国内SiC距离大规模量产还差“东风”吹来

随着微电子技术的发展，传统的Si和GaAs半导体材料由于本身结构和特性的原因，在高温、高频、光电等方面越来越显示出其不足和局限性，目前，人们已将注意力转移到SiC材料，这将是最成熟的宽能带半导体材料。

身为第三代的半导体材料，SiC具有能带宽、热导率高、电子的饱和漂移速度大、临界击穿电场高，以及介电常数低、化学稳定性好等特点，成为制作高温、高频、大功率、抗辐照、短波长发光及光电整合元件的理想材料，在高频、大功率、耐高温、抗辐照的半导体元件及紫外探测器等方面，都具有广泛的应用前景。

SiC优越的半导体特性，未来将可为众多的元件所采用。SiC拥有高温结构材料特性，目前已经广泛应用于航空、航天、汽车、机械、石化等工业领域。利用其高热导、高绝缘性，目前在电子工业中则是用于大规模整合电路的基板和封装材料。在冶金工业中则作为高温热交换材料和脱氧剂。目前SiC最为人所熟知知的仍然是作为理想的高温半导体材料。随着SiC半导体技术的进一步发展，SiC元件的应用领域也越来越广阔，成为国际上新材料、微电子和光电子领域研究的新热点。

正因为如此，SiC具有的优良特性、诱人的应用前景，及巨大的市场潜力，也势必将引来激烈的竞争。可以预料，它既是科学家争先占领的高技术领域制高点，又是能带来巨大商业利益的战场。

SiC膜层材料具有很大的发展潜力和应用前景，在现代工业的高速发展和技术水准的高度要求下，SiC膜层材料必将以其独特优势，在工业领域占据重要位置。但同时也必须注意，SiC膜层材料在未来的时间若要取得更进一步发展，并开始进行量产的脚步，还需要进行更多的技术研究和应用实现。因此，进一步加强理论研究、降低成本、提高材料质量，并持续进行实践探索，将是今后的工作重点。

碳化硅的以下问题，都解决了吗？

目前已在使用的长晶技术则包含高温化学气象沉积法（HTCVD），与高温升华法（HTCVT）两种。

以***磊拓科技所代理的设备为例，旗下代理的PVA TePla品牌的SiCube单晶长晶炉，能够提供HTCVD和HTCVT这两种长晶法，其工作温度皆需2600°C ，而工作压力则落在5至900 mbar。

虽然有长晶设备，但碳化硅晶圆的生产仍是十分困难，不仅是因为产能仍十分有限，而且品质十分的不稳定。

以目前良率最高的HTCVD法为例，它是以摄氏1500至2500度的高温下，导入高纯度的硅烷（silane；SiH4）、乙烷（ethane）或丙烷（propane），或氢气（H2）等气体，在生长腔内进行反应，先在高温区形成碳化硅前驱物，再经由气体带动进入低温区的籽晶端前沉积形成单晶。

然而，HTCVD技术必须精准的控制各区的温度、各种气体的流量、以及生长腔内的压力，才有办法得到品质精纯的晶体。因此在产量与品质上仍是待突破的瓶颈。

依据目前的硅晶业者的生产情况，一般而言，生产8吋的硅晶棒，需要约2天半的时间来拉晶，6吋的硅晶棒则需要约一天。接着，待晶棒冷却之后，再进行晶圆的切片和研磨。

至于碳化硅晶圆，光长晶的时间，就约需要7至10天，而且生成的高度可能只有几吋而已（硅晶棒可达1至2米以上），再加上后续的加工制程也因为硬度的影响而相对困难，因此其产能十分有限，品质也不稳定。

另外，晶圆短缺与设计经验不足影响碳化硅终端芯片发展。

据了解，目前全球仅约有三、四家业者（Cree、Norstel、新日铁住金等）能提供稳定的产量。中国虽然已着手自产，但在品质方面尚未能赶上美日，因此全球的产能仍十分有限，目前市场也仍是处于短缺的状况。这也说明了现今整个碳化硅半导体产业的情况，不仅上游晶圆的价格无法松动，连带终端芯片的价格也难以让多数业者接受。

另一个发展限制，则是在碳化硅元件的应用与设计上。由于硅晶圆问世已久，而且行之有年，有非常完整的工具与技术支撑，因此绝大多数的芯片工程师只熟悉硅元件的芯片开发，但对于碳化硅元件的性能与用途，其实不怎么清楚。

工程师对碳化硅元件本身的性能就已经不太清楚，再加上晶圆品质的不稳定，导致元件的良率与可靠度不足，让整个的产业发展非常缓慢。