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半導(dǎo)體技術(shù)有限公司于2018年9月21日在廣州南沙自貿(mào)區(qū)成立，是一家集碳化硅單晶材料研發(fā)、生產(chǎn)與銷售于一體的國家高新技術(shù)企業(yè)；目前產(chǎn)品包括6英寸、8英寸N型碳化硅產(chǎn)品以及6英寸半絕緣型碳化硅產(chǎn)品。
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公司以山東大學(xué)近年來研發(fā)的最新碳化硅單晶生長和襯底加工技術(shù)成果為基礎(chǔ)，同山東大學(xué)開展全方位產(chǎn)學(xué)研合作。
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主要從碳化硅概述、8英寸SiC的優(yōu)勢、市場需求、發(fā)展?fàn)顩r、制備難點以及制備過程等方面給大家做了詳細(xì)介紹。楊總指出我國8英寸SiC發(fā)展進(jìn)入快車道；需要上下游通力合作，搶抓機遇，提升國產(chǎn)8英寸SiC材料和器件的技術(shù)成熟度搶占市場份額，實現(xiàn)國產(chǎn)化。
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? 一、? ? ?碳化硅概述
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1、? ? ?碳化硅的發(fā)展由來
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被譽為世界上第4大重要發(fā)明的半導(dǎo)體，其重要性不言而喻。生活中的手機、電視、電腦、汽車等電子產(chǎn)品、設(shè)備都與半導(dǎo)體無不相關(guān)。而半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體材料，隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,半導(dǎo)體材料也在逐漸發(fā)生變化,已經(jīng)從第一代半導(dǎo)體材料過渡到第三代半導(dǎo)體材料。
半導(dǎo)體材料發(fā)展趨勢
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第三代半導(dǎo)體材料又被稱為寬禁帶高溫半導(dǎo)體材料，主要包括碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、氧化鋅（ZnO）、金剛石、氮化鋁（AlN）等，優(yōu)點是禁帶寬度大（>2.2ev）、擊穿電場高、熱導(dǎo)率高、抗輻射能力強、發(fā)光效率高、頻率高，不會產(chǎn)生砷化鎵（GaAs）、鎵離子、銦離子等污染物，常用于高溫、高頻、抗輻射及大功率器件。
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2、碳化硅的應(yīng)用
N型碳化硅襯底產(chǎn)品的應(yīng)用
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半絕緣型碳化硅襯底產(chǎn)品的應(yīng)用
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2011年，科銳（Cree，已更名為Wolfspeed）公司推出全球首款碳化硅功率半導(dǎo)體——SiC MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）。5年后，特斯拉發(fā)布第四款車型Model 3, 該車型的主逆變器安裝了24個意法半導(dǎo)體（ST）公司生產(chǎn)的SiC MOSFET功率模塊。此后，SiC不僅成為半導(dǎo)體廠商激烈涌進(jìn)的熱門賽道，也在全球新能源車市場加速上車。
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SiC MOSFET與Si基IGBT相比主要有減少整車重量，降低成本以及降低損耗，提升續(xù)航能力的優(yōu)勢，所以在新能源汽車上有著應(yīng)用優(yōu)勢，主要應(yīng)用在主驅(qū)逆變器、車載充電系統(tǒng)、電源轉(zhuǎn)化系統(tǒng)等，隨著新能源市場規(guī)模的增長，將會帶動碳化硅器件的需求增長，據(jù)預(yù)測，到2025年中國新能源車SIC/GAN市場規(guī)模將達(dá)到45.9億元。
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新能源汽車用功率器件市場規(guī)模預(yù)測
?3、市場規(guī)模
全球碳化硅襯底市場規(guī)模?單位:?億美元
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據(jù)預(yù)測全球SiC功率器件市場規(guī)模到2026年將達(dá)到45億美元，2020年到2026年的年復(fù)合增長率將達(dá)到36%。
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據(jù)預(yù)測全球SiC射頻器件市場規(guī)模到2026年將達(dá)到22.2億美元，2020年到2026年的年復(fù)合增長率將達(dá)到17%。
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數(shù)據(jù)來源Yole
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在新能源產(chǎn)業(yè)強勁需求下，全球SiC產(chǎn)業(yè)步入高速成長期，SiC襯底目前整體處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。
二、?8英寸SiC
1、?8英寸SiC優(yōu)勢
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相比于6英寸襯底，同等條件下從8英寸襯底切出的芯片數(shù)會提升將近90%。相比于6英寸襯底，8英寸單片襯底制備的器件成本降低30%左右。
數(shù)據(jù)來源wolfspeed
?2、8英寸SiC市場需求
按晶圓尺寸劃分的SiC襯底市場?數(shù)據(jù)來源CASA
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2020-2030年SiC市場尺寸需求占比 數(shù)據(jù)來源CASA
?3、8英寸SiC發(fā)展?fàn)顩r
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Cree?200mm?SiC襯底應(yīng)力圖
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全球首家8inch SiC晶圓制造廠是Wolfspeed，于2022年4月建成投產(chǎn)。
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2017年II-VI?的200mm?SiC
