近日,晶盛机电通过官方微信公众号宣布,经过晶体实验室研发团队半年多的技术攻关,8月12日,首颗8英寸(200mm)N型SiC(碳化硅)晶体成功出炉,晶盛第三代半导体材料SiC研发自此迈入8英寸时代,这是晶盛在宽禁带半导体领域取得的又一标志性成果。

 

 

据介绍,此次研发成功的8英寸碳化硅晶体,晶坯厚度25mm,直径214mm,是晶盛在大尺寸SiC晶体研发上取得的重大突破。不但成功解决了8英寸碳化硅晶体生长过程中温场不均、晶体开裂、气相原料分布等难点问题,同时还破解了碳化硅器件成本中衬底占比过高的难题,为大尺寸碳化硅衬底广泛应用打下基础。

 

资料显示,碳化硅一种宽禁带化合物半导体材料,相对于传统的硅材料来说,碳化硅属于第三代半导体材料的典型代表,其拥有禁带宽度宽、耐高温、耐高压、高频、大功率、抗辐射等特点,具有开关速度快、效率高的优势, 可大幅降低产品功耗、提高能量转换效率并减小产品体积。目前,碳化硅半导体器件主要应用于高压输变电、轨道交通、电动汽车、通讯基站等重要领域。

 

需要指出的是,而碳化硅材料的生长也效率非常低,并不像硅材料那样,可以相对容易的制备出数米长的晶棒。目前碳化硅生长出来体积也相对比较小,所以大多数情况下都只能制备成直径100mm或150mm(4英寸或6英寸)晶圆。而且,碳化硅属于硬度非常高(碳化硅单晶材料莫氏硬度分布在9.2~9.6之间,仅仅比金刚石的硬度低0.5左右)的脆性材料,因此,碳化硅晶圆的制备损耗非常高(通常损耗高达三分之二),良率也比较低。

 

在第九届EEVIA年度中国电子ICT媒体论坛暨2021产业和技术展望研讨会上,英飞凌电源与传感系统事业部市场总监程文涛告诉芯智讯:“碳化硅材料的加工门槛非常高,因此目前这个行业主要的碳化硅厂商,都是一些IDM厂商。目前在碳化硅晶圆这一块,排在第一位的 Wolfspeed差不多占了60%的市场,其次是美国II-VI公司,市场份额约为16%。”

 

不过,随着技术的推进,头部的一些大厂也开始陆续推动8英寸的碳化硅晶圆的量产。相比6英寸的碳化硅晶圆,8英寸的碳化硅晶圆可用于制造集成电路的可用面积几乎扩大1 倍,使得产量和生产效率可以得到极大的提升。

 

早在2015年Wolfspeed、罗姆、II-VI就已展示了8英寸碳化硅衬底,其中Wolfspeed投入10亿美元建设新工厂,并在今年4月开始生产8英寸碳化硅等产品;


英飞凌在2020年9月宣布其8英寸碳化硅晶圆生产线已经建成;

 

罗姆旗下SiCrystal公司预计2023年左右开始量产8英寸衬底;

 

2021年7月,意法半导体率先宣布成功制造出首批8英寸碳化硅晶圆片。意法半导体表示,其首批8英寸碳化硅晶圆片质量上乘,影响芯片良率和晶体位错的缺陷非常少。

 

Soitec在2022年5月发布了8英寸碳化硅衬底产品,其还在2022年3月启动新晶圆厂建设计划。

 

今年5月,法国Soitec半导体公司也发布了其首款8英寸碳化硅 SmartSiC 晶圆。

 

不过,需要指出的是,目前碳化硅器件的生产线大都还是6英寸的产线,因此SiC晶圆升级到8英寸,还需要对制造设备和整体支持生态系统进行升级更换。目前头部的厂商也正在与供应链上下游技术厂商合作开发自己的制造设备和生产工艺。