功率半導(dǎo)體作為開關(guān)電源、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、LED驅(qū)動(dòng)、新能源汽車和智能電網(wǎng)等電源系統(tǒng)的核心器件，是降低功耗的關(guān)鍵。隨著綠色生活、綠色發(fā)展成為主旋律，功率器件需求必將大幅提升。尤其是，新能源、軌道交通等新興產(chǎn)業(yè)越來越發(fā)展成為“利基”市場(chǎng)，電源IC、MOSFET、IGBT等器件和模塊在其中的作用將顯示出更為重要的地位。

環(huán)保需求點(diǎn)燃IGBT市場(chǎng)

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管）是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管） 組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，作為能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷?，廣泛應(yīng)用在變頻器的逆變電路中，具有電壓高、電流大、頻率高、導(dǎo)通電阻小等特點(diǎn)，能以更低的損耗率實(shí)現(xiàn)更快的開關(guān)速度，被譽(yù)為電力電子裝置的“CPU”。

自商業(yè)化應(yīng)用以來，小到家電大到船舶、高鐵，都常見IGBT的身影，其在1～100kHz的頻率、電壓為400V～6500V和電流為1A～3600A的應(yīng)用范圍內(nèi)占據(jù)重要地位。根據(jù)Yole Development咨詢公司的測(cè)算，IGBT市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將由2014年的44億美元增長(zhǎng)到2018年的60億美元。

中國(guó)已成為全球第一大新能源汽車市場(chǎng)，而IGBT功率器件約占新能源汽車整車價(jià)值量的10%。其主要表現(xiàn)：一是純電動(dòng)車的核心模塊離不開IGBT，尤其是性能更佳的場(chǎng)截止型IGBT（FS, FieldStop）；二是馬達(dá)逆變器無疑也將驅(qū)動(dòng)IGBT模塊飛速發(fā)展；三是充電難為目前混合動(dòng)力車/ 電動(dòng)車主最頭疼的問題，作為發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)性保障，新能源汽車充電樁的建設(shè)刻不容緩，而充電設(shè)施的建設(shè)也對(duì)IGBT功率器件模塊有大量需求。

另一方面，風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能發(fā)電站利用自然風(fēng)和太陽(yáng)的熱輻射能進(jìn)行發(fā)電，是當(dāng)前最為普及的綠色發(fā)電方法，對(duì)環(huán)境無害，在全球范圍內(nèi)發(fā)展前景廣闊。大容量轉(zhuǎn)換電路的IGBT模塊幫助AC/DC轉(zhuǎn)換器將風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電力轉(zhuǎn)換為直流電，再通過變頻器將直流電轉(zhuǎn)換為商用頻率的交流電。太陽(yáng)能面板所產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成交流電的功率調(diào)節(jié)器同樣有賴于IGBT模塊。同時(shí)，隨著直流電機(jī)特別是無刷直流電機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，各種電壓等級(jí)的MOSFET等功率半導(dǎo)體需求也將順勢(shì)而上。

IGBT產(chǎn)品制造過程中的難點(diǎn)攻克

IGBT正面制程和與Trench MOSFET類似，但背面加工的要求極高。華虹宏力在產(chǎn)能規(guī)模上是全球領(lǐng)先的功率分立器件200mm代工廠，在功率器件產(chǎn)品穩(wěn)定量產(chǎn)上擁有15年的經(jīng)驗(yàn)，是目前國(guó)內(nèi)唯一擁有IGBT全套背面加工工藝的晶圓代工企業(yè)，在場(chǎng)截止型IGBT的背面晶圓加工能力上尤為突出。

所謂場(chǎng)截止型，是為了讓截止電場(chǎng)到溝道前提前降下來以降低drift厚度，其結(jié)構(gòu)是在P- injection和N-drift間引入N場(chǎng)截止層，最終降低Ron、Vce，達(dá)到高功率的要求。

其中，對(duì)600V-1200V場(chǎng)截止型IGBT產(chǎn)品需要將晶圓減薄到60～120um，華虹宏力通過設(shè)備升級(jí)、改造，完善了生產(chǎn)工藝體系：① 成功配置了一整套IGBT 超薄片（最薄60 微米）背面工藝/ 測(cè)試生產(chǎn)線，并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；② 通過引進(jìn)TBDB設(shè)備，提高了背面注入能力，使華虹宏力開發(fā)的IGBT產(chǎn)品背面器件結(jié)可以更深，性能更加優(yōu)化；③ 配合先進(jìn)的激光退火工藝用于背面注入雜質(zhì)激活，背面注入雜質(zhì)的激活率顯著提高；④ 通過背面濺射金屬工藝的引入，使得芯片的正向?qū)〒p耗再次降低10%，大幅提升了IGBT芯片的工作效率。

