年产270万片功率器件超薄芯片背道加工产线项目可行性研究报告
思瀚产业研究院    2022-09-21

第一节 项目实施的必要性与可行性分析

一、功率器件超薄芯片背道加工行业分析

功率器件芯片采用背面作为电极，为了提升器件性能，需要采用背面减薄方式来缩小芯片的厚度，从而减小正面与背面的导通电阻，减少能量损耗。由于芯片的正面加工工艺复杂、工序繁多，如果采用薄片流通容易碎片，导致良品率急剧下降，因此，技术上均采用先正面工艺完成后再进行背面工艺加工。

技术发展的过程中，部分器件（如MOSFET）在背面减薄完成后，还可以进行背面离子注入以降低体硅的电阻率，进一步降低电阻率来减少能量损耗；而对于IGBT芯片，是在正面MOSFET结构形成后，通过背面减薄后再制作PN结构双极器件，二者结合形成IGBT的器件结构。

对于功率器件芯片而言，不断追求薄片/超薄片是必然的趋势，从而不断改善器件结构、提升器件性能、减小能量损耗。

特色工艺半导体（含功率半导体）产业链的上下游包含“硅片—晶圆代工—设计公司”，其中晶圆代工根据其生产环节的不同又包含正面工艺和背道工艺，背道工艺的主要工序包括：

背面减薄、硅腐蚀去应力、背面金属化、背面注入、背面器件结构制作、薄片/超薄片CP测试等方面。

近年来，随着器件性能要求的不断攀升，新型结构的薄片/超薄片技术，在国外一些领先的IDM公司发展迅速，如Infineon、Toshiba、Mitsubishi、ROHM、AOS等，国内设计公司正在进行跟进和对标设计，相应的工艺加工能力配套已经非常急迫和必要。

规划建设年产270万片功率器件超薄芯片背道加工产线，以满足不断增长的面向特色先进工艺制程的功率器件超薄芯片背道加工的需求。

功率器件芯片超薄芯片背道加工的产业链上游是化学品、特种气体、金属、砂磨轮、蓝膜、探针等原材料生产企业，产业链下游为芯片设计企业或晶圆代工企业（只配置正面工艺或有背道工艺但产能不足以及技术配置较低）。

（二）超薄芯片背道工艺在芯片制程中的应用发展

早期半导体芯片的背面工艺相对简单，由于加工设备的精度低、晶圆片减薄后容易翘曲以及生产操作难度大等原因，碎片率是背道工艺中的难点。同时，IGBT的发展也需要随着背面工艺发展来不断提升器件性能，因此，近十年来，基于背道工艺加工的相关设备性能、工艺技术、创新结构不断涌现与提升，带来功率器件朝向高性能先进功率器件领域的快速发展，主要体现就是晶圆片减薄后的厚度不断降低，目前国际先进水平已经达到50~40μm，在保证流通碎片率较低的情况下来实现器件的高性能。

国际主流功率器件公司Infineon、Toshiba、Mitsubishi、ROHM、ST、AOS等均在先进功率器件上采用超薄芯片背道工艺。国内的相关技术领域研发与进展程度与国际相较还有一定差距，近年来，华虹NEC、华润微电子、杭州士兰微、吉林华微等主要功率器件制造产线，也在不断升级完善和提升自己的背道工艺技术与能力。

随着SiC、GaN-SiC宽禁带半导体（第三代半导体）的发展，其背面工艺的进一步提升也提上议程，包括SiC超薄片背面的加工工艺、GaN-SiC背面的器件结构与TSV工艺需求等，将是决定相关器件性能的关键技术工艺。

先进功率器件主要面向当前迅速发展的新能源领域（功率转换及储能等）、电动汽车、移动智能终端及物联网等领域。

以下为薄片/超薄片背道工艺在部分功率器件上的应用和价值体现：

1）对于常规功率器件硅基平面高压（600~1200V）MOSFET的背面工艺后薄片一般在220μm左右，如果能够进一步做到160μm厚度，价格将提升10 %以上，用于工业领域的提升20%以上，薄片的产品应用领域也会更为广阔；

