[發(fā)布日期：2023-02-09 16:54:04] 點(diǎn)擊：
包括SiC在內(nèi)的第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈包括包括襯底→外延→設(shè)計(jì)→制造→封裝。其中，襯底是所有半導(dǎo)體芯片的底層材料，起到物理支撐、導(dǎo)熱、導(dǎo)電等作用;外延是在襯底材料上生長出新的半導(dǎo)體晶層，這些外延層是制造半導(dǎo)體芯片的重要原料，影響器件的基本性能;設(shè)計(jì)包括器件設(shè)計(jì)和集成電路設(shè)計(jì)，其中器件設(shè)計(jì)包括半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)、材料，與外延相關(guān)性很大;制造需要通過光刻、薄膜沉積、刻蝕等復(fù)雜工藝流程在外延片上制作出設(shè)計(jì)好的器件結(jié)構(gòu)和電路;封裝是指將制造好的晶圓切割成裸芯片。
SiC器件成本高的一大原因就是SiC襯底制造困難。數(shù)據(jù)顯示，襯底成本大約占晶片加工總成本的50%，外延片占25%，器件晶圓制造環(huán)節(jié)20%，封裝測試環(huán)節(jié)5%。SiC襯底不止貴，生產(chǎn)工藝還復(fù)雜，與硅相比，SiC很難處理。
與傳統(tǒng)的單晶硅使用提拉法制備不同，目前規(guī)?；LSiC單晶主要采用物理氣相輸運(yùn)法(PVT)或籽晶的升華法。這也就帶來了SiC晶體制備的兩個(gè)難點(diǎn)：
1、 生長條件苛刻，需要在高溫下進(jìn)行。一般而言，SiC氣相生長溫度在 2300℃以上，壓力 350MPa，而硅僅需 1600℃左右。高溫對設(shè)備和工藝控制帶來了極高的要求，生產(chǎn)過程幾乎是黑箱操作難以觀測。如果溫度和壓力控制稍有失誤，則會(huì)導(dǎo)致生長數(shù)天的產(chǎn)品失敗。
2、 生長速度慢。PVT 法生長SiC的速度緩慢，7 天才能生長 2cm 左右。而硅棒拉晶 2-3 天即可拉出約 2m 長的 8 英寸硅棒。
碳化硅生長爐的技術(shù)指標(biāo)和工藝過程中的籽晶制備、生長壓力控制、溫度場分布控制等因素，決定了單晶質(zhì)量和主要成本
另一方面，SiC存在 200 多種晶體結(jié)構(gòu)類型，其中六方結(jié)構(gòu)的 4H 型(4H-SiC)等少數(shù)幾種晶體結(jié)構(gòu)的單晶型SiC才是所需的半導(dǎo)體材料，在晶體生長過程中需要精確控制硅碳比、生長溫度梯度、晶體生長速率以及氣流氣壓等參數(shù)，否則容易產(chǎn)生多晶型夾雜，導(dǎo)致產(chǎn)出的晶體不合格。
PVT法生長的SiCk單晶一般是短圓柱狀，柱狀高度(或長度)在20 mm以內(nèi)，需要通過機(jī)械加工整形、切片、研磨、拋光等化學(xué)機(jī)械拋光和清洗等工藝，才能成為器件制造前的襯底材料。這一機(jī)械、化學(xué)的制造過程普遍存在著加工困難、制造效率低、制造成本高等問題。SiC單晶加工關(guān)注點(diǎn)是晶片不僅具備良好的幾何形貌，如總厚度變化、翹曲度、變形，而且具備較高的晶片表面質(zhì)量(微粗糙度、劃傷等)。此外，還要考慮單晶加工的效率和成本問題，這也就給SiC襯底制備提出很大的挑戰(zhàn)。
單晶的生長缺陷，主要是SiC 晶片大面積應(yīng)用中的螺旋位錯(cuò)(稱為微管)。目前先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)是直徑100 mm以上的SiC，其微管缺陷密度小于1 每平方厘米。150 mm的SiC材料制備技術(shù)，2014年國內(nèi)已經(jīng)取得了突破。但規(guī)?；a(chǎn)制造SiC晶片，達(dá)到低微管密度或零缺陷質(zhì)量還存在一些技術(shù)工藝問題。
SiC器件制造必須要經(jīng)過外延步驟，外延質(zhì)量對器件性能影響很大。SiC基器件與傳統(tǒng)的硅器件不同，SiC襯底的質(zhì)量和表面特性不能滿足直接制造器件的要求，因此在制造大功率和高壓高頻器件時(shí)，不能直接在SiC襯底上制作器件，而必須在單晶襯底上額外沉積一層高質(zhì)量的外延材料，并在外延層上制造各類器件，目前效率也比較低。另外SiC的氣相同質(zhì)外延一般要在 1500℃以上的高溫下進(jìn)行。由于有升華的問題，溫度不能太高，一般不能超過 1800℃，因而生長速率較低。
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