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碳化矽介紹
SiC INTRODUCTION
物理性質比較
應用以及優缺點
碳化矽排列方式
碳化矽長晶介紹
碳化矽規格
碳化矽應用
碳化矽新技術介紹
物理性質比較
第一代半導體自身性能受限，不適合在高溫、高壓、高頻、高功率等領域使用。
化合物半導體通常指晶態無機化合物半導體,即是指由兩種或兩種以上元素以確定的原子配比形成的化合物，並具有高電子遷移率、禁帶寬度高等特性，能在高溫、高壓、高頻等環境中使用。
Si
第一代
GaAs
第二代
GaN
第三代
4H-SiC
4H-碳化矽
6H-SiC
6H-碳化矽
3C-SiC
3C-碳化矽
第三代—碳化矽
應用以及優缺點
第一代半導體
Si矽   Ge鍺
Si矽：大規模集成電路。
Ge鍺：低頻低壓，中功率晶體管和光電探測器中。
優點
產業鏈成熟，技術完備，成本較低。
缺點
不耐高溫，高壓。
第二代半導體
GaAs砷化鎵   InP磷化銦
GaAs砷化鎵：製作具有高速、高頻、大功率和發光的電子器件。
InP磷化銦：衛星通訊，光通信，定位系統導航，移動互聯等領域。
優點
具有更好的光電性能，更加的耐溫，高頻率和抗輻射。
缺點
原材料成本高，有毒，容易汙染環境，甚至致癌。
第三代半導體
SiC碳化矽   GaN氮化鎵
SiC碳化矽：光電器件、電子電力器件和微波器件。
GaN氮化鎵：新能源、風電、太陽能、汽車、消費電子、導彈、GPS。
優點
耐高溫、高電壓、高頻率、大功率、抗腐蝕和輻射、禁帶寬度大。
缺點
現有成本高，良率低。
碳化矽排列方式
碳化矽是非常典型的共價鍵化合物，共價鍵成分占88%，離子鍵只占12%。在它的任何一種結晶形態中，每一個碳原子都被4個矽原子緊密包圍著，每一個矽原子也都被4個碳原子緊密包圍著。
來自於：Peter. J. Wellmann Materials Department 6, Electronic Materials and Energy Technology, Friedrich-Alexander University of Erlangen-Nürnberg, Martensstr. 7, 91058 Erlangen, Germany.
Si-C雙層的晶體堆疊序列
各種碳化矽多型的電子帶隙
碳化矽長晶介紹
碳化矽，是一種無機物，化學式為SiC，是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生產綠色碳化矽時需要加食鹽）等原料通過電阻爐高溫冶煉而成。碳化矽在大自然也存在罕見的礦物，莫桑石。
昇華法
溶液法
高溫化學氣相沈積法
原理
碳化矽原料昇華再結晶(固態->氣態)
生長溫度
2000°C以上
優點
相關經驗多，大尺寸技術突破中
缺點
良率低，晶體缺陷多
原理
SiC共溶，在液體狀下點晶生長(液態)
生長溫度
1800°C以上
優點
生長成本低，缺陷密度極低
缺點
大尺寸技術待突破
原理
無固體原料，通入氣體進行長晶(氣態)
生長溫度
1600°C以上
優點
技術可塑性高，氣體供給穩定
缺點
成本高，相關經驗少
碳化矽規格
若有其他規格需求，歡迎聯繫我們討論
6吋 n-type规格
8吋 n-type規格
6吋 半絕緣規格
劃痕 Scratches
Production规范
≤5,Total Length≤Diameter
Dummy规范
NA
顆粒 Particles
Production规范
≤60(尺寸size≥0.3μm)
Dummy规范
NA
表面處理 Surface Finish
Production规范
Si面CMP Si-face CMP
Dummy规范
Si面CMP Si-face CMP
金屬含量 Metal contents
Production规范
≤1E11 atom/cm²
Dummy规范
NA
矽面粗糙度 Ra
Production规范
Ra≤0.2nm(5μm*5μm)
Dummy规范
Ra≤0.2nm(5μm*5μm)
翹曲度 Warp
Production规范
≤40 um
Dummy规范
≤55 um
彎曲度 Bow
Production规范
-35~35 um
Dummy规范
-45~45 um
局部平整度 LTV
Production规范
≤3(5mm*5mm) um
Dummy规范
≤5(5mm*5mm) um
總厚度變化 TTV
Production规范
≤10 um
Dummy规范
≤15 um
多型面積(擴散燈下)Polytype area by diffuse lighting
Production规范
None
Dummy规范
≤30 % area
微管密度 Micropipe Density
Production规范
≤1 cm²
Dummy规范
≤15 cm²
次平邊面長度 Secondary flat length
Production规范
None
Dummy规范
None
主平邊晶向 Primary flat orientation
Production规范
<11-20> ± 5˚
Dummy规范
<11-20> ± 5˚
主平邊長度 Primary flat length
Production规范
47.5± 1.5 mm
Dummy规范
47.5± 1.5 mm
厚度 Thickness
Production规范
350 μm ± 25 μm
Dummy规范
350 μm ± 25 μm
直徑 Diameter
Production规范
150.0mm± 0.25mm
Dummy规范
150.0mm± 0.25mm
電阻率 Resistivity
Production规范
0.015~0.028
Dummy规范
0.015~0.028
摻雜劑 Dopant
Production规范
n-type Nitrogen
Dummy规范
n-type Nitrogen
表面晶向偏離度 Surface orientation Off-axis
Production规范
