安森美在碳化硅的領(lǐng)域涉足甚早，最早從2004年就開始SiC器件的研發(fā)。但是安森美是從2021年收購(gòu)了GT Advanced Technologies （GTAT）之后開始全方位在碳化硅領(lǐng)域的投入，無(wú)論是資金，人力物力以及客戶和市場(chǎng)。收購(gòu)了GTAT之后，開始了安森美在碳化硅領(lǐng)域的垂直整合供應(yīng)鏈——從晶體到系統(tǒng)之路！接下來(lái)安森美將對(duì)兩個(gè)碳化硅的關(guān)鍵的供應(yīng)鏈襯底和外延epi進(jìn)行分析和介紹，這樣大家會(huì)對(duì)于安森美在碳化硅的布局和領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)會(huì)有進(jìn)一步的了解。
安森美碳化硅全垂直整合的供應(yīng)鏈——從晶體到系統(tǒng)
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供應(yīng)鏈從安森美位于新罕布什爾州哈德遜的工廠生長(zhǎng)單晶SiC粉材料開始。在襯底上生長(zhǎng)一層很薄的外延層，然后經(jīng)過(guò)多個(gè)復(fù)雜的器件加工步驟生產(chǎn)出芯片，然后將芯片來(lái)封裝成最終產(chǎn)品。整個(gè)制造流程端到端垂直整合，具有全面的可靠性、可追溯性以及完善的質(zhì)量測(cè)試，以確保產(chǎn)品零缺陷的要求。
全垂直整合的供應(yīng)鏈，在目前的供應(yīng)鏈體系里具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，如產(chǎn)能易于擴(kuò)展、品質(zhì)優(yōu)和成本控制，尤其是目前碳化硅的整個(gè)供應(yīng)鏈的每一個(gè)環(huán)節(jié)都不是那么容易可靠的高質(zhì)量的量產(chǎn)，這個(gè)和硅的供應(yīng)體系下是不太一樣的。在硅的供應(yīng)鏈里，硅片（襯底）通常會(huì)被交給第三方來(lái)生產(chǎn)，第三方的質(zhì)量、成本和良率都做的相當(dāng)不錯(cuò)。接下來(lái)安森美會(huì)對(duì)襯底和外延的生產(chǎn)進(jìn)行展開，這樣大家就會(huì)明白為什么安森美選擇在碳化硅領(lǐng)域選擇了全垂直整合的供應(yīng)鏈模式。這也使得安森美成為了目前全球?yàn)閿?shù)不多具有從襯底到模塊、到系統(tǒng)能力的公司。
晶體／襯底（substrate）
安森美的芯片都是在襯底的基礎(chǔ)上長(zhǎng)上一層薄薄的外延，然后才拿去制作芯片。那襯底又是怎樣生產(chǎn)制造出來(lái)的呢？這里涉及到兩個(gè)步驟，首先是將碳化硅粉放到長(zhǎng)晶爐里生長(zhǎng)成晶體得到碳化硅晶錠，碳化硅晶錠需要打磨拋光，然后送去切割，并經(jīng)過(guò)拋光這樣得到了安森美生產(chǎn)器件需要的晶圓襯底。圖一是一個(gè)長(zhǎng)晶爐的示意圖和實(shí)物照片。
這里面涉及到了兩個(gè)關(guān)鍵的步驟，晶體生長(zhǎng)，晶錠切割和拋光。圖二則是安森美從碳化硅粉到襯底的生產(chǎn)流程簡(jiǎn)圖
目前比較成熟的碳化硅晶體生長(zhǎng)方法主要是PVT和CVD兩種，它們都屬于氣象生長(zhǎng)（vapor phase growth），而碳化硅型體主要是4H和6H兩種。
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Epitaxy?–?EPI外延
碳化硅外延層是指在碳化硅器件制造工藝中，生長(zhǎng)沉積在晶圓襯底上的那一部分。安森美為什么需要外延？在某些情況下，需要碳化硅有非常純的與襯底有相同晶體結(jié)構(gòu)表面，還要保持對(duì)雜質(zhì)類型和濃度的控制。這要通過(guò)在碳化硅襯底表面淀積一個(gè)外延層來(lái)達(dá)到。在功率器件中安森美器件的每個(gè)單元等基本上都是在外延層加工完成的，它的質(zhì)量對(duì)于器件來(lái)說(shuō)重要性可見一斑。不同的器件對(duì)于外延的要求是不一樣的。二極管對(duì)于外延的偏差和缺陷要求和MOSFET對(duì)它們的要求是兩個(gè)不同層次的需求。MOSFET對(duì)于外延質(zhì)量的要求很高。摻雜的偏差會(huì)影響MOSFET的Rdson的分布。有些缺陷會(huì)導(dǎo)致MOSFET輕則漏電流偏大，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致MOSFET失效。
外延目前來(lái)說(shuō)比較成熟的加工技術(shù)是CVD，這也導(dǎo)致很多人誤認(rèn)為外延是比較容易加工的。其實(shí)這個(gè)是一個(gè)誤解，外延并不是簡(jiǎn)單的把CVD的爐子買回來(lái)，就可以把它們做好，當(dāng)然相對(duì)晶體襯底來(lái)說(shuō)，它要相對(duì)簡(jiǎn)單一些但是并不代表它很容易做好，外延和晶體襯底面臨的挑戰(zhàn)是不一樣的。也有很多人說(shuō)現(xiàn)在市場(chǎng)上很多公司都有能力加工二極管的外延，他們只要稍微升級(jí)一下設(shè)備就可以很好的生長(zhǎng)MOSFET的外延了，這個(gè)說(shuō)法有待商榷。因?yàn)榫拖裎恼律厦嬲f(shuō)的MOSFET和二極管對(duì)于外延的要求是不一樣的，他們對(duì)于一致性和翹曲度等要求也不是一個(gè)數(shù)量級(jí)的。在外延這一個(gè)環(huán)節(jié)，安森美同樣擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，早在并購(gòu)GTAT之前，安森美在碳化硅的外延和晶圓生產(chǎn)研發(fā)方面已經(jīng)擁有超過(guò)10年的經(jīng)驗(yàn)。因此安森美會(huì)把這一優(yōu)勢(shì)繼續(xù)保持，在擴(kuò)大襯底生產(chǎn)的同時(shí)也擴(kuò)大外延的生產(chǎn)。
https://www.onsemi.cn/products/discrete-power-modules/silicon-carbide-sic
https://ee.ofweek.com/2023-01/ART-8300-2800-30584431.html
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦半導(dǎo)體網(wǎng)）：安森美碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈介紹
