【中國傳動網(wǎng) 行業(yè)動態(tài)】 相較于硅（Si），采用碳化硅（SiC）基材的元件性能優(yōu)勢十分的顯著，尤其是在高壓與高頻的性能上，然而，這些優(yōu)勢卻始終未能轉(zhuǎn)換成市場規(guī)模，主要的原因就出在碳化硅晶圓的制造和產(chǎn)能的不順暢。

由于碳化硅需要在2000°C以上高溫（硅晶僅需在1500°C），以及350MPa以上才能達成。若透過添加一些特殊的助燒劑，或者氣體沉積的方式，則可使碳化硅燒成溫度降到2000°C左右，且在常壓就能進行。

依據(jù)目前的硅晶業(yè)者的生產(chǎn)情況，一般而言，生產(chǎn)8吋的硅晶棒，需要約2天半的時間來拉晶，6吋的硅晶棒則需要約一天。接著，待晶棒冷卻之后，再進行晶圓的切片和研磨。

至于碳化硅晶圓，光長晶的時間，就約需要7至10天，而且生成的高度可能只有幾吋而已（硅晶棒可達1至2米以上），再加上后續(xù)的加工制程也因為硬度的影響而相對困難，因此其產(chǎn)能十分有限，品質(zhì)也不穩(wěn)定。

「由于碳化硅的生產(chǎn)瓶頸尚未解決，原料晶柱的品質(zhì)不穩(wěn)定，造成整體市場無法大規(guī)模普及。」瀚天天成電子科技銷售副總裁司馬良亮，一語點出目前的市場困境。

司馬良亮表示，相較于硅晶，碳化硅的功能性更好，在導熱、延展性和導電性方面都有很好的表現(xiàn)，投入的業(yè)者也很多。但幾年過去，市場規(guī)模依舊十分有限，并沒有出現(xiàn)大的進展，主要的原因就在于原料晶柱的品質(zhì)不穩(wěn)定，造成沒有足夠的晶圓來供應市場。

「只要長晶過程中的溫度和壓力有一些失誤，那好幾天的心血可能就都會為烏有。」司馬良亮說。

目前全球僅約有三、四家業(yè)者（Cree、Norstel、新日鐵住金等）能提供穩(wěn)定的產(chǎn)量。中國雖然已著手自產(chǎn)，但在品質(zhì)方面尚未能趕上美日，因此全球的產(chǎn)能仍十分有限，目前市場也仍是處于短缺的狀況。

SiC晶圓生長，難在哪里？

在現(xiàn)已開發(fā)的寬禁帶半導體中，碳化硅（SiC）半導體材料是研究最為成熟的一種。SiC半導體材料由于具有寬禁帶、高擊穿電場、高熱導率、高飽和電子遷移率以及更小的體積等特點，在高溫、高頻、大功率、光電子以及抗輻射器件等方面具有巨大的應用潛力。

碳化硅的應用范圍十分廣泛：由于具有寬禁帶的特點，它可以用來制作藍色發(fā)光二極管或幾乎不受太陽光影響的紫外線探測器；由于可以耐受的電壓或電場八倍于硅或砷化鎵，特別適用于制造高壓大功率器件如高壓二極管、功率三極管、可控硅以及大功率微波器件；由于具有高飽和電子遷移速度，可制成各種高頻器件(射頻及微波)；碳化硅是熱的良導體,導熱特性優(yōu)于任何其它半導體材料，這使得碳化硅器件可在高溫下正常工作。

和現(xiàn)行主流的硅(Si)制電源控制芯片相比，SiC制電源控制芯片擁有更優(yōu)異的耐高溫、耐電壓和大電流特性。而除了原有的電源用途之外，SiC電源控制芯片也加快應用至車用用途。除鐵道車輛的逆變器(inverter)模組之外，在需求急速成長的電動車(EV)市場上，車用充電器及急速充電站也持續(xù)轉(zhuǎn)用SiC電源控制芯片。

在SiC制備過程中，晶圓生產(chǎn)是一個很艱難的操作。

目前已在使用的長晶技術(shù)則包含高溫化學氣象沉積法（HTCVD），與高溫升華法（HTCVT）兩種。

以臺灣磊拓科技所代理的設備為例，旗下代理的PVATePla品牌的SiCube單晶長晶爐，能夠提供HTCVD和HTCVT這兩種長晶法，其工作溫度皆需2600°C，而工作壓力則落在5至900mbar。

雖然有長晶設備，但碳化硅晶圓的生產(chǎn)仍是十分困難，不僅是因為產(chǎn)能仍十分有限，而且品質(zhì)十分的不穩(wěn)定。

圖1:碳化硅與硅晶的生產(chǎn)條件比較。（制圖/CTIMES）

以目前良率最高的HTCVD法為例，它是以攝氏1500至2500度的高溫下，導入高純度的硅烷（silane；SiH4）、乙烷（ethane）或丙烷（propane），或氫氣（H2）等氣體，在生長腔內(nèi)進行反應，先在高溫區(qū)形成碳化硅前驅(qū)物，再經(jīng)由氣體帶動進入低溫區(qū)的籽晶端前沉積形成單晶。

然而，HTCVD技術(shù)必須精準的控制各區(qū)的溫度、各種氣體的流量、以及生長腔內(nèi)的壓力，才有辦法得到品質(zhì)精純的晶體。因此在產(chǎn)量與品質(zhì)上仍是待突破的瓶頸。

依據(jù)目前的硅晶業(yè)者的生產(chǎn)情況，一般而言，生產(chǎn)8吋的硅晶棒，需要約2天半的時間來拉晶，6吋的硅晶棒則需要約一天。接著，待晶棒冷卻之后，再進行晶圓的切片和研磨。

至于碳化硅晶圓，光長晶的時間，就約需要7至10天，而且生成的高度可能只有幾吋而已（硅晶棒可達1至2米以上），再加上后續(xù)的加工制程也因為硬度的影響而相對困難，因此其產(chǎn)能十分有限，品質(zhì)也不穩(wěn)定。

「由于碳化硅的生產(chǎn)瓶頸尚未解決，原料晶柱的品質(zhì)不穩(wěn)定，造成整體市場無法大規(guī)模普及。」

SiC長晶的困難點除了在石墨坩堝的黑盒子中無法即時觀察晶體生長狀況外，也因SiC具有200多種生成能皆很相近的晶態(tài)(Polytype)，要在如此嚴苛的條件下生長出大尺寸、無缺陷、全區(qū)皆為同一晶態(tài)4H（目前元件基板主流），則需要非常精確的熱場控制、材料匹配及經(jīng)驗累積。技術(shù)門檻相較于液相長晶法為高。???????