偏 <11-20> 4.0˚ ± 0.5˚
Dummy规范
偏 <11-20> 4.0˚ ± 0.5˚
晶型 Polytype
Production规范
4H
Dummy规范
4H
查看更多
劃痕 Scratches
Production规范
Cumulative length ≤200mm
Dummy规范
NA
表面處理 Surface Finish
Production规范
Si面CMP Si-face CMP
Dummy规范
Si面CMP Si-face CMP
金屬含量 Metal contents
Production规范
≤1E11 atom/cm²
Dummy规范
NA
矽面粗糙度 Ra
Production规范
Ra≤0.2nm(5μm*5μm)
Dummy规范
Ra≤0.2nm(5μm*5μm)
翹曲度 Warp
Production规范
≤40 um
Dummy规范
≤70 um
彎曲度 Bow
Production规范
-35~35 um
Dummy规范
-65~65 um
局部平整度 LTV
Production规范
≤10(5mm*5mm) um
Dummy规范
≤15(5mm*5mm) um
總厚度變化 TTV
Production规范
≤10 um
Dummy规范
≤20 um
多型面積(擴散燈下)Polytype area by diffuse lighting
Production规范
None permitted
Dummy规范
≤30 % area
微管密度 Micropipe Density
Production规范
≤2 cm²
Dummy规范
≤50 cm²
Notch晶向 Notch Orientation
Production规范
[1-100] ±5°
Dummy规范
[1-100] ±5°
Notch深度 Notch depth
Production规范
1~1.5mm
Dummy规范
1~1.5mm
厚度 Thickness
Production规范
TBD
Dummy规范
TBD
直徑 Diameter
Production规范
200.0mm± 0.25mm
Dummy规范
200.0mm± 0.25mm
電阻率 Resistivity
Production规范
0.015~0.028
Dummy规范
NA
摻雜劑 Dopant
Production规范
n-type Nitrogen
Dummy规范
n-type Nitrogen
表面晶向偏離度 Surface orientation Off-axis
Production规范
偏 <11-20> 4.0˚ ± 0.5˚
Dummy规范
偏 <11-20> 4.0˚ ± 0.5˚
晶型 Polytype
Production规范
4H
Dummy规范
4H
查看更多
離邊 Edge exclusion
Production规范
3mm
Dummy规范
3mm
劃痕 Scratches
Production规范
≤5,Total Length≤Diameter
Dummy规范
NA
顆粒 Particles
Production规范
≤60(尺寸size≥0.3μm)
Dummy规范
NA
表面處理 Surface Finish
Production规范
Si-face CMP
Dummy规范
Si-face CMP
金屬含量 Metal contents
Production规范
≤1E11 atom/cm²
Dummy规范
NA
矽面粗糙度 Ra
Production规范
Ra≤0.2nm(5μm*5μm)
Dummy规范
Ra≤0.2nm(5μm*5μm)
翹曲度 Warp
Production规范
≤40 um
Dummy规范
≤60 um
彎曲度 Bow
Production规范
-25~25 um
Dummy规范
-45~45 um
局部平整度 LTV
Production规范
≤3(5mm*5mm) um
Dummy规范
≤5(5mm*5mm) um
總厚度變化 TTV
Production规范
≤10 um
Dummy规范
≤15 um
多型面積(擴散燈下)Polytype area by diffuse lighting
Production规范
None
Dummy规范
≤5 % area
微管密度 Micropipe Density
Production规范
≤1 cm²
Dummy规范
≤10 cm²
Notch晶向 Notch Orientation
Production规范
[1-100] ±5°
Dummy规范
[1-100] ±5°
Notch深度 Notch depth
Production规范
1.0mm +0.25/-0.00mm
Dummy规范
1.0mm +0.25/-0.00mm
厚度 Thickness
Production规范
500 μm ± 25 μm
Dummy规范
500 μm ± 25 μm
直徑 Diameter
Production规范
150.0mm± 0.2mm
Dummy规范
150.0mm± 0.2mm
電阻率 Resistivity
Production规范
≥1E8Ω•cm
Dummy规范
(area 75%) ≥1E8Ω·cm
表面晶向 Surface Orientation
Production规范
<0001> ± 0.2˚
Dummy规范
<0001> ± 0.2˚
晶型 Polytype
Production规范
4H
Dummy规范
4H
查看更多
碳化矽應用
逆變器
xEV Inverter
1400V DC Bus 半導體產品所占空間縮減為1/3
2750V DC Bus 半導體產品所占空間縮減為1/5
3工作效率可提高5%-10%
充電樁
xEV charging infrastructure
1減小散熱器體積
2減小被動式製冷元件體積
3重量及體積減少60%
42022年5月上市的TOYOTA bZ4X SUV將搭載碳化矽車載充電機及直流轉換器