2）对于IGBT产品则必须做到薄片/超薄片工艺，其中： NPT型IGBT，常规薄片工艺即可（可以不用Taiko）；对于FS结构IGBT，必须采用超薄片工艺来实现；

3）对于SiC器件，必须保证减薄到200μm以下，最好能够到100μm，则其价值可增加20%以上。

（三）超薄芯片背道工艺开放式代工的经营模式

目前无论国际企业还是国内企业，对于先进功率器件的背面工艺，主要采用IDM模式在自有芯片产线上建设，不过其内部也存在以下情况：

MOSFET领域的国际知名企业A公司，其8英寸芯片的加工采用代工方式，而其器件核心的背道工艺，则在上海单独建立了薄片/超薄片的背道加工产线，满足自有产品的需求。国内某知名功率半导体企业，其晶圆加工产线两条6英寸线和一条8英寸线，三条产线均是按照正面工艺分别加工，而6英寸、8英寸晶圆片的各类型背道工艺则有专门的工厂来实施。

对于先进功率器件，目前市场的主要份额还是被国际大公司所占有，国内的华虹NEC、华润微电子、杭州士兰微等近几年通过技术发展逐步进入，其中，只有华虹NEC、华润微电子（小部分）有相关“正面 + 背道”工艺的加工，能够以开放式代工面向市场释放应用。在这一领域，包括工业级/能源级/汽车级所使用的MOSFET、IGBT、SiC等器件，国内很多器件设计公司均在尝试涉足，但由于芯片加工条件所限，尤其是超薄芯片背道加工产能和技术所限，相关设计和工艺提升的进程一直进展缓慢。

在功率器件，尤其是先进功率器件的国产替代进程中，器件设计公司是创新最活跃的源头，也是功率器件依靠应用牵引进一步提升技术的核心力量之一。先进功率器件的工艺一直在不断创新发展中，其工艺技术与产品设计的结合具有一定的特异性，相对于较为标准和平台化的正面工艺，特别是基于背道工艺方面的创新发展，各家公司都将有自己独特的技术线路与工艺方式，这个方面也将形成设计公司的技术Know How，因此，需要有定制化的超薄芯片背道工艺产线条件来为设计公司提供研发中试和量产的基础条件。

先进功率器件正面工艺的代工需求，一方面，依靠专业的功率器件芯片代工厂来满足，但这部分现有产能资源很有限；另一方面，可以在MOS工艺集成电路代工线上实现，这方面的产能资源较为丰富，包括但不限于中芯国际、台积电、联电（和舰）、厦门联芯、韩国东部以及其它Foundry代工厂。

而先进功率器件的超薄芯片背面工艺加工就存在很大局限性，即便是开放式的功率器件代工厂，作为标准芯片代工产线，一方面，通常是以归一化的有限工艺平台来提供服务，这方面对需要创新研发或特色化的先进功率器件工艺带来极大的限制；另一方面，无论是华虹NEC还是华润微电子，其代工线是同时面向功率器件与MOS集成电路，基于功率器件的背道工艺产能具有较大局限性。

因此，对于具有持续产品创新需求的先进功率器件设计与应用的企业，迫切需要可为其提供定制化开放代工的超薄芯片背道加工产线及产能。

（四）超薄芯片背道工艺加工市场规模与客户

近年来功率器件不断朝先进器件方向发展，主要体现包括正面工艺不断加强的功率密度、

耐压及电流提升，除此之外还涵盖了关键的背面工艺，主要体现为薄片/超薄片的工艺推进、背面的结构化工艺更新发展两个技术类型。

目前，先进功率器件的市场份额中，国内企业只占有极少比例，绝大部分均为国际Infineon、Mitsubishi、Toshiba、Rohm、ST、AOS等企业所占有。据Omida数据显示，2021年全球和中国功率半导体市场空间分别为462亿美元和182亿美元，预计到2025年，全球和中国市场空间有望分别达到548亿美元和195亿美元，相比2021年复合增速分别达到5.92%和4.55%。其中，受益于新能源汽车、光伏、风电、电网建设等下游需求的持续增长，IGBT、大功率MOSFET、SiC器件等先进功率器件的市场空间仍将保持快速上升的态势。

