01、碳化硅(SiC)的制备难点
主要集中在以下几个方面:
1. 高温制备条件:碳化硅晶体生长需要在2300摄氏度以上的高温下进行,这对设备和工艺控制提出了极高的要求。生长过程中的温度和压力控制稍有失误,就可能导致生长数天的产品失败。
2. 生长速度慢:碳化硅的生长速度相对较慢,一般条件下,一周才能生长2厘米左右,这限制了产能的快速提升。
3. 材料晶型多样:碳化硅存在超过200种相似的晶型,需要精确的材料配比、热场控制和经验积累,才能在高温下制备出无缺陷、皆为4H晶型的可用碳化硅衬底。
4. 后加工困难:碳化硅是硬度仅次于金刚石的材料,晶棒后续的切片、研磨、抛光等工艺的加工难度显著增加。
5. 外延层生长难度:碳化硅衬底的表面特性不足以直接制造器件,需要在单晶衬底上额外沉积一层高质量的外延材料,并在外延层上制造各类器件。外延层的质量对器件性能的影响非常大,而高压领域对缺陷的控制是非常大的挑战。
6. 器件制造难点:碳化硅器件制造过程中的掺杂步骤需要在高温下完成,且需要采用高温离子注入的方式;高温离子注入后,材料原本的晶格结构被破坏,需要用高温退火工艺进行修复,这对设备和工艺控制都带来了极大的挑战。
7. 成本问题:由于上述技术难点,能够稳定量产大尺寸碳化硅衬底的企业较少,这也使得碳化硅器件成本较高。此外,若需要把一条150mm的硅制造生产线转化为碳化硅生产线,费用大约为2000万美元,资金投入也是碳化硅晶圆建设的难点之一。
综上所述,碳化硅的制备难点主要集中在高温制备条件、生长速度慢、材