметно увеличить запас хода электромобилей за счет снижения их полной массы и уменьшения износа батарей.

Однако процесс производства пластин из SiC значительно сложнее, чем производство «стандартных» кремниевых, которое давно отработано и унифицировано, из-за их гексагональной решетчатой структуры и наличия более 300 различных политипных модификаций. Такая сложность требует хорошо контролируемой производственной среды и специализированного оборудования.

Для выращивания слитков SiC на производственных мощностях STMicro и ряда других компаний, продвигающих данную технологию, используется метод сублимации. Этот процесс происходит в специализированных печах, где тигли, заполненные порошком SiC и затравочными кристаллами, нагреваются до температуры 2500 °C. Контролируемая среда внутри печи, включая низкое давление и подачу специальных газов, способствует росту кристаллов SiC. Но в отличие от кремния, который может вырасти на метр за несколько часов, SiC требуется несколько недель, чтобы вырасти всего на несколько сантиметров, из-за его сложной химической структуры.

После выращивания слитки проходят ряд механических процессов, начиная со шлифовки для достижения необходимых технических параметров (в том числе унифицируемой плоскостности и гладкости). После этого слитки нарезаются на пластины, причем процесс нарезки очень сложен из-за твердости SiC. Для этого используются как традиционные методы, так и инновационная технология лазерной резки. Последняя значительно снижает потери материала, что очень важно, учитывая высокую стоимость SiC.

Контролируя всю цепочку поставок, от сырья до производства готовых пластин, новая фабрика STMicro (и прочие ее производственные проекты) в идеале должна обеспечить отслеживание и своевременное устранение любых дефектов, что позволит непрерывно повышать качество готовой продукции и снижать затраты. Такая интеграция также ускоряет цикл обратной связи, связывая дефекты материала с возможными нарушениями в работе электрооборудования, что, опять-таки, повышает общую надежность и производительность перспективных SiC-устройств.