Page 7 - 第三代半導體—— 碳化矽材料製程與分析

SPOTLIGHT
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圖1:射頻與功率用半導體關鍵特性整理。
圖3:現行主流之SiC長晶方法。
圖2:SiC之前段應用產業鏈與關鍵標竿廠商關聯圖。
積極地投入相關產業鏈中，上下游 產業鏈可簡單分為SiC晶圓、磊晶 成長和功率及射頻元件，相關標竿 廠商列如圖2。
產業鏈所有元件的第一步皆始 於晶圓，上游晶圓廠扮演了提供高 品質晶圓以製作元件的重要基礎角 色，在矽晶圓的製作技術上目前已 經相當成熟，但在SiC晶圓方面仍有 進步空間。
圖4:高溫化學氣相沉積法之示意圖。 圖5:液相法之示意圖。
SiC晶圓成長
目前SiC長晶成本約佔 總元件38%，主流製作方式 有高溫化學氣相沉積法(High Temperature Chemical Vapor Deposition，HTCVD)、液相 法(Solution Growth)和昇華法 (Physical Vapor Transport，PVT)，
2.液相法
各方法相關特性與採用廠商如圖3。
將矽基氣體(SiH4)和碳基氣體 (C2H4)通入HTCVD反應爐中，藉由 反應爐的高溫氣體使其氣體反應 產生結晶叢(crystal cluster)，結 晶叢會再次因為高溫而昇華，進而 在低溫區的晶種上(seed crystal) 沉積成單晶晶圓。此法不需高純度 SiC粉末為原料，而是直接使用氣 體當作SiC的來源，但此法牽涉許多 動力學上的不穩定因素，不易控制 整體製程穩定性及一致性，進入量 產階段前尚有諸多的問題待解決。
液相法為傳統單晶晶體成長技 術，此方法在晶體尺寸及產出速度
上獲得優勢，其技術是將SiC晶種浸 入含碳基溶劑之矽熔液當中(圖5)， 當較低溫的晶種從高溫矽溶液拉出 時，SiC長晶過程中就會形成在晶種 上並會生成晶碇(ingot)。然而，其 中固液介面控制、增加碳固含量的 溶劑去除、大尺寸成分均勻性等問 題仍待解決，目前僅在前沿研究階 段，走向商品化仍面臨極大挑戰。
3.昇華法
此為目前SiC半導體工業中最 常用的方式，具備現行有效方法 中產出速度最快、晶圓尺寸可擴 大及設備成本相對較低等優勢。 如圖6所示，其製程是以高純度 多晶SiC (polycrystalline silicon carbide)粉末為原料，並加熱使其 昇 華 產 生 氣 體 ( S i、C、S i 2 C、S i C 2 )，
1.高溫化學氣相沉積法
2022年7月 | www.eettaiwan.com