碳化硅需求在三個主要市場快速增長：用于提高能效的分立功率器件（MOSFET 和二極管）；功率逆變器和穩(wěn)壓器（電動汽車、充電站、數(shù)據(jù)中心、風(fēng)能和太陽能發(fā)電機等）；和5G通信（手機和其中包括的SiC器件和高速GaN系導(dǎo)通的基站SiC器件）。

碳化硅

碳化硅是一種由硅和碳組成的半導(dǎo)體化合物，屬于寬帶隙材料家族。它的物理結(jié)合力非常強，使半導(dǎo)體具有很高的機械、化學(xué)和熱穩(wěn)定性。寬帶隙和高熱穩(wěn)定性使 SiC 器件能夠在高于硅的結(jié)溫下使用，甚至超過 200°C。碳化硅在功率應(yīng)用中的主要優(yōu)勢是其低漂移區(qū)電阻，這是高壓功率器件的關(guān)鍵因素。

碳化硅晶圓制造是一個微妙的過程。并非所有晶圓都適用于最終解決方案，例如二極管和 MOSFET。Rhoades 指出，X-Trinsic 提供的晶圓回收是一個非常有趣的過程。“如果設(shè)備制造商或工程團(tuán)隊有一批用于工程測試但不能用于設(shè)備的晶圓，您可以通過去除任何損壞的表面層然后重新拋光以恢復(fù)設(shè)備就緒表面來回收它們成本遠(yuǎn)低于購買新晶圓的成本，”他說。

更重要的是，隨著行業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多的公司處理更多的晶圓，對晶圓回收以及工藝優(yōu)化的需求會越來越大。硅技術(shù)與 SiC 技術(shù)不同，因此幾乎肯定必須為 SiC 重新開發(fā)適用于硅的工藝。這些高壓器件的測試和制造技術(shù)可能與自動化測試公司可能用于硅器件的測試和制造技術(shù)大不相同。圖 1 顯示了制造 SiC 晶片的工藝示例。

圖 1：碳化硅晶圓加工序列（來源：X-Trinsic）

“切片 SiC 與硅晶片非常不同，因為材料非常堅硬，因此您必須調(diào)整切片方法。切割 SiC 圓盤所需的時間比相同直徑的硅晶錠長 10 倍或 20 倍，因此調(diào)整線材的類型、張力、進(jìn)給率等都是在碳化硅切片中優(yōu)化的重要因素， ”羅德斯說。“另一種選擇是采用更新的激光分裂技術(shù)，但許多客戶報告了一些技術(shù)問題。無論您選擇哪種方法，您只需要經(jīng)過工程和開發(fā)工作，使其適用于您的特定碳化硅晶錠。邊緣研磨與硅相比并沒有太大的變化。成型步驟可以是研磨或表面研磨之間的選擇，尤其是在 150 毫米和更小的晶片上。雙面研磨有一些問題，使單面研磨更具吸引力，很多人發(fā)現(xiàn)它更容易一些。這需要更長的時間，因為您可能必須運行晶片兩次，但有一些優(yōu)點。每個客戶都需要根據(jù)他們想要控制邊緣輪廓的緊密程度以及對成本和吞吐量的其他選擇做出大量決策。這是一組非常復(fù)雜的工藝步驟，直到最后的拋光步驟。但是，您在晶圓成型步驟中所做的選擇將影響您在拋光時必須去除的數(shù)量。如果您在表面研磨的最后一步使用非常非常精細(xì)的砂輪，則您可能需要在拋光時去除比從研磨系統(tǒng)上脫落的材料更少的材料。這需要更長的時間，因為您可能必須運行晶片兩次，但有一些優(yōu)點。每個客戶都需要根據(jù)他們想要控制邊緣輪廓的緊密程度以及對成本和吞吐量的其他選擇做出大量決策。這是一組非常復(fù)雜的工藝步驟，直到最后的拋光步驟。但是，您在晶圓成型步驟中所做的選擇將影響您在拋光時必須去除的數(shù)量。如果您在表面研磨的最后一步使用非常非常精細(xì)的砂輪，則您可能需要在拋光時去除比從研磨系統(tǒng)上脫落的材料更少的材料。這需要更長的時間，因為您可能必須運行晶片兩次，但有一些優(yōu)點。每個客戶都需要根據(jù)他們想要控制邊緣輪廓的緊密程度以及對成本和吞吐量的其他選擇做出大量決策。這是一組非常復(fù)雜的工藝步驟，直到最后的拋光步驟。但是，您在晶圓成型步驟中所做的選擇將影響您在拋光時必須去除的數(shù)量。如果您在表面研磨的最后一步使用非常非常精細(xì)的砂輪，則您可能需要在拋光時去除比從研磨系統(tǒng)上脫落的材料更少的材料。這是一組非常復(fù)雜的工藝步驟，直到最后的拋光步驟。但是，您在晶圓成型步驟中所做的選擇將影響您在拋光時必須去除的數(shù)量。如果您在表面研磨的最后一步使用非常非常精細(xì)的砂輪，則您可能需要在拋光時去除比從研磨系統(tǒng)上脫落的材料更少的材料。這是一組非常復(fù)雜的工藝步驟，直到最后的拋光步驟。但是，您在晶圓成型步驟中所做的選擇將影響您在拋光時必須去除的數(shù)量。如果您在表面研磨的最后一步使用非常非常精細(xì)的砂輪，則您可能需要在拋光時去除比從研磨系統(tǒng)上脫落的材料更少的材料。

“在拋光之后，對于需要多少步驟以及需要什么樣的清潔化學(xué)品和化學(xué)浴有不同的看法，但它有點類似于傳統(tǒng)的原始硅最終清潔順序，”他補充道。

需要時，外延層的厚度和摻雜水平取決于您嘗試制造的器件類型，尤其是您想要的工作電壓。您可能能夠直接在 SiC 晶片上構(gòu)建器件，或者您可能需要生長外延層，尤其是對于 600-、900-、1,200-V 和更高的電壓。“X-Trinsic 將與可以進(jìn)行外延的合作伙伴公司合作，”Rhoades 說。“許多客戶可能更愿意自己進(jìn)行外延，這樣他們就可以將摻雜情況作為商業(yè)機密，而不是將技術(shù)規(guī)格中的這些細(xì)節(jié)分享給外部供應(yīng)商。”

切割過程可能需要花費數(shù)小時才能切割 SiC 晶錠，但您可以同時切割多個晶片（多線鋸），并在一次工藝運行中獲得 10 到 20 個或更多晶片。“通常情況下，完成整個過程需要多達(dá) 16 或 20 個小時。一些新的線鋸技術(shù)正在圍繞金剛石涂層線開發(fā)；這可能會將切片時間減少到大約四分之一，所以可能需要四個小時才能完成，但需要考慮一些控制和 TTV 問題，”Rhoades 說。“激光分裂通常每個晶片平均花費大約相同的時間，并且在進(jìn)行另一次激光分裂之前，還需要一個額外的步驟來平滑圓盤的表面?！?/font>