随着新能源、电动汽车、智能移动终端、消费电子升级、工业控制等应用领域的不断提升，国内先进功率器件的市场需求将不断扩展，但目前国内先进功率器件绝大部分是在IDM企业的产线完成，对于设计公司采用没有背道工艺配置的通用芯片代工产线，很难完成器件性能指标的进一步提升。

在国内相关企业技术不断提升、国产替代逐步加快的大趋势下，国内IDM厂商、器件设计公司也将引来大踏步的发展。国家“碳达峰、碳中和”战略对能源利用效率提出更高要求，而且供应链自主可控形势下国产替代的需求日益强烈，因此，未来国内优秀功率器件企业将重点发力先进功率半导体器件，已有诸多器件设计公司均在规划安排面向先进功率器件领域的技术提升，其中对于超薄芯片背道工艺代工的需求已非常急迫，设计公司期盼能获得稳定的、有技术能力的超薄芯片背道加工平台支持，尽快研发定型先进功率器件系列产品，以满足国内对中高端功率器件日益增长的需求。

目前，芯微泰克已经储备的器件设计公司及晶圆代工厂主要合作伙伴超过5家，保守预计需要薄片/超薄片背道加工产能超过6万片/月，能够支持背道产线运营初期到盈利的规模能力，公司建设规划到2023年8月份开始运营生产。

二、项目实施的必要性

（一）先进功率器件国产替代趋势下，超薄芯片背道工艺代工需求迫在眉睫

超薄芯片的背道加工是功率器件晶圆代工特色工艺的典型代表，伴随着新能源、工业级、汽车电子对功率器件能量密度和能耗提出更高性能需求，近十年来，面向超薄芯片的背道工艺技术发展迅猛，硅基器件的背道工艺结构的创新、第三代半导体依赖于背道工艺加工的技术突破，其不断发展的技术状态为相关功率器件的性能带来极大的提升，无论是功耗效率、抗冲击能力、稳定性及可靠性等方面，均较传统结构的器件有更好的应用优势与前景。目前，在先进功率器件国产替代趋势下，国内超薄芯片背道工艺加工产能极为有限，严重抑制了先进功率器件企业的产品创新以及国产替代进程。因此，超薄芯片背道工艺代工产能的建设迫在眉睫。

（二）奠定公司超薄芯片背道加工资源，助力公司全面进军中高端先进功率器件市场

公司功率半导体产品一直坚持“以进口替代为主，以工业和能源市场为主”的市场定位，并先后量产MOS场效应二极管（MFER）、分离栅低压场效应晶体管（SGT-MOSFET）等中高端功率器件产品。通过本次投资，将奠定公司超薄芯片背道加工资源，将为公司后续开发IGBT、超级结MOS、FRED、SiC二极管等先进功率器件提供坚实保障，提升新产品开发效率，助力公司全面进军中高端先进功率器件市场。

（三）与参股晶圆厂广芯微电子在技术&业务上协同互补，相得益彰

公司参股晶圆厂广芯微电子以正面工艺为主，配备基本的常规背道工艺；芯微泰克将专注于背道工艺，在背道工艺的技术种类、工艺配置、硬件条件等方面都更为专业全面，为功率器件设计公司和晶圆厂客户提供定制化的背面代工服务。未来，广芯微电子与芯微泰克将在技术上密切配合，业务上相互协同，形成产业链协同效益。

（四）进一步完善公司smart IDM生态圈布局，提升功率半导体产业核心竞争力

公司致力于构建功率半导体smart IDM生态圈：即通过资本参股或控股的方式，打通功率半导体全产业链。过去两年多时间内，公司先后控股收购功率半导体设计公司广微集成、增资参股半导体硅片公司晶睿电子、增资参股晶圆代工厂广芯微电子。