車載電力轉換
xEV OBC/DC-DC
1更高的能效
2減小被動式製冷元件體積
3使車內更寬敞，降低車身重量
xEV Inverter
逆變器
xEV charging
infrastructure
充電樁
xEV OBC/DC-DC
車載電力轉換
碳化矽新技術介紹
1
SICOXS在室溫下通過氬 (Ar) 束蝕刻直接鍵合多晶碳化矽和單晶碳化矽晶圓，再將鍵合的單晶碳化矽分開，在多晶碳化矽片上留下所需厚度的單晶層。
2
使用這種方法，可以從一個單晶晶片上分割兩到幾百層，以生產相同數量的鍵合碳化矽晶片。鍵合碳化矽片的成本將不到傳統碳化矽片的一半。
3
H+ 離子在鍵合之前以與所得單晶層的所需厚度相對應的深度註入，然後對鍵合晶片進行退火將層分開。該公司報告說，即使采用這種工藝，位錯的密度也與原始晶片的密度相似。
「無切損」切片
技術團隊與全球新切片概念團隊合作，在2015年同時參與了離子切割及雷射切割測試，證實技術可行性，未來將適時引入量產。
離子切割
相關品牌
Hyperion
相關說明
原為太陽能設備大廠的GTAT在2015年提出離子切割技術應用於碳化矽材料的無損切割應用，結果證實離子切割確實可行，研究團隊首先以一台特別設計的高能離子植入機將2.3MeV的氫離子植入碳化矽單晶基板，依照實驗結果，2.3MeV僅僅能穿透碳化矽約30-35um，此厚度不具製程可操作性，因此需要將單晶基板與另一支撐材料做wafer bonding，再透過高溫氣體膨脹將30um左右的高質量單晶薄膜剝離，單晶基板可以重復此步驟，理論上可以生產出10倍的傳統切割數量，可以大大降低基板的成本。
GTAT在2015年財務危機之後就沒有繼續進行相關技術開發，直到2021年以4.15億美元為On-Semi收購。
Soitec導入的離子切割技術是在高質量基板上先長出磊晶層，再將離子植入磊晶層與基板的交界，之後將基板與另一片碳化矽低阻支撐材料做wafer bonding形成工程片，最後將磊晶層與基板分離，基板的厚度無損失可重復操作，Bonding後的工程片即可投入器件製程使用。
Hyperion™ SiC Wafer
世界上第一個獨立的剝落碳化矽板，32微米厚度
SMART CUT™ PROCESS ADAPTED TO SiC
FULL R&D PILOT LINE RUNNING
圖片出處：soitec公開資訊
MAJOR STAGES OF SMART CUT™ SiC
• Donor wafer: Prime quality SiC
• Handle wafer: Low Res SiC
• Conductive bonding interface
• Finishing including CMP & high temp anneal
• Donor wafer re-use for new process cycle
Soitec導入的離子切割技術是在高質量襯底上先長出外延層，再將離子植入外延層與襯底的交界，之後將襯底與另一片碳化矽低阻支撐材料做wafer bonding形成工程片，最後將外延層與襯底分離，襯底的厚度無損失可重復操作，Bonding後的工程片即可投入器件製程使用。
雷射切割
相關品牌
相關說明
資料來源: Infineon公開資訊
Siltectra使用特定波長激光聚焦在所需要的深度，利用雷射的高能形成材料的改質。藉由特殊設計的高分子材料附著於欲剝離的基板上，再利用超低溫形成的溫度沖擊將基板剝離。
Infineon於2018年以1.24億歐元收購Siltectra後，目前主要用於將標準350um基板在做完器件製成後，再剝離出一片約150um基板，以節省基板的成本。
DISCO采用類似的雷射切割原理，但更加自動化暨商業化，隨著Siltectra被Infineon收購，市場上可取得的商業化雷射切割技術以DISCO的KABRA為主，目前據悉已經有數家企業采用相關技術。
Siltectra Cold Split Process I
/ 資料來源：Siltectra公開資訊 /
Laser process
Creation of a defined layer of modified material in the ingot with µm precision.
Lamination process
Siltectra´s polymer foil is laminated on top of the ingot.
Lift off process
The polymer (elastomer) contracts significantly during a cooling step and a crack is initiated that travels along the laser plane modification.
Finish and reclaim process
The polymer foil is separated from the split wafer and the wafer moves on to subsequent finishing steps. The remaining ingot is reclaimed for the next separation step by a surface conditioning step.
資料來源: DISCO公開資訊
DISCO采用類似的激光切割原理，但更加自動化暨商業化，隨著Siltectra被Infineon收購，市場上可取得的商業化激光切割技術以DISCO的KABRA為主，目前據悉已經有數家企業采用相關技術。
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導電碳化矽基板
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應用以及優缺點
碳化矽排列方式
碳化矽長晶介紹
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