另外，場(chǎng)截止型IGBT采用區(qū)熔硅單晶作為襯底。區(qū)熔硅單晶的機(jī)械強(qiáng)度不如直拉單晶硅，在溝槽柵器件制備過程中容易產(chǎn)生翹曲和缺陷。尤其是IGBT生產(chǎn)由6英寸晶圓升級(jí)到8英寸晶圓后，由于晶圓尺寸變大，晶圓翹曲情況變得更加嚴(yán)重。華虹宏力在開發(fā)IGBT產(chǎn)品時(shí)采用了獨(dú)特的應(yīng)力控制技術(shù)，8英寸晶圓的翹曲問題基本得到解決，為IGBT產(chǎn)品順利量產(chǎn)鋪平了道路。通過對(duì)各種鈍化膜層結(jié)構(gòu)應(yīng)力與電性參數(shù)的研究，華虹宏力研發(fā)出了獨(dú)特的鈍化層結(jié)構(gòu)，有效改善了IGBT晶圓的應(yīng)力問題，使600V-1200V場(chǎng)截止型IGBT的高溫可靠性達(dá)到同類產(chǎn)品的領(lǐng)先水平。

華虹宏力還成功開發(fā)了穩(wěn)定、高性能的IGBT深溝槽刻蝕及填充特色工藝，進(jìn)一步提升溝槽密度、減小芯片面積，增強(qiáng)了客戶產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。IGBT關(guān)斷時(shí)，由于在漂移區(qū)內(nèi)存在大量的空穴，導(dǎo)致IGBT有拖尾電流等問題存在，因此IGBT器件關(guān)斷時(shí)間更長(zhǎng)，關(guān)斷損耗更高。華虹宏力可為客戶提供先進(jìn)的少子壽命控制技術(shù)，通過精確控制來降低少子壽命，降低關(guān)斷時(shí)間，提高IGBT器件的開關(guān)性能。

加速研發(fā)進(jìn)擊中高端市場(chǎng)

依托在MOSFET和Super Junction方面十余載來累積的豐富經(jīng)驗(yàn)，華虹宏力在基于溝槽結(jié)構(gòu)的600V-1200V非穿通型和場(chǎng)截止型的量產(chǎn)上大獲成功。2016年榮列國(guó)內(nèi)企業(yè)發(fā)明專利授權(quán)量前十，其中在Super Junction/Cool-MOS領(lǐng)域?qū)＠蚺琶? 。

目前，華虹宏力核心的制造工藝已具備包括深溝槽柵工藝技術(shù)，超薄片工藝技術(shù)以及基于超薄片的場(chǎng)截止型工藝技術(shù)等?；巳A虹宏力正在加速研發(fā)新能源車用IGBT技術(shù)，包括Smart IGBT和SFM IGBT技術(shù)，此外，RC-IGBT/Cool-IGBT/SGT-IGBT等新技術(shù)也正在開發(fā)中。預(yù)計(jì)明年起逐步推向市場(chǎng)。運(yùn)用這些技術(shù)的產(chǎn)品非常適合用于新能源汽車、白色家電、電磁爐、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、UPS、焊機(jī)、機(jī)車拖動(dòng)、智能電網(wǎng)以及包括風(fēng)電和太陽(yáng)能等新能源高端市場(chǎng)應(yīng)用。

華虹宏力代工生產(chǎn)的600-1200V場(chǎng)截止型IGBT，無論是導(dǎo)通壓降、關(guān)斷損耗，還是工作安全區(qū)、可靠性等均達(dá)到了國(guó)際同類產(chǎn)品最先進(jìn)水平。諸如：先進(jìn)深溝槽或精細(xì)溝槽刻蝕工藝，不僅實(shí)現(xiàn)了低導(dǎo)通壓降和高電流密度，還保證了足夠的短路能力和關(guān)斷能力；最低60um的超薄片加工能力結(jié)合適當(dāng)?shù)谋趁孀⑷?，能自如地在?dǎo)通壓降和關(guān)斷損耗之間進(jìn)行性能折中；先進(jìn)的激光退火工藝進(jìn)一步加強(qiáng)了IGBT性能的工藝控制能力；低應(yīng)力的鈍化工藝降低了高溫漏電，從而保證了高溫可靠性。

除了擁有出色的FS IGBT全套背面加工能力外，華虹宏力還在汽車電子方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，建立了零缺陷管理模式，并通過ISO/TS16949認(rèn)證和多家客戶的VDA 6.3 （德國(guó)汽車質(zhì)量流程審計(jì)標(biāo)準(zhǔn)）標(biāo)準(zhǔn)審計(jì)，公司客戶的MOSFET和SJNFET（超級(jí)結(jié)MOSFET）產(chǎn)品也都成功應(yīng)用到汽車電子中，在晶圓代工領(lǐng)域具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。面對(duì)新能源汽車市場(chǎng)，華虹宏力的布局不可謂不充分。

“十三五”期間，華虹宏力將勵(lì)志服務(wù)于《中國(guó)制造2025》等國(guó)家戰(zhàn)略，致力于驅(qū)動(dòng)車用IGBT國(guó)產(chǎn)化市場(chǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，以技術(shù)創(chuàng)新和突破為核心，以工藝平臺(tái)為基礎(chǔ)，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)品的研制和產(chǎn)業(yè)化，有效地服務(wù)于新能源技術(shù)及新能源汽車產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)車用IGBT產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化，并推動(dòng)其下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，欲再攀高峰。