本次参股投资芯微泰克，布局功率器件超薄芯片背道加工业务，将进一步完善公司功率半导体smart IDM生态圈布局，有助于公司获取更多半导体行业关键资源和能力，提高公司功率半导体产业核心竞争力和可持续发展能力。

三、项目实施的可行性

（一）先进功率器件市场空间广阔，国内超薄芯片背道加工需求旺盛

伴随新能源汽车、光伏&风力发电、智能移动终端、消费电子升级、工业控制等应用领域的不断提升扩展，对功率半导体能效和安全性提出更高要求，因此，催生出对先进功率器件的广阔市场需求。超薄芯片背道工艺，作为先进功率器件制程中必不可少的重要环节，其产能需求也愈发旺盛。据Omida数据显示，2021年全球和中国功率半导体市场空间分别为462亿美元和182亿美元，预计到2025年，全球和中国市场空间有望分别达到548亿美元和195亿美元，相比2021年复合增速分别达到5.92%和4.55%。其中，受益于新能源汽车、光伏、风电、电网建设等下游需求的持续增长，IGBT、大功率MOSFET、SiC器件等先进功率器件的市场空间仍将保持快速上升的态势。

（二）行业资深技术团队，具有丰富、成熟的产业化经验

以义岚先生为首的核心技术团队，平均有二十余年晶圆厂建设及运营经验，在功率器件超薄芯片的背道工艺加工方面，面向高低压MOSFET & Trench MOSFET、高低压IGBT、快恢复二极管FRED、碳化硅SiC器件等芯片产品，掌握了关键设备的能力及工艺技术，可根据功率器件设计公司的技术规划需求，采用柔性灵活的工艺设备来搭建适合客户各技术类型的背道工艺加工平台。

运营团队掌握晶圆背道加工制造的各个关键工艺技术，包含超薄芯片的Taiko减薄、SiC片减薄、应力释放、背面大剂量注入/高能注入、激光退火、多工艺形式的金属化与合金、超薄Taiko芯片CP测试、Taiko芯片的激光去边、激光划片等工艺歩序。同时，项目团队在超薄芯片背道工艺领域，还具有丰富的国际技术合作资源，能够为客户的产品技术发展提供强有力的支持。

基于项目团队过往成功产业化经验，本项目在技术实施方面有较高的可行性；此外，在市场开拓方面，项目团队在下游有着丰富、成熟的国内外客户资源，有助于其进行前期市场开拓。

（三）smart IDM生态圈将助力芯微泰克顺利量产

功率半导体smart IDM生态圈的成功构建，将使产业链生态各环节企业均受益：彼此既能在战略上相互协同，守望相助；又各自保持独立运营，充分接受市场竞争。一方面，广微集成和广芯微电子未来所有产品均为薄片或超薄芯片产品，将为芯微泰克提供基础业务订单支持；另一方面，广微集成和广芯微电子将与芯微泰克积极合作，持续共同研发建设创新型超薄芯片背道工艺平台，陆续推出可实现国产替代的先进功率器件。

（四）丽水市政府给予优厚政策支持

芯微泰克项目所在地浙江丽水市政府给予该项目政策支持，并已签署相关项目合作框架协议书和投资意向书，主要政策包括：1）丽水市绿色产业发展基金有限公司拟对芯微泰克进行不超过5,000万元股权投资；2）根据建设进度，给予一定金额奖励；3）对约定期限内的固定资产投资（不含土地）给予一定额度补贴；4）在约定期限内，对芯微泰克在地方的综合贡献给予一定额度奖励。

第三节 项目投资方案

一、标的公司项目规划

项目目标实现薄片160~120μm加工、超薄片110~60μm加工。项目总投资10亿元，计划分两期推进，第一期投资3亿元，计划于2023年8-10月完成第一期设备调试通线投产，产能提升至50万片/年；第二期再投资7亿元，计划于2024年年中完成第二期设备调试投产，于2026年实现满产270万片/年的产量。

