國內(nèi)SiC距離大規(guī)模量產(chǎn)還差“東風(fēng)”吹來

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的Si和GaAs半導(dǎo)體材料由于本身結(jié)構(gòu)和特性的原因，在高溫、高頻、光電等方面越來越顯示出其不足和局限性，目前，人們已將注意力轉(zhuǎn)移到SiC材料，這將是最成熟的寬能帶半導(dǎo)體材料。

身為第三代的半導(dǎo)體材料，SiC具有能帶寬、熱導(dǎo)率高、電子的飽和漂移速度大、臨界擊穿電場高，以及介電常數(shù)低、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點，成為制作高溫、高頻、大功率、抗輻照、短波長發(fā)光及光電整合元件的理想材料，在高頻、大功率、耐高溫、抗輻照的半導(dǎo)體元件及紫外探測器等方面，都具有廣泛的應(yīng)用前景。

SiC優(yōu)越的半導(dǎo)體特性，未來將可為眾多的元件所采用。SiC擁有高溫結(jié)構(gòu)材料特性，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、機械、石化等工業(yè)領(lǐng)域。利用其高熱導(dǎo)、高絕緣性，目前在電子工業(yè)中則是用于大規(guī)模整合電路的基板和封裝材料。在冶金工業(yè)中則作為高溫?zé)峤粨Q材料和脫氧劑。目前SiC最為人所熟知知的仍然是作為理想的高溫半導(dǎo)體材料。隨著SiC半導(dǎo)體技術(shù)的進一步發(fā)展，SiC元件的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣闊，成為國際上新材料、微電子和光電子領(lǐng)域研究的新熱點。

正因為如此，SiC具有的優(yōu)良特性、誘人的應(yīng)用前景，及巨大的市場潛力，也勢必將引來激烈的競爭?？梢灶A(yù)料，它既是科學(xué)家爭先占領(lǐng)的高技術(shù)領(lǐng)域制高點，又是能帶來巨大商業(yè)利益的戰(zhàn)場。

SiC膜層材料具有很大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景，在現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展和技術(shù)水準(zhǔn)的高度要求下，SiC膜層材料必將以其獨特優(yōu)勢，在工業(yè)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。但同時也必須注意，SiC膜層材料在未來的時間若要取得更進一步發(fā)展，并開始進行量產(chǎn)的腳步，還需要進行更多的技術(shù)研究和應(yīng)用實現(xiàn)。因此，進一步加強理論研究、降低成本、提高材料質(zhì)量，并持續(xù)進行實踐探索，將是今后的工作重點。

碳化硅的以下問題，都解決了嗎？

目前已在使用的長晶技術(shù)則包含高溫化學(xué)氣象沉積法（HTCVD），與高溫升華法（HTCVT）兩種。

以***磊拓科技所代理的設(shè)備為例，旗下代理的PVA TePla品牌的SiCube單晶長晶爐，能夠提供HTCVD和HTCVT這兩種長晶法，其工作溫度皆需2600°C ，而工作壓力則落在5至900 mbar。

雖然有長晶設(shè)備，但碳化硅晶圓的生產(chǎn)仍是十分困難，不僅是因為產(chǎn)能仍十分有限，而且品質(zhì)十分的不穩(wěn)定。

以目前良率最高的HTCVD法為例，它是以攝氏1500至2500度的高溫下，導(dǎo)入高純度的硅烷（silane；SiH4）、乙烷（ethane）或丙烷（propane），或氫氣（H2）等氣體，在生長腔內(nèi)進行反應(yīng)，先在高溫區(qū)形成碳化硅前驅(qū)物，再經(jīng)由氣體帶動進入低溫區(qū)的籽晶端前沉積形成單晶。

然而，HTCVD技術(shù)必須精準(zhǔn)的控制各區(qū)的溫度、各種氣體的流量、以及生長腔內(nèi)的壓力，才有辦法得到品質(zhì)精純的晶體。因此在產(chǎn)量與品質(zhì)上仍是待突破的瓶頸。

依據(jù)目前的硅晶業(yè)者的生產(chǎn)情況，一般而言，生產(chǎn)8吋的硅晶棒，需要約2天半的時間來拉晶，6吋的硅晶棒則需要約一天。接著，待晶棒冷卻之后，再進行晶圓的切片和研磨。

至于碳化硅晶圓，光長晶的時間，就約需要7至10天，而且生成的高度可能只有幾吋而已（硅晶棒可達1至2米以上），再加上后續(xù)的加工制程也因為硬度的影響而相對困難，因此其產(chǎn)能十分有限，品質(zhì)也不穩(wěn)定。

另外，晶圓短缺與設(shè)計經(jīng)驗不足影響碳化硅終端芯片發(fā)展。

據(jù)了解，目前全球僅約有三、四家業(yè)者（Cree、Norstel、新日鐵住金等）能提供穩(wěn)定的產(chǎn)量。中國雖然已著手自產(chǎn)，但在品質(zhì)方面尚未能趕上美日，因此全球的產(chǎn)能仍十分有限，目前市場也仍是處于短缺的狀況。這也說明了現(xiàn)今整個碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的情況，不僅上游晶圓的價格無法松動，連帶終端芯片的價格也難以讓多數(shù)業(yè)者接受。

另一個發(fā)展限制，則是在碳化硅元件的應(yīng)用與設(shè)計上。由于硅晶圓問世已久，而且行之有年，有非常完整的工具與技術(shù)支撐，因此絕大多數(shù)的芯片工程師只熟悉硅元件的芯片開發(fā)，但對于碳化硅元件的性能與用途，其實不怎么清楚。

工程師對碳化硅元件本身的性能就已經(jīng)不太清楚，再加上晶圓品質(zhì)的不穩(wěn)定，導(dǎo)致元件的良率與可靠度不足，讓整個的產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常緩慢。