碳化硅（SiC）胰肆，是一種具有顯著物理和化學(xué)特性的無機(jī)非金屬材料征啦，以其高硬度、抗腐蝕能力桦闪、耐高溫性能和良好的化學(xué)穩(wěn)定性而著稱侠坎。

這些特性使其在汽車蚁趁、航空航天、電力電子硅蹦、通信荣德、軍事和醫(yī)療設(shè)備等關(guān)鍵領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用，幾乎覆蓋了從消費(fèi)電子到高端制造等多個(gè)重要領(lǐng)域的應(yīng)用童芹。隨著技術(shù)進(jìn)步涮瞻、成本降低以及中國在碳化硅供應(yīng)鏈中地位的迅速上升，碳化硅的市場(chǎng)前景將日益廣闊假褪。

碳化硅

邁入晶圓新時(shí)代

SiC材料

正在離地起飛的半導(dǎo)體材料

半導(dǎo)體是國家大力發(fā)展的熱門產(chǎn)業(yè)署咽，而碳化硅作為一種先進(jìn)的半導(dǎo)體材料，在應(yīng)對(duì)高溫生音、高頻和高效率要求的應(yīng)用中表現(xiàn)出色宁否。

目前，碳化硅晶體的生長(zhǎng)技術(shù)和器件的制造工藝已達(dá)到高水平成熟度缀遍，并在全球范圍內(nèi)形成了完整的材料慕匠、器件和應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)鏈。盡管技術(shù)已日趨成熟域醇，但生產(chǎn)高性能碳化硅襯底對(duì)晶圓制造商而言仍是一大挑戰(zhàn)隔阔。

碳化硅是一種難加工的材料，確保其晶圓的高品質(zhì)和加工效率是推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的關(guān)鍵肖升。面對(duì)不斷升級(jí)的下游制造需求贵式，必需對(duì)相關(guān)設(shè)備及核心組件進(jìn)行持續(xù)的優(yōu)化和更新，例如單晶生長(zhǎng)拦袍、磨削衬榕、切片、研磨和拋光等工藝流程誓拉。隨著全球?qū)Ω咝阅馨雽?dǎo)體材料需求的增長(zhǎng)杈夜，碳化硅晶圓的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力正在提升。

據(jù)集微網(wǎng)消息稱：2023年以來篓羊，中國在化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展遗赘，尤其是碳化硅（SiC）晶圓生長(zhǎng)技術(shù)。國內(nèi)多家企業(yè)在產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)能力上均得到了市場(chǎng)的認(rèn)可千绍，產(chǎn)能也在大幅提升疾词。此前中國的碳化硅材料在全球市場(chǎng)上的份額僅為約5%，但業(yè)界對(duì)未來發(fā)展持續(xù)樂觀灌旧。預(yù)計(jì)到2024年绑咱，中國生產(chǎn)的碳化硅晶圓在全球市場(chǎng)的占有率有望增長(zhǎng)至50%。

全球碳化硅(SiC)晶圓市場(chǎng)規(guī)模（單位：億美元）

值得注意的是，功率半導(dǎo)體領(lǐng)域正經(jīng)歷從傳統(tǒng)硅材料向碳化硅（SiC）的轉(zhuǎn)換趨勢(shì)描融。例如：2018年铝噩，馬斯克首次宣布特斯拉Model 3采用碳化硅芯片，此消息一度令該產(chǎn)業(yè)火熱非凡窿克；然而到了2023年骏庸，特斯拉卻表示減少75%碳化硅芯片用量。

其中可能涉及到減少單個(gè)組件中碳化硅芯片的使用面積年叮，但這并不意味著對(duì)碳化硅器件整體需求的下降具被。相反，碳化硅技術(shù)的發(fā)展正朝向更高效能和更高功率的方向演進(jìn)只损，以適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的高端應(yīng)用需求一姿。

圖源：先進(jìn)半導(dǎo)體研究院

SiC材料

在新能源汽車中的技術(shù)應(yīng)用

特別是在新能源汽車等新興市場(chǎng)，中國車企在新能源轉(zhuǎn)型方面處于全球領(lǐng)先地位跃惫，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力顯著叮叹。鑒于碳化硅晶圓在新能源汽車等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景，它被視為實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一溺联，有望在未來發(fā)揮重要作用济问。

其中，電動(dòng)汽車的興起為碳化硅的廣泛應(yīng)用打開了大門捻境。2022年吝殖，鴻海集團(tuán)推出首款自制電動(dòng)皮卡Model V以及Model B電動(dòng)SUV，現(xiàn)場(chǎng)展示第三代半導(dǎo)體技術(shù)——碳化硅（SiC）功率模塊径肖，電動(dòng)車用電控系統(tǒng)娩戳、6寸碳化硅導(dǎo)電型（N-type）晶圓基板產(chǎn)品肯锻；2023年12月伍愕，小米汽車宣布SU7車型采用了800V高壓平臺(tái)的碳化硅電池技術(shù)，該技術(shù)使得最高電壓可以達(dá)到871V户犯；同年蓉庆，極氪汽車的007車型也宣布搭載了碳化硅高性能后電機(jī)，使其后驅(qū)車型零百加速最快5.4秒糜透，展現(xiàn)碳化硅在提升電動(dòng)汽車性能方面的重要作用撤宽。

