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【研究笔记】碳化硅设备
点击次数:39 更新时间:2024-02-13

  ?碳化硅器件产业链主要包括衬底、外延、器件制造(设计、制造、封测)三大环节。从工艺流程上看,首先由碳化硅粉末通过长晶形成晶碇,经过切片、打磨、抛光得到碳化硅衬底;衬底经过外延生长得到外延片;外延片经过光刻、刻蚀、离子注入、沉积等步骤制造成器件。

  ?衬底环节是碳化硅器件制造中*核心环节。切磨抛设备是衬底加工*核心设备。

  ?SiC外延会复制衬底晶体结构,因此外延层缺陷包括来自衬底的缺陷(如微管、贯穿螺型位错TSD、贯穿刃型位错TED、基平面位错BPD),以及生长过程的位错以及宏观缺陷(如掉落物、三角形缺陷、胡萝卜缺陷/彗星型缺陷、浅坑、生长的堆垛层错)。低缺陷、厚外延是主要趋势。

  ?SiC外延主要设备是CVD,MOCVD是新型CVD,沉积温度更低、沉积层多样。CVD分为冷壁和热壁,热壁是主流。SiC-CVD按技术路线可分为单机单腔/单机多腔,单腔单片/单腔多片。

  ?长晶:核心环节,主要包括物理气相传输(Physical Vapor Transport, PVT)、高温化学气相积淀(HTCVD)及液相外延(LPE)。物理气相传输(PVT)是*成熟制备方法。在高温高压条件下,将碳化硅原料气化并沉积在种子晶上,形成碳化硅单晶锭。需**控制各种参数,如温度、压力、气流、硅碳比等,以保证晶体质量和纯度。

  ?切片:将碳化硅单晶锭沿着一定方向切割成薄片。金刚线切割效率高、污染少;激光切片损耗少、效率高。通过激光开槽工艺,先在切划道内开2条细槽,再采用机械刀片划片,有效减小崩边等因素带来的缺陷。以SiC为代表的第三代半导体材料基本采用激光切割划片。

  ?研磨:去除切割造成的表面缺陷和控制晶片厚度。根据研磨目的和精度,可分为粗磨和精磨两个阶段。研磨过程需要使用高硬度磨料,如碳化硼或金刚石粉。

  ?抛光:提高晶片表面光洁度和平整度。抛光也可以分为粗抛和精抛两个阶段。粗抛主要采用机械抛光方式,使用较小粒径的硬磨料,如B4C或金刚石等。精抛主要采用化学机械抛光(CMP)方式,利用化学腐蚀和机械磨损协同作用,实现晶片表面全局平坦化。

  ?在封装环节,纳米银烧结设备是碳化硅封装固化工艺的*核心设备。

  ?SiC产业链70%价值量集中在衬底和外延环节,其中衬底、 外延成本分别占整个器件的47%、23%,后道器件设计、制造、封测环节占30%。

  参考资料:Yole,东吴证券等

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