國(guó)內(nèi)碳化硅襯底的難點(diǎn)
當(dāng)前,國(guó)內(nèi)廠商碳化硅襯底生產(chǎn)的技術(shù)指標(biāo)與國(guó)際主流廠商相比仍有明顯差距。碳化硅襯底正在不斷向大尺寸的方向發(fā)展,目前行業(yè)內(nèi)公司主要量產(chǎn)襯底尺寸集中在4英寸及6英寸。在最新技術(shù)研發(fā)儲(chǔ)備上,以行業(yè)領(lǐng)先者WolfSpeed公司的研發(fā)進(jìn)程為例,WolfSpeed公司已成功研發(fā)8英寸產(chǎn)品。為提高生產(chǎn)效率并降低成本,大尺寸是碳化硅襯底制備技術(shù)的重要發(fā)展方向,襯底尺寸越大,單位襯底可制造的芯片數(shù)量越多,單位芯片成本越低;襯底的尺寸越大,邊緣的浪費(fèi)就越小,有利于進(jìn)一步降低芯片的成本。由于現(xiàn)有的6英寸的硅晶圓產(chǎn)線可以升級(jí)改造用于生產(chǎn)SiC器件,所以6英寸SiC襯底的高市占率將維持較長(zhǎng)時(shí)間。目前我國(guó)市場(chǎng)上使用的碳化硅襯底一般為4英寸,可生產(chǎn)6英寸碳化硅襯底的企業(yè),全國(guó)不足10家。
碳化硅襯底制備主要有以下技術(shù)難點(diǎn):(1)碳化硅單晶的制備對(duì)于溫度場(chǎng)設(shè)計(jì)。適宜的溫度場(chǎng)是制備碳化硅單晶的基礎(chǔ),不適宜的溫度場(chǎng)極易導(dǎo)致單晶開(kāi)裂等問(wèn)題。此外,隨著碳化硅襯底直徑的增加,溫度場(chǎng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)難度也在增加。(2)降低結(jié)晶缺陷密度。襯底中結(jié)晶缺陷(如:微管、穿透性螺位錯(cuò)(TSD)、基平面位錯(cuò)(BPD))會(huì)對(duì)器件造成負(fù)面影響。由于碳化硅較高的生長(zhǎng)溫度,為降低結(jié)晶缺陷密度,傳統(tǒng)的工藝條件(如掩膜法)已經(jīng)不能滿足低結(jié)晶缺陷密度單晶的生長(zhǎng),勢(shì)必需要導(dǎo)入新工藝,增加工藝復(fù)雜性,這會(huì)推高單晶成本。因此,需要投入較長(zhǎng)的時(shí)間及較大的物料成本研發(fā)新工藝,較長(zhǎng)的研發(fā)周期可能會(huì)阻礙襯底單位面積成本的下降,且隨著單晶生長(zhǎng)厚度的增加,單晶殘余內(nèi)應(yīng)力迅速增加,這會(huì)導(dǎo)致單晶結(jié)晶質(zhì)量下降甚至導(dǎo)致單晶開(kāi)裂等問(wèn)題,如何有效兼顧單晶可用厚度及單晶結(jié)晶質(zhì)量存在較大難度。
襯底主要的三個(gè)幾何參數(shù)為T(mén)TV(總厚度偏差)、Bow(彎曲度)及Wrap(翹曲度),國(guó)內(nèi)廠商與國(guó)外領(lǐng)先廠商仍存在明顯差距。此外,產(chǎn)品的一致性問(wèn)題是難以攻克的短板,國(guó)產(chǎn)襯底目前較難進(jìn)入主流供應(yīng)鏈。具體來(lái)說(shuō),國(guó)產(chǎn)襯底技術(shù)短板以及一致性問(wèn)題主要包含兩個(gè)方面:(1)由于國(guó)內(nèi)廠商起步相對(duì)較晚,在材料匹配、設(shè)備精度和熱場(chǎng)控制等技術(shù)角度需要長(zhǎng)時(shí)間的專門(mén)知識(shí)累積;(2)國(guó)內(nèi)廠商的客戶較少且比較分散,客戶的反饋速度更慢,反饋內(nèi)容不徹底。相比較起來(lái),WolfSpeed的產(chǎn)品線覆蓋襯底、外延、器件乃至模組,后端反饋充分且及時(shí)。因此,國(guó)內(nèi)廠商的技術(shù)差距直接導(dǎo)致襯底綜合性能較差,無(wú)法用于要求更高的產(chǎn)線中;一致性問(wèn)則表示優(yōu)質(zhì)襯底比例較低,直接導(dǎo)致襯底的成本大幅上升,上述兩點(diǎn)導(dǎo)致國(guó)內(nèi)廠商制造的襯底還無(wú)法進(jìn)入主流供應(yīng)鏈。
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