（一）项目投资预测

芯微泰克项目投资预测如下：

表3-1项目投资预测表

说明：建筑工程费用根据实际设计情况，可能会有明显调整；工艺设备根据实际采购情况，可能会有明显调整。

（二）项目融资计划（第一期）

芯微泰克项目将分两期建设，第一期总投资约3亿元，初步计划股权融资2亿元，银行授信1亿元。其中，股权融资初步计划如下：

表3-2芯微泰克股权融资初步计划（第一期）

（三）项目计划进度

芯微泰克项目计划进度如下：

表3-3芯微泰克项目计划进度时间

第四节 主要生产工艺

半导体芯片加工工艺中，背道工艺的主要工序包括：背面减薄、硅腐蚀去应力、背面金属 化、背面注入、背面器件结构制作、薄片/超薄片 CP 测试等方面。 半导体功率器件芯片工艺简易流程如下：

图 1-3 半导体功率器件芯片工艺简易流程图

IGBT 芯片背面工艺流程如下：

以上是 RC-IGBT 背面工艺典型流程，其它功率器件的相关工艺，根据器件性能需求，在 以上流程步骤中涵盖其中的一部分工艺。

工艺简介：

（1）减薄工艺

半导体芯片制造工艺中，由于加工生产及流通的稳定性和碎片率保障的需要，材料晶圆片的厚度，普遍采用比最终芯片需求更大的厚度规格，具体如下：

−6 英寸硅晶圆片 650μm

−8 英寸硅晶圆片 725μm

−12 英寸硅晶圆片 775μm

−6 英寸 SiC 晶圆片 350μm

常规的工艺需求，是在正面芯片结构工艺完成后，根据应用需要，普遍采用背面减薄的方 式来减小最终芯片的厚度，如：

−IC 集成电路硅材料芯片减薄到 300~350μm（根据封装形式要求，如做 TSV 工艺需要减 薄到更薄程度），主要是考虑到封装方面的要求；

−功率器件硅材料芯片减薄到 250~60μm（根据器件性能要求），主要考虑减小厚度带来的 体电阻阻值；

−功率器件 SiC 材料芯片减薄到 200~100μm（根据器件性能要求），主要考虑减小厚度带 来的体电阻阻值； 对于 6 英寸最终厚度小于 120μm、8 英寸最终厚度小于 160μm 的硅晶圆片，背面减薄需 要采用 Taiko 的工艺减薄方式，以及 Taiko 的背面工艺流片来实现。

（2）硅腐蚀去应力

经过减薄机械加工的硅晶圆片，表面存在较大的应力，通过表面化学腐蚀的方式来充分释 放应力，对晶圆片继续背面加工的稳定带来保障，同时有效降低由于应力而导致的碎片率增加。

（3）背面金属化

部分 Bipolar/Bi-CMOS IC 集成电路需要背面金属化来强化封装性能，而对于功率器件而 言，由于芯片背面是作为器件的一个有源电极，必须通过淀积金属来保证和增强芯片封装时与 基板良好的欧姆接触，因此，背面金属化是很重要的工艺加工环节。

（4）背面注入

对于部分功率器件（如 MOSFET），硅晶圆衬底是采用高阻材料，即便通过减薄工艺，对 体电阻的减少还是不足，采用背面离子注入掺杂元素可以降低材料的阻值，从而进一步降低背 面材料的电阻率来减小阻值。

（5）背面器件结构制作

对于 IGBT，其工艺结构为正面 MOSFET+背面 Bipolar。IGBT 器件工艺，是对正面 MOSFET 工艺加工完成，再通过减薄工艺达到芯片需求厚度之后，在背面进行 P/N 结构的 Bipolar 进行 制作，需要通过注入不同能量和剂量的离子来形成。

而对于 RC-IGBT，则需要采用双面光刻工艺在背面制作光刻图形，分区域注入掺杂形成RC 结构的 IGBT 器件。

（6）薄片/超薄片

CP 测试 薄片/超薄片需要采用 Taiko 方式来进行背面工艺流通，因此，在去除 Taiko 环之前，需要 以 Taiko 方式来完成器件产品性能测试（Test & Probing）。

此报告为正式可研报告摘取部分，个性化定制请咨询思瀚产业研究院。