我國“十四五”規劃已將碳化硅半導體納入重點支持領域，隨著國家“新基建”戰略的實施，碳化硅半導體將在5G基站建設、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數據中心等新基建領域發揮重要作用。晶片（襯底）作為碳化硅半導體產業鏈的基礎材料，具有較高的應用前景和產業價值，在我國半導體產業發展中具有重要的戰略地位。

  碳化硅晶片產品尺寸越大、技術參數水平越高，其技術優勢越明顯，長期以來，碳化硅晶片的核心技術和市場基本被歐美發達國家壟斷，這無疑突出了一個事實，即碳化硅晶片技術門檻極高。每個環節都對設備、工藝要求極為嚴格，其中一個環節出錯，那就意味著昂貴的高純度碳化硅原料被浪費掉了。所以說，其生產過程就如同高手過招，不允許出現任何失誤，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。

碳化硅單晶生長爐制造技術

碳化硅長晶爐是晶體制備的載體，也是晶體生長核心技術中的熱場和工藝的重要組成部分。針對不同尺寸、不同導電性能的碳化硅單晶襯底，碳化硅長晶爐需要實現高真空度、低真空漏率等各項性能指標，為高質量晶體生長提供適合的熱場實現條件。

碳化硅單晶生長爐，來源：天科合達

碳化硅單晶生長熱場是碳化硅單晶生長的核心，決定了單晶生長中溫度的軸向和徑向梯度、氣相流場等關鍵反應條件。熱場的配置核心是設置合理的軸向溫度梯度和徑向溫度梯度，以保證熱場內生長的晶體具有較小的原生內應力，同時具備合理可控的生長速率。

高純度碳化硅生長原料合成技術

生長SiC單晶用的SiC粉體純度要求很高，其中雜質含量應至少低于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需要的SiC粉體；固相法中的改進自蔓延高溫合成法將固態的Si源和C源作為原料，使其在1400～2000℃的高溫下持續反應，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，于反應腔室內通過特定反應工藝，去除反應環境中殘余的、反應微粉表面吸附的痕量雜質，使硅粉和碳粉按照既定化學計量比反應合成特定晶型和顆粒度的碳化硅顆粒。再經過破碎、篩分、清洗等工序，制得滿足晶體生長要求的高純度碳化硅粉原料。

PVT碳化硅晶體生長技術

目前碳化硅單晶的生長方法主要包括以下三種：液相法、高溫化學氣相沉積法、物理氣相傳輸法（PVT）。其中PVT法是目前SiC單晶生長研究最多、最成熟的技術，其技術難點在于：

（1）碳化硅單晶在2300°C以上高溫的密閉石墨腔室內完成“固-氣-固”的轉化重結晶過程，生長周期長、控制難度大，易產生微管、包裹物等缺陷。

（2）碳化硅單晶包括200多種不同晶型，但生產一般僅需一種晶型，生長過程中易產生晶型轉變造成多型夾雜缺陷，制備過程中單一特定晶型難以穩定控制，例如目前主流的4H型。

（3）碳化硅單晶生長熱場存在溫度梯度，導致晶體生長過程中存在原生內應力及由此誘生的位錯、層錯等缺陷。

（4）碳化硅單晶生長過程中需要嚴格控制外部雜質的引入，從而獲得極高純度的半絕緣晶體或定向摻雜的導電型晶體。對于射頻器件使用的半絕緣碳化硅襯底，電學性能需要通過控制晶體中極低的雜質濃度及特定種類的點缺陷來實現。

低翹曲度碳化硅晶體切割技術

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行切割，切割難度大，保證切割過程穩定獲得低翹曲度的晶片是技術難點之一。

精密研磨、拋光技術

為了達到下游外延開盒即用的質量水平，需要對碳化硅襯底表面進行超精密加工，以降低表面粗糙度、表面平整度并達到嚴苛的金屬、顆?？刂埔?。

化學機械拋光屬于化學作用和機械作用相結合的技術，碳化硅晶片表面首先與拋光液中的氧化劑發生化學反應，生成一層相對容易去除的軟質層，然后在拋光液中的磨料和拋光墊的機械作用下去除軟質層，在化學作用和機械作用的交替進行的過程中完成表面拋光，過程較為復雜。

晶片清洗技術

晶片經過清洗可以有效去除表面沾污和雜質，同時保證不引入新的雜質，從而使最終的碳化硅晶片產品滿足半導體下游客戶的要求。傳統的硅襯底材料使用RCA標準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.碳化硅單晶生長用高純碳化硅粉體的研究進展

[2]天科合達招股說明書

[3]天岳先進招股說明書

（中國粉體網編輯整理/山川）