淺談寬禁帶半導(dǎo)體行業(yè)概況

智能制造系統(tǒng)在晶圓生產(chǎn)中的重要性。

當(dāng)前，隨著各國“碳中和”目標(biāo)的落地日趨成熟，以碳化硅和氮化鎵為代表的寬禁帶功率半導(dǎo)體在新能源汽車、儲能、光伏風(fēng)能發(fā)電、大數(shù)據(jù)、5G通信等領(lǐng)域或?qū)⒂瓉砬八形吹狞S金發(fā)展期。在此背景下，如何促進寬禁帶半導(dǎo)體在集成電路領(lǐng)域的融合創(chuàng)新成為了整個行業(yè)的熱點。

6月26日上午，2022中國·南沙國際集成電路產(chǎn)業(yè)論壇——寬禁帶半導(dǎo)體論壇在廣州南沙召開，上揚軟件（上海）有限公司董事長呂凌志博士發(fā)表了相關(guān)演講。

呂凌志博士表示，當(dāng)下無論是6英寸、8英寸還是12英寸的晶圓制造，其涉及到的工藝流程都極其復(fù)雜，需要成百上千個步驟才能完成。想要做對晶圓，就必須確保工藝、數(shù)據(jù)采集、結(jié)果等每一步都正確，一旦其中某一環(huán)節(jié)出錯，就會導(dǎo)致幾十甚至上百萬的損失。而上揚軟件主攻的晶圓廠智能制造軟件（Manufacturing Execution System，MES），作為半導(dǎo)體工廠里的神經(jīng)系統(tǒng)，掌管著整個晶圓廠從生產(chǎn)、工藝、質(zhì)量，到人、材料、設(shè)備等各個方面，意義重大。

對于寬禁帶半導(dǎo)體行業(yè)目前概況，呂凌志博士直言，寬禁帶半導(dǎo)體行業(yè)主要有襯底、外延、器件三大段，由于每部分的物態(tài)形式、設(shè)備控制都不一樣，要想做好這個行業(yè)的MES軟件，就必須要理解每一段的工藝特性、管控重點。

對呂凌志博士來說，無論是第三代半導(dǎo)體、寬禁帶半導(dǎo)體，還是化合物半導(dǎo)體，其實都是晶圓，而MES軟件的第一要務(wù)就是追蹤，需要從粉末追蹤到外延片，尤其當(dāng)制造車規(guī)級芯片時，哪怕時隔20年，也需要追蹤到每一片封裝器件，確認安全問題是由何引起，從這角度來看，未來面臨著極大的挑戰(zhàn)。

“寬禁帶半導(dǎo)體，一是材料制造，二是晶圓制造，三是封裝，三個階段的物態(tài)形式不一樣，產(chǎn)品不一樣，關(guān)注的重點不一樣，采集的參數(shù)也不一樣，所以我們做工業(yè)軟件的人，必須理解這整個過程?！眳瘟柚静┦繌娬{(diào)道。

目前，國內(nèi)寬禁帶半導(dǎo)體CIM（計算機集成制造系統(tǒng)）仍然以手動作業(yè)為主，但發(fā)展已經(jīng)對標(biāo)全自動，因為只有全自動量產(chǎn)才能有效率。眾所周知，晶圓廠每天都有可能發(fā)生異常，而對于異常的處理往往十分復(fù)雜。一旦出現(xiàn)異常，僅靠員工處理往往是來不及的，必須要憑借神經(jīng)系統(tǒng)進行管控，才能確保晶圓廠的正常運作。

呂凌志博士表示，對于寬禁帶半導(dǎo)體來說，品質(zhì)管控十分重要。首先，就是數(shù)據(jù)收集到位，把設(shè)備、質(zhì)量、派工等全部集成在一個系統(tǒng)里，一旦出現(xiàn)異常，除了設(shè)備和工藝工程師隨時相應(yīng)外，還必須要有標(biāo)準(zhǔn)的異常處理流程，以及PDCA循環(huán)做閉環(huán)管控。

其次是設(shè)備管控。由于半導(dǎo)體設(shè)備大多價格昂貴，因此每個設(shè)備是否異常，以及健康狀況，都必須確?？梢酝ㄟ^設(shè)備系統(tǒng)進行隨時管控。比如，F(xiàn)DC系統(tǒng)是保證設(shè)備處于健康狀態(tài)的系統(tǒng)，可以隨時采集設(shè)備參數(shù)，一旦出現(xiàn)異常，就需要進行設(shè)備的維修或保養(yǎng)。而AMS系統(tǒng)在發(fā)警報的時候，可以與手機微信對接起來，讓用戶隨時處于預(yù)警狀態(tài)。

此外，呂凌志博士還指出，當(dāng)前的半導(dǎo)體設(shè)備都有標(biāo)準(zhǔn)接口，所以MES系統(tǒng)與設(shè)備一般通過標(biāo)準(zhǔn)接口進行對接。不過，由于MES系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量十分客觀，在12英寸晶圓廠中，一片晶圓就能產(chǎn)生十幾G的數(shù)據(jù)，因此呂凌志博士建議工廠系統(tǒng)物理上與外界分割。

對于寬禁帶半導(dǎo)體CIM趨勢，呂凌志博士表示，智能化的系統(tǒng)必須要全，需要集成工藝流程、設(shè)備、派工、質(zhì)量管理等方方面面，而不是靠人工來轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。晶圓廠從手工、半自動，發(fā)展到全自動是一個爬坡的過程，首先人要做對，其次自動化才能做對，否則就會有危險，這就需要MES系統(tǒng)與工程師的管理習(xí)慣磨合到位。

針對上述提到的磨合，呂凌志博士解釋道，一般MES系統(tǒng)都可以按照工程師的管理習(xí)慣進行調(diào)節(jié)，在Auto-1階段，MES系統(tǒng)主要與設(shè)備對接；Auto-2階段，與搬運系統(tǒng)對接；到了Auto-3階段，則與自動派單系統(tǒng)對接。當(dāng)Auto-3完成時，整個晶圓廠將完全處于自動狀態(tài)，在自動化的過程中，設(shè)備、質(zhì)量所有的信息都是自動集成在一起的，必須管控到位。

最后，呂凌志博士給出了對寬禁帶半導(dǎo)體這個行業(yè)的未來展望。他指出，當(dāng)前上揚軟件重點在于突破12英寸全自動量產(chǎn)線的MES，很快就會實現(xiàn)將MES+EAP+RTD集成在一起，而未來則是希望可以將CIM+AI/BigData+AMHS集成在一起。對于呂凌志博士來說，未來十年任重道遠。