12英寸SiC诞生！每片仅比硅多220元，如何做到的？

第三代半导体风向 · 2021-06-17

昨天，12英寸GaN晶圆面世（.点这里.），今天，12英寸SiC晶圆也诞生了！

据介绍，澳大利亚一所大学通过2个关键技术，开发了新型硅基SiC晶圆，不仅缺陷率低，而且成本也非常低，12英寸晶圆每片成本增加不超35美元（约223人民币）。

目前，该技术已经成功开发了SiC SBD和GaN器件，接下来，该大学将建立生产线，来推动这项技术的商品化。

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12英寸SiC晶片面世

每片成本增幅不超223元

6月16日，澳大利亚的Griffith大学在官网宣布，他们通过采用一项新的SiC晶片新技术，在12英寸硅衬底上，成功开发了更高效、更低成本的SiC二极管。

据介绍，该项目总投资为130万美元（约831万人民币），是由Griffith大学和Questsemi半导体公司牵头，得到了苏格兰晶圆厂Semefab和IMCRC研究中心的支持。

众所周知，制造SiC衬底既慢又小，导致成本高昂，但Griffith大学采用了非常不同的制造工艺，能够使用标准的硅晶片加工工艺，简化了制造工艺，大幅降低了制造成本——采用这种硅晶片的成本增加不超过25-35美元/片。

根据Semefab去年公布的消息，他们已经推出了1.7kV及以上电压的碳化硅肖特基二极管。

其实，早在2013年5月，他们就已经在12英寸的硅晶片上外延生长SiC薄膜，当时是为了提供一种具有成本效益的缓冲材料，通过大尺寸硅衬底制造GaN器件。

2项关键技术

实现高质量SiC外延

在过去60年中，业界一直在研究如何在大尺寸硅衬底上生长SiC。然而，SiC-on-Si方法存在局限性，因为硅的熔点相对较低（1420℃），限制了最高生长温度。

因此只能在硅衬底上生长立方晶体结构——3C-SiC。好在3C-SiC与4H-SiC具有相似的特性，也可以用来制造SiC器件。

尽管如此，由于Si和SiC之间存在约20%的大晶格失配，以及约8%的热膨胀失配，因此会导致外延生长的SiC层产生缺陷，通过缓冲层也无法解决Si下发界面空隙的产生，从而严重限制了SiC-on-Si器件的开发。

Griffith大学里通过2项关键技术，成功地抑制了Si空隙的形成，并在非常大尺寸的Si晶片上，实现了具有非常高的厚度均匀性和低表面粗糙度的SiC生长。

据介绍，Griffith大学制备的3C-SiC平均厚度为51nm，整个晶片上的标准偏差为0.3nm。对于高达几微米的3C-SiC，其厚度不均匀性约为1%或以下。

实现这种SiC薄膜的异质外延生长，第一个关键在于热壁垂直低压化学气相沉积 (LPCVD) 反应器，这是Griffith大学和SPTS Technologies 联合开发的。据介绍，这种独特的反应器能够每次运行可容纳50片300mm硅晶片。

第二个关键是低温沉积结合交替供气方法。与同时提供硅源气体和碳源气体的标准并行供应外延 (CSE) 方法相反，Griffith大学使用了交替供应外延 (ASE)，这意味着Si和C原子以交替脉冲形式供应。

结果发现，ASE比CSE生长提供更好的厚度均匀性、更低的缺陷密度和更好的形态。LPCVD反应器的典型3C-SiC生长速率达到0.8纳米/周期。

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