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      國內碳化硅襯底的難點

      文章出處:半導體材料與工藝設備網責任編輯:作者:MRC人氣:-發表時間:2022-09-20 16:11:00【

      當前,國內廠商碳化硅襯底生產的技術指標與國際主流廠商相比仍有明顯差距。碳化硅襯底正在不斷向大尺寸的方向發展,目前行業內公司主要量產襯底尺寸集中在4英寸及6英寸。在最新技術研發儲備上,以行業領先者WolfSpeed公司的研發進程為例,WolfSpeed公司已成功研發8英寸產品。為提高生產效率并降低成本,大尺寸是碳化硅襯底制備技術的重要發展方向,襯底尺寸越大,單位襯底可制造的芯片數量越多,單位芯片成本越低;襯底的尺寸越大,邊緣的浪費就越小,有利于進一步降低芯片的成本。由于現有的6英寸的硅晶圓產線可以升級改造用于生產SiC器件,所以6英寸SiC襯底的高市占率將維持較長時間。目前我國市場上使用的碳化硅襯底一般為4英寸,可生產6英寸碳化硅襯底的企業,全國不足10家。

      碳化硅襯底制備主要有以下技術難點:(1)碳化硅單晶的制備對于溫度場設計。適宜的溫度場是制備碳化硅單晶的基礎,不適宜的溫度場極易導致單晶開裂等問題。此外,隨著碳化硅襯底直徑的增加,溫度場的設計及實現難度也在增加。(2)降低結晶缺陷密度。襯底中結晶缺陷(如:微管、穿透性螺位錯(TSD)、基平面位錯(BPD))會對器件造成負面影響。由于碳化硅較高的生長溫度,為降低結晶缺陷密度,傳統的工藝條件(如掩膜法)已經不能滿足低結晶缺陷密度單晶的生長,勢必需要導入新工藝,增加工藝復雜性,這會推高單晶成本。因此,需要投入較長的時間及較大的物料成本研發新工藝,較長的研發周期可能會阻礙襯底單位面積成本的下降,且隨著單晶生長厚度的增加,單晶殘余內應力迅速增加,這會導致單晶結晶質量下降甚至導致單晶開裂等問題,如何有效兼顧單晶可用厚度及單晶結晶質量存在較大難度。

      襯底主要的三個幾何參數為TTV(總厚度偏差)、Bow(彎曲度)及Wrap(翹曲度),國內廠商與國外領先廠商仍存在明顯差距。此外,產品的一致性問題是難以攻克的短板,國產襯底目前較難進入主流供應鏈。具體來說,國產襯底技術短板以及一致性問題主要包含兩個方面:(1)由于國內廠商起步相對較晚,在材料匹配、設備精度和熱場控制等技術角度需要長時間的專門知識累積;(2)國內廠商的客戶較少且比較分散,客戶的反饋速度更慢,反饋內容不徹底。相比較起來,WolfSpeed的產品線覆蓋襯底、外延、器件乃至模組,后端反饋充分且及時。因此,國內廠商的技術差距直接導致襯底綜合性能較差,無法用于要求更高的產線中;一致性問則表示優質襯底比例較低,直接導致襯底的成本大幅上升,上述兩點導致國內廠商制造的襯底還無法進入主流供應鏈。

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