SiC是怎么制造出来的？

一般人常有的第三代半导体迷思

SiC 是由硅（Si）与碳（C）组成，结合力强，在热量上、化学上、机械上都稳定，由于低耗损、高功率的特性，SiC 适合高压、大电流的应用场景，例如电动车、电动车充电基础设施、太阳能及离岸风电等绿色能源发电设备。

现今电动车的电池动力系统主要是200V-450V，更高端的车款将朝向800V发展，这将是SiC的主力市场。不过，SiC晶圆制造难度高，对于长晶的源头晶种要求高，不易取得，加上长晶技术困难，因此目前仍无法顺利量产。

另外SiC本身是同质磊晶技术，所以品质好、组件可靠度佳，这也是电动车选择使用它的主因，加上又是垂直元件，因此功率密度高。

SiC和GaN各具优势发展领域不同

GaN为横向组件，生长在不同基板上，例如SiC或Si基板，为异质磊晶技术，生产出来的GaN薄膜品质较差，虽然目前能应用在快充等民生消费领域，但用于电动车或工业上则有些疑虑，同时也是厂商极欲突破的方向。

GaN应用领域则包括高压功率器件Power、高射频组件RF，Power常做为电源转换器、整流器，而平常使用的蓝牙、Wi-Fi、GPS定位则为RF射频元件的应用范围之一。

若以基板技术来看，GaN基板生产成本较高，因此GaN组件皆以硅为基板，目前市场上的GaN功率元件以GaN-on-Si硅基氮化镓以及GaN-on-SiC碳化硅基氮化镓两种晶圆进行制造。

一般常听到的GaN制程技术应用，例如上述的GaN RF射频器件及PowerGaN，都来自GaN-on-Si的基板技术，至于GaN-on-SiC基板技术，由于碳化硅基板SiC制造困难，技术主要掌握在国际少数厂商手上，例如美国科锐、罗姆半导体ROHM。

射频组件、Power GaN 都来自 GaN-on-Si 技术，磊晶技术困难、关键SiC基板由国际大厂主导。第三代半导体（包括SiC基板）产业链依序为基板、磊晶、设计、制造、封装，不论在材料、IC设计及制造技术上，仍由国际IDM厂主导，代工生存空间小，目前台湾地区的供货商主要集中在上游材料（基板、磊晶）与晶圆代工。

首先，想要让SiC生长，先得高温伺候，硅在1600度就可以生长，SiC则直接冲上了2300度，压力要到3500MPa，而一个大气压才100kPa，要面对如此高温，还要精确操作，对仪器的要求就十分苛刻，一个失误，通通白费，这样的高温高压下，通常采用名为物理气相传输的方法生长Sic晶体，简称PVT法。

PVT法加热让原材料升华，产生SiC混合气体SixCy，比如SiC2等，这些气体沿着温度梯度缓慢流动，到达低温区的籽晶，借助籽晶形成晶核，慢慢开始生长，成为单晶SiC，与两天能长出两米、直径8英寸的圆柱的硅相比，SiC一周才能长出2cm，可谓是天差地别。

由于气体顺着温度梯度顺流而下，温度梯度大，气体跑得快，但跑得太快又会产生很多错误的结构型，在SiC具有的200多种晶体结构中，4H型等少数几种才能用来做芯片，过多的其它结构型会让成品报废，温度控制、原料配比、气压气流都不可忽视。

生长完成后，还会面临圆柱高度低、晶锭加工难度大，表面质量难保证等问题，这也都成为了摆在我们面前的难题。对生长后的晶锭进行切割、打磨，同样困难重重。利用激光对SiC进行划切，是当前最主流的方法，对于激光的精准控制，当然必不可少。

随着晶圆尺寸的增大，生产难度也迅速增大，但更大的晶圆对于芯片制造更为有利，因此尽管困难重重，各个厂家依然在追求更大尺寸的晶圆生产，然后好不容易费尽了千辛万苦，终于做出了SiC晶片，这个晶片成为衬底。

为了追求更佳的性能，往往会在这层衬底上在生长一层薄膜的晶体，叫做外延，外延完成后就能得到成品SiC外延片晶圆了，和硅类似SiC晶圆尺寸也是468英寸，目前12英寸还没搞定，上次的硅晶圆厂家中，美国意外缺席，这次的SiC，美帝可谓重度参与。

审核编辑 ：李倩