SiC

华为,功率器件,衬底,外延,器件,衬底制造设备。华为投资了瀚天天成,东莞天域。产业链价值最大的两个环节:(这是因为制备难度大、良率低、产能小。)

  • 衬底——最关键的技术,成本占比47%
  • 外延——第二核心,成本占比23%

外延:是承上启下的关键工艺,所有的器件是在外延上实现的,所以外延的质量对器件性能的影响是非常大的。外延的质量受晶体和衬底加工的影响,处在一个产业的中间环节。SiC外延生长方法与晶体生长方法相近:CVD(最主流)、LPE(液相外延法)、PVT(升华或物理气相传输法)、分子束外延法(MBE)等等。

  • 厚度和掺杂均匀性是SiC外延最基本、最关键的参数,这两个参数取决于器件的设计,器件的压力越高(分为低压、中压、高压器件),外延厚底越厚,高质量外延片的制备也越来越难,缺陷控制是一个非常大的挑战。
  • C/Si原子比率,CVD技术的优势就是可以在生长过程中可以控制这一比率。它的变化不但能影响外延层的背景掺杂浓度,改变外延层的导电类型,而且外延生长速率、外延缺陷密度、外延层表面粗糙度等与这一比率也有较强的依赖关系。但是早期SiC是在无偏角衬底上外延生长的,使用CVD法存在严重的多型体混合的温度,实际外延效果并不理想,难以制备器件。20世纪80年代,台阶流生长模型的诞生一定程度上解决了这个问题,这种方法通过台阶流的生长来实现一定厚度和掺杂的SiC外延材料。台阶控制外延法的优点在于不仅能后实现低温生长,而且能够实现稳定晶型控制(不产生杂相)。但随着温度降低,表面缺陷和背景N掺杂浓度会显著增加,生长速率也会受到较大影响,因此选择合适的温度和衬底偏角是SiC外延快速高质量制备的关键

TCS法:作为对CVD法的改进,TCS法采用三氯氢硅(TCS)代替硅烷作为前驱气体,可以同时实现生长速率大幅提升和质量的有效控制,非常有利于碳化硅厚膜外延生长。

缺陷:控制碳化硅外延缺陷是制备高性能器件的关键,缺陷会对碳化硅功率器件的性能和可靠性有严重影响。碳化硅外延层中的缺陷,包括衬底缺陷、、外延生长期间的缺陷。衬底缺陷是由衬底中直接复制过来的,因此衬底的质量优劣对于外延的生长,特别是缺陷控制起着非常重要的作用。外延生长期间产生的各种宏观缺陷,比如胡萝卜缺陷、三角形缺陷、掉落物缺陷、堆垛层错,会导致漏电流的显著增加、耐压的降低,进而对碳化硅器件产生不利影响。

在中低压应用领域,国内外延片的核心参数厚度和掺杂浓度可以做到较优水平。但是高压应用领域,国内外延技术发展相对落后,主要还是提现在厚度、掺杂浓度均匀性等方面。

国内外延公司:瀚天天成、东莞天域、普兴电子、55所、三安光电、中电化合物、启迪半导体。

外延设备厂商(国产):北方华创、晶盛机电、深圳纳设、48所。

芯粤能:75亿投资,一期6英寸晶圆,二期8英寸晶圆。芯粤能是面向车规级和工控级的SiC芯片制造和研发企业,产品包括SBD/KBS、MOSFET、IGBT等功率器件,主要应用于新能源汽车、工业电源、智能电网以及光伏发电等领域。

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