我國(guó)“十四五”規(guī)劃已將碳化硅半導(dǎo)體納入重點(diǎn)支持領(lǐng)域，隨著國(guó)家“新基建”戰(zhàn)略的實(shí)施，碳化硅半導(dǎo)體將在5G基站建設(shè)、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數(shù)據(jù)中心等新基建領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。晶片（襯底）作為碳化硅半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)材料，具有較高的應(yīng)用前景和產(chǎn)業(yè)價(jià)值，在我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位。
碳化硅晶片產(chǎn)品尺寸越大、技術(shù)參數(shù)水平越高，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)越明顯，長(zhǎng)期以來，碳化硅晶片的核心技術(shù)和市場(chǎng)基本被歐美發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷，這無(wú)疑突出了一個(gè)事實(shí)，即碳化硅晶片技術(shù)門檻極高。每個(gè)環(huán)節(jié)都對(duì)設(shè)備、工藝要求極為嚴(yán)格，其中一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)，那就意味著昂貴的高純度碳化硅原料被浪費(fèi)掉了。所以說，其生產(chǎn)過程就如同高手過招，不允許出現(xiàn)任何失誤，一著不慎滿盤皆輸。今天我們就來了解一下碳化硅晶片的“難得”之處。
碳化硅單晶生長(zhǎng)爐制造技術(shù)
碳化硅長(zhǎng)晶爐是晶體制備的載體，也是晶體生長(zhǎng)核心技術(shù)中的熱場(chǎng)和工藝的重要組成部分。針對(duì)不同尺寸、不同導(dǎo)電性能的碳化硅單晶襯底，碳化硅長(zhǎng)晶爐需要實(shí)現(xiàn)高真空度、低真空漏率等各項(xiàng)性能指標(biāo)，為高質(zhì)量晶體生長(zhǎng)提供適合的熱場(chǎng)實(shí)現(xiàn)條件。
碳化硅單晶生長(zhǎng)爐，來源：天科合達(dá)
碳化硅單晶生長(zhǎng)熱場(chǎng)是碳化硅單晶生長(zhǎng)的核心，決定了單晶生長(zhǎng)中溫度的軸向和徑向梯度、氣相流場(chǎng)等關(guān)鍵反應(yīng)條件。熱場(chǎng)的配置核心是設(shè)置合理的軸向溫度梯度和徑向溫度梯度，以保證熱場(chǎng)內(nèi)生長(zhǎng)的晶體具有較小的原生內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)具備合理可控的生長(zhǎng)速率。
高純度碳化硅生長(zhǎng)原料合成技術(shù)
生長(zhǎng)SiC單晶用的SiC粉體純度要求很高，其中雜質(zhì)含量應(yīng)至少低于0.001%。在眾多SiC粉合成方法中，氣相法通過控制氣源中的雜質(zhì)含量可以獲得純度較高的SiC粉體；液相法中只有溶膠-凝膠法可以合成純度滿足單晶生長(zhǎng)需要的SiC粉體；固相法中的改進(jìn)自蔓延高溫合成法將固態(tài)的Si源和C源作為原料，使其在1400～2000℃的高溫下持續(xù)反應(yīng)，最后得到高純SiC粉體，是目前使用范圍最廣，合成工藝最成熟的SiC粉體的制備方法。
天岳先進(jìn)使用的高純碳化硅是將高純硅粉和高純碳粉按工藝配方均勻混合，在2000℃以上的高溫條件下，于反應(yīng)腔室內(nèi)通過特定反應(yīng)工藝，去除反應(yīng)環(huán)境中殘余的、反應(yīng)微粉表面吸附的痕量雜質(zhì)，使硅粉和碳粉按照既定化學(xué)計(jì)量比反應(yīng)合成特定晶型和顆粒度的碳化硅顆粒。再經(jīng)過破碎、篩分、清洗等工序，制得滿足晶體生長(zhǎng)要求的高純度碳化硅粉原料。
PVT碳化硅晶體生長(zhǎng)技術(shù)
目前碳化硅單晶的生長(zhǎng)方法主要包括以下三種：液相法、高溫化學(xué)氣相沉積法、物理氣相傳輸法（PVT）。其中PVT法是目前SiC單晶生長(zhǎng)研究最多、最成熟的技術(shù)，其技術(shù)難點(diǎn)在于：
（1）碳化硅單晶在2300°C以上高溫的密閉石墨腔室內(nèi)完成“固-氣-固”的轉(zhuǎn)化重結(jié)晶過程，生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、控制難度大，易產(chǎn)生微管、包裹物等缺陷。
（2）碳化硅單晶包括200多種不同晶型，但生產(chǎn)一般僅需一種晶型，生長(zhǎng)過程中易產(chǎn)生晶型轉(zhuǎn)變?cè)斐啥嘈蛫A雜缺陷，制備過程中單一特定晶型難以穩(wěn)定控制，例如目前主流的4H型。
（3）碳化硅單晶生長(zhǎng)熱場(chǎng)存在溫度梯度，導(dǎo)致晶體生長(zhǎng)過程中存在原生內(nèi)應(yīng)力及由此誘生的位錯(cuò)、層錯(cuò)等缺陷。
（4）碳化硅單晶生長(zhǎng)過程中需要嚴(yán)格控制外部雜質(zhì)的引入，從而獲得極高純度的半絕緣晶體或定向摻雜的導(dǎo)電型晶體。對(duì)于射頻器件使用的半絕緣碳化硅襯底，電學(xué)性能需要通過控制晶體中極低的雜質(zhì)濃度及特定種類的點(diǎn)缺陷來實(shí)現(xiàn)。
低翹曲度碳化硅晶體切割技術(shù)
碳化硅的莫氏硬度為9.5，硬度與金剛石接近，只能用金剛石材料進(jìn)行切割，切割難度大，保證切割過程穩(wěn)定獲得低翹曲度的晶片是技術(shù)難點(diǎn)之一。
精密研磨、拋光技術(shù)
為了達(dá)到下游外延開盒即用的質(zhì)量水平，需要對(duì)碳化硅襯底表面進(jìn)行超精密加工，以降低表面粗糙度、表面平整度并達(dá)到嚴(yán)苛的金屬、顆?？刂埔?。
化學(xué)機(jī)械拋光屬于化學(xué)作用和機(jī)械作用相結(jié)合的技術(shù)，碳化硅晶片表面首先與拋光液中的氧化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一層相對(duì)容易去除的軟質(zhì)層，然后在拋光液中的磨料和拋光墊的機(jī)械作用下去除軟質(zhì)層，在化學(xué)作用和機(jī)械作用的交替進(jìn)行的過程中完成表面拋光，過程較為復(fù)雜。
晶片清洗技術(shù)
晶片經(jīng)過清洗可以有效去除表面沾污和雜質(zhì)，同時(shí)保證不引入新的雜質(zhì)，從而使最終的碳化硅晶片產(chǎn)品滿足半導(dǎo)體下游客戶的要求。傳統(tǒng)的硅襯底材料使用RCA標(biāo)準(zhǔn)清洗方法來去除材料表面的污染，但是碳化硅是一種極性晶體，表面帶有一定的電荷，吸附污染物后變得更加難以清洗。
參考來源：
[1]羅昊等.碳化硅單晶生長(zhǎng)用高純碳化硅粉體的研究進(jìn)展
[2]天科合達(dá)招股說明書
[3]天岳先進(jìn)招股說明書
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）