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國內碳化硅襯底的難點(diǎn)

文章出處:半導體材料與工藝設備網(wǎng)責任編輯:作者:MRC人氣:-發(fā)表時(shí)間:2022-09-20 16:11:00【

當前,國內廠(chǎng)商碳化硅襯底生產(chǎn)的技術(shù)指標與國際主流廠(chǎng)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量越多,單位芯片成本越低;襯底的尺寸越大,邊緣的浪費就越小,有利于進(jìn)一步降低芯片的成本。由于現有的6英寸的硅晶圓產(chǎn)線(xiàn)可以升級改造用于生產(chǎn)SiC器件,所以6英寸SiC襯底的高市占率將維持較長(cháng)時(shí)間。目前我國市場(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于溫度場(chǎng)設計。適宜的溫度場(chǎng)是制備碳化硅單晶的基礎,不適宜的溫度場(chǎng)極易導致單晶開(kāi)裂等問(wèn)題。此外,隨著(zhù)碳化硅襯底直徑的增加,溫度場(chǎng)的設計及實(shí)現難度也在增加。(2)降低結晶缺陷密度。襯底中結晶缺陷(如:微管、穿透性螺位錯(TSD)、基平面位錯(BPD))會(huì )對器件造成負面影響。由于碳化硅較高的生長(cháng)溫度,為降低結晶缺陷密度,傳統的工藝條件(如掩膜法)已經(jīng)不能滿(mǎn)足低結晶缺陷密度單晶的生長(cháng),勢必需要導入新工藝,增加工藝復雜性,這會(huì )推高單晶成本。因此,需要投入較長(cháng)的時(shí)間及較大的物料成本研發(fā)新工藝,較長(cháng)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(zhù)單晶生長(cháng)厚度的增加,單晶殘余內應力迅速增加,這會(huì )導致單晶結晶質(zhì)量下降甚至導致單晶開(kāi)裂等問(wèn)題,如何有效兼顧單晶可用厚度及單晶結晶質(zhì)量存在較大難度。

襯底主要的三個(gè)幾何參數為T(mén)TV(總厚度偏差)、Bow(彎曲度)及Wrap(翹曲度),國內廠(chǎng)商與國外領(lǐng)先廠(chǎng)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,國產(chǎn)襯底目前較難進(jìn)入主流供應鏈。具體來(lái)說(shuō),國產(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)由于國內廠(chǎng)商起步相對較晚,在材料匹配、設備精度和熱場(chǎng)控制等技術(shù)角度需要長(cháng)時(shí)間的專(zhuān)門(mén)知識累積;(2)國內廠(chǎng)商的客戶(hù)較少且比較分散,客戶(hù)的反饋速度更慢,反饋內容不徹底。相比較起來(lái),WolfSpeed的產(chǎn)品線(xiàn)覆蓋襯底、外延、器件乃至模組,后端反饋充分且及時(shí)。因此,國內廠(chǎng)商的技術(shù)差距直接導致襯底綜合性能較差,無(wú)法用于要求更高的產(chǎn)線(xiàn)中;一致性問(wèn)則表示優(yōu)質(zhì)襯底比例較低,直接導致襯底的成本大幅上升,上述兩點(diǎn)導致國內廠(chǎng)商制造的襯底還無(wú)法進(jìn)入主流供應鏈。

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