什么是碳化硅晶圆

碳化硅晶圆的信息介绍

碳化硅晶圆是以碳化硅单晶为基础材料制成的圆片状衬底，是制造碳化硅半导体芯片的核心基础材料。具有高压、高频、高温等性能优势，主要应用于新能源汽车（提高效率、延长续航、减小系统体积重量）、新能源发电与储能（提高能量转换效率）、工业电机驱动（实现高效小体积变频器）、轨道交通（高铁地铁牵引变流系统）、智能电网（高压输变电系统相关装置）以及 5G 通信（通信基站电源系统）等领域。

碳化硅晶圆的制造难度

碳化硅晶圆的制造难度和成本远高于硅晶圆。碳化硅无法采用传统的熔融直拉法，必须在超过2000°C的高温下通过物理气相传输法（PVT）缓慢生长，速度慢且易产生缺陷。其硬度仅次于钻石，导致切割、研磨损耗大且耗时。目前主流量产尺寸为6英寸（向8英寸过渡），远小于硅的12英寸。此外，晶体中的微管、位错等缺陷严格控制难度极大，直接影响最终器件的性能和良率。

碳化硅晶圆的工艺应用

衬底制造

碳化硅衬底制造通过高温化学气相沉积（CVD）将高纯度硅粉和碳粉合成为碳化硅颗粒，随后采用物理气相传输法（PVT）在超过2000°C的高温环境中使原料升华，并在籽晶表面重新结晶生长为晶锭，该过程生长速率极慢（0.1-0.5 mm/小时）且易产生晶体缺陷。最后通过对晶锭进行定向、金刚石线锯切割、研磨以及化学机械抛光（CMP），得到表面达到原子级平整度的碳化硅衬底（裸晶圆）。

外延生长

碳化硅外延生长是在抛光衬底上进行化学气相沉积（CVD）工艺：将衬底置于1500-1700°C反应炉中，通入硅烷和丙烷等反应气体，通过精确控制掺杂类型（N型/P型）和浓度来构建器件所需结构，使其在衬底表面分解并沿晶格结构外延生长出单晶碳化硅层。最终获得的碳化硅外延片将送至芯片厂，经光刻、刻蚀、离子注入等标准半导体工艺加工后，被切割成数千个独立芯片。