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業(yè)界將SiC產(chǎn)業(yè)鏈降本增效目標(biāo)鎖定在8英寸襯底上。國外大廠：加速推進(jìn)，產(chǎn)能提升，搶占先機；
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2022年，Wolfspeed率先量產(chǎn)8英寸SiC襯底，投資13億美元，在北卡羅來納州新建8英寸SiC襯底工廠，使SiC產(chǎn)能增加10倍以上；
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2022年，II-VI擴建賓夕法尼亞工廠，投資64億元，襯底產(chǎn)能增加6倍2027年年產(chǎn)100萬片；
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2022年，ST在意大利卡塔尼亞新建SiC襯底工廠，總投資7.3億歐元，年產(chǎn)能37萬片以上，實現(xiàn)40%的自主供應(yīng)；
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2022年，Onsemi 哈德遜SiC工廠完成擴建，襯底產(chǎn)能擴充5倍，制備出8寸襯底樣品，25年規(guī)模出貨；
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2022年，日本的昭和電工、Mipox等共同發(fā)起了8英寸SiC襯底項目，總預(yù)算約為258億日元(約14億元人民幣)；
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2022年，英飛凌將大幅擴建其位于馬來西亞居林的工廠，從而建成世界上最大的?8英寸SiC功率晶圓廠
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國內(nèi)8英寸進(jìn)展：
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從2022年開始，目前已有十余家企業(yè)與機構(gòu)公布8英SiC襯底開發(fā)成功，處于研發(fā)或小批量驗證階段，急需提升技術(shù)成熟度，加快量產(chǎn)進(jìn)程。
山東大學(xué)SiC的研發(fā)歷程
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4、8英寸4H-SiC晶體制備難點
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為應(yīng)對這些難點，南砂晶圓通過自主研發(fā)設(shè)備提高制備良率。單晶爐已更迭到第五代，第五代專用于8英寸生長。
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5、 制備過程
8英寸SiC籽晶制備
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溫場、流場及其演化，設(shè)計合適的溫場及邊界條件，實現(xiàn)大尺寸SiC單晶襯底熱應(yīng)力控制。
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大尺寸體系下溫場/流場耦合研究，控制晶體生長界面連續(xù)，促進(jìn)穩(wěn)定的臺階流生長。
8英寸單晶襯底制備
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制備了8英寸導(dǎo)電型4H-SiC晶體，加工出了8英寸4H-SiC村底。經(jīng)拉曼測試，無6H和15R等多型，4H晶型面積比例達(dá)到100%，實現(xiàn)了8英寸4H-SiC單一晶型控制。
8英寸導(dǎo)電型4H-SiC襯底微管分布
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繼續(xù)送代優(yōu)化，減少了6英寸以外的擴徑區(qū)域的微管缺陷數(shù)量，8英寸村底微管密度穩(wěn)定控制在0.1cm-2以下與6英寸襯底量產(chǎn)水平一致。
8英寸襯底電阻率均勻性
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8英寸導(dǎo)電型4H-SiC襯底電阻率分布
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迭代優(yōu)化溫場均勻性，提升摻雜均勻性，8英寸SiC襯底電阻率均勻性進(jìn)一步提升。
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8英寸襯底結(jié)晶質(zhì)量
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(004)衍射面的5點搖擺曲線均為近對稱的單峰，半峰寬平均值32.7弧秒，應(yīng)力均勻分布，表明8英寸SiC襯底具有良好的結(jié)晶質(zhì)量。
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8英寸襯底位錯缺陷
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8英寸SiC村底要實現(xiàn)量產(chǎn)，提升市場份額，需要進(jìn)一步降低位錯缺陷密度，尤其是對器件性能影響較大的TSD和BPD。
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生長腔溫度梯度產(chǎn)生的熱應(yīng)力、籽晶表面狀態(tài)和N濃度富集等原因?qū)е挛诲e增殖；
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位錯間相互作用或轉(zhuǎn)化導(dǎo)致其合并或湮滅。
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8英寸襯底：OTSD缺陷
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8英寸襯底BPD缺陷控制
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8英寸村底?(500um)面型參數(shù)控制
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面型參數(shù)控制(350um8英寸襯底
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8英寸半絕緣SiC襯底制備
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南砂晶圓基于山東大學(xué)在半絕緣SiC襯底方面研究特色，開展了8英寸半絕
緣SiC單晶生長研究探索工作，制備出了不開裂的8英寸半絕緣SiC單晶襯底，整片面積電阻率大于1E10Ω·cm。
?三、結(jié)論
原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦半導(dǎo)體網(wǎng)）：南砂晶圓：八英寸SiC單晶的研究進(jìn)展