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执著的老宋

碳化硅各生产环节技术难点碳化硅器件代工领

碳化硅各生产环节技术难点

碳化硅器件代工领域,国内企业有相当竞争力。

中车时代电气建有6英寸双极器件、8英寸IGBT和6英寸碳化硅的产业化基地,拥有芯片、模块、组件及应用的全套自主技术;华润微具备碳化硅功率器件制备技术。

泰科天润是国内领先的碳化硅功率器件生产商,其在北京拥有一座完整的半导体工艺晶圆厂,可在4/6英寸SiC晶圆上实现半导体功率器件的制造工艺。目前泰科天润的碳化硅器件650V/2A-100A,1200V/2A-50A,1700V/5A -50A,3300V/0.6A-50A 等系列的产品已经投入批量生产,产品质量可以比肩国际同行业的先进水平。

在SiC外延的研发和量产方面,我国也已紧跟世界一流水平,瀚天天成的产品已打入国际市场;我国SiC IDM主要有泰科天润、世纪金光、基本半导体、中电科15所、中电科13所等。衬底制备是碳化硅器件核心难点,也是成本高企的主要原因。

由于晶体生长速率慢、制备技术难度较大,大尺寸、高品质碳化硅衬底生产成本较高,碳化硅底较低的供应量和较高的价格一直是制约碳化硅基器件大规模应用的主要因素,限制了产品在下游行业的应用和推广。

碳化硅价格昂贵,主要原因是其制造难度高。

72小时可长出 2 米左右的晶体;但是 碳化硅 144 小时生长出的晶体厚度只有 2-3 厘米,碳化硅长晶速度不到硅材料的百分之一。

其次,由于碳化硅硬度高(其硬度仅次于金刚石),对该材料进行光刻加工、切割都非常困 难,损耗极大,将一个 3 厘米厚的晶锭切割 35-40 片需要花费 120 小时,远远慢于切割硅晶 锭。

另外,碳化硅生长环境温度远高于硅材料,硅的升华温度为 1400 度左右,而碳化硅的晶片生长需要 2000 度左右,这对炉管设备的要求更高。并且,SiC 的生长周期长,长出来晶锭的厚度较薄,控制良率难度高。

而随着尺寸的增大,碳化硅单晶扩径技术的要求越来越高。

扩径技术需要综合考虑热场设计、扩径结构设计、晶体制备工艺设计等多方面的技术控制要素,最终实现晶体迭代扩径生长,从而获得直径达标的高质量籽晶,继而实现后续大尺寸将晶的连续生长。

在最新技术研发储备上,行业领先者科锐公司和贰陆公司均已成功研发并投产 8 英寸产品,而国内公司在此方面较为落后。

目前导电型碳化硅衬底以 6 英寸为主,8 英寸衬底开始研发;半绝缘碳化硅衬底以 4 英寸为 主,目前逐渐向 6 英寸衬底发展。

6 英寸衬底面积为 4 英寸衬底的 2.25 倍,相同的晶体制备时间内衬底面积的倍数提升带来衬底成本的大幅降低。

与此同时,单片衬底上制备的芯片数量随着衬底尺寸增大而增多,单位芯片的成本也即随之降低,因此碳化硅衬底正在不断向大尺寸的方向发展。

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2021年11月30日 22:43
来自电脑网页版
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