Silizium-Wafer von Infineon sind nur ein Viertel so dick wie ein menschliches Haar und halb so dick wie derzeitige Wafer. (Bild: Infineon Technologies)
Nach der Ankündigung der ersten 300-mm-Galliumnitrid-Wafer-Technologie (GaN) für Leistungselektronik und der Eröffnung der 200-mm-Siliziumcarbid-Power-Fab (SiC) in Malaysia hat Infineon Technologies jetzt den nächsten Meilenstein in der Halbleitertechnologie erreicht und mit einer Dicke von nur 20 µm die dünnsten Silizium-Leistungshalbleiter-Wafer (Si) in einer hochskalierten Halbleiterfabrik hergestellt.
Die Halbierung der Waferdicke verringert den Substratwiderstand um 50 %. Leistungsverluste in Power-Systemen lassen sich so im Vergleich zu Lösungen auf Basis von konventionellen Silizium-Wafern mit einer Dicke von 40 bis 60 µm um mehr als 15 Prozent reduzieren. Das ist besonders wichtig für die Stromversorgung von KI-Server-Anwendungen, bei denen die steigende Energienachfrage durch höhere Stromstärken angetrieben wird. In KI-Rechenzentren müssen Spannungen von 230 V auf eine Prozessorspannung von unter 1,8 V reduziert werden. Die Ultradünnwafer-Technologie fördert ein vertikales Stromversorgungsdesign, das auf der Trench-Mosfet-Technologie basiert und eine sehr nahe Positionierung am KI-Chip-Prozessor ermöglicht. Dadurch gibt es weniger Leistungsverluste und die Gesamteffizienz verbessert sich.
Nahtlose Integration in Hochvolumen-Produktionslinien
Um die technischen Hürden bei der Reduzierung der Waferdicke zu überwinden, mussten Infineon-Ingenieure einen Wafer-Schleifansatz entwickeln, da das Metallgehäuse, das den Chip auf dem Wafer hält, dicker als 20 µm ist. Dies beeinflusst die Handhabung und Verarbeitung der Rückseite des Wafers erheblich. Außerdem haben Herausforderungen wie Wafer-Bow (Krümmung) und Wafer-Separation einen großen Einfluss auf die Backend-Montageprozesse, die die Stabilität und Robustheit der Wafer sicherstellen. Der Dünnwafer-Prozess auf 20 µm gewährleistet eine nahtlose Integration in existierende Hochvolumen-Silizium-Produktionslinien. Es fallen keine zusätzlichen Fertigungskosten an
Infineon hat die Technologie bereits mit Kunden qualifiziert und auf die Integrated Smart Power Stages (DC-DC-Wandler) angewendet. Das Unternehmen plant, die Produktion von Ultradünnwafern zu erhöhen und bestehende konventionelle Silizium-Wafer für Niedervolt-Stromversorgungen innerhalb der kommenden drei bis vier Jahre durch den 20-µm-Prozess zu ersetzen.
Infineon wird die ersten Silizium-Ultradünnwafer öffentlich auf der electronica 2024 präsentieren.