碳化硅（SiC）功率器件在汽車市場(chǎng)中扮演著越來越重要的角色，它們?cè)谔嵘妱?dòng)汽車性能方面具有顯著優(yōu)勢(shì)粤咪，包括增加續(xù)航里程谚中、加快充電速度和提高能效等。據(jù)市場(chǎng)預(yù)測(cè)顯示寥枝，到2027年宪塔，汽車領(lǐng)域?qū)iC功率器件的市場(chǎng)需求預(yù)計(jì)達(dá)到49.86億美元，占整體市場(chǎng)的79.2%囊拜。

作為供應(yīng)鏈中的關(guān)鍵一環(huán)某筐，碳化硅晶圓的制造工藝正與精密加工技術(shù)緊密結(jié)合比搭，不斷突破低良率和安全性能不足的技術(shù)障礙，推動(dòng)其進(jìn)入晶圓的新時(shí)代南誊！

碳化硅晶圓制造

精密加工技術(shù)解決方案

精密磨削技術(shù)解決方案

碳化硅是一種典型的脆性材料身诺，其晶圓制造過程中容易產(chǎn)生表面損傷和暗裂等缺陷。為了確保晶圓的質(zhì)量和性能抄囚，制造環(huán)節(jié)涉及到多種精密磨削技術(shù)霉赡，如砂輪磨削、粗磨和精磨等怠苔。這些技術(shù)能夠有效降低表面粗糙度同廉，實(shí)現(xiàn)平坦且光滑的表面效果。

砂輪磨削：是一種利用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪作為削除工具來加工工件的方法义黑，可對(duì)工件進(jìn)行外圓防蚓、內(nèi)圓、平面和各種型面的粗磨和精磨慷递，從而實(shí)現(xiàn)一定的精度和表面光潔度儒剧。鑒于碳化硅的高硬度特性，金剛石砂輪以其同樣卓越的硬度成為研磨該材料的理想選擇祸芙，從而減少晶圓損傷并提高晶圓薄化加工的切削效率停唐。

粗磨和精磨：粗磨，通常使用鑄鐵盤配合單晶金剛石研磨液對(duì)晶圓進(jìn)行雙面研磨钱锉，去除切割工序在晶圓表面留下的切痕和損傷層时憾，從而達(dá)到一定的平整度和精度基礎(chǔ)；精磨诊捆，則通常采用聚氨酯發(fā)泡Pad與多晶金剛石研磨液的組合來對(duì)晶圓進(jìn)行雙面研磨鸽拱，進(jìn)一步提升晶圓表面的光滑度和精度，為后續(xù)的拋光工序做好準(zhǔn)備纸措。

上海敖朗實(shí)業(yè)有限公司是意大利埃博拉·貝塔（Abra Beta）在中國的分公司谓苟，提供一系列標(biāo)準(zhǔn)和定制的研磨工具，例如帶柄磨頭协怒、橡膠磨頭和金剛石砂輪等適用于各種精細(xì)研磨任務(wù)的工具涝焙。

公司提供的單晶硅表面研磨機(jī)可根據(jù)客戶需求進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)表面研磨和倒角研磨的雙重功能孕暇。該設(shè)備設(shè)計(jì)用于處理尺寸為125/150/156仑撞，長(zhǎng)度在110mm到290mm之間的單晶硅棒⊙希基本配置包括一個(gè)粗磨單元隧哮、一個(gè)精磨單元、冷卻液分配器噴嘴以及一套雙軸研磨輪的法蘭。

單晶硅表面研磨機(jī)近迁，圖源：企業(yè)官網(wǎng)

值得注意的是艺普，用于單晶硅的研磨機(jī)可能不適用于碳化硅晶圓的研磨作業(yè)。碳化硅晶圓由于其更高的硬度和特殊的物理特性鉴竭，通常需要使用更為專業(yè)和定制化的設(shè)備與技術(shù)進(jìn)行處理歧譬。

對(duì)于尋求碳化硅晶圓研磨解決方案的專業(yè)人士，可以參加將于9月3日至5日在上海新國際博覽中心舉辦的PME CHINA 2024精密加工博覽會(huì)搏存，以獲取更多行業(yè)信息并探索最新的精密加工技術(shù)测扼。

碳化硅產(chǎn)業(yè)鏈

去毛刺&打磨拋光解決方案

為了提升晶圓的整體質(zhì)量和性能，確保最終產(chǎn)品的高可靠性啡产，需要通過采用電解拋光纲秫、化學(xué)機(jī)械拋光等技術(shù)進(jìn)行去毛刺&打磨拋光，以此去除在加工過程中產(chǎn)生的多余小顆粒肢有、銳邊或毛刺单步，從而達(dá)到平整光滑的效果。

碳化硅晶圓不平整表面示意圖

電解拋光利用電化學(xué)反應(yīng)原理涣恤，可以對(duì)各種材料和復(fù)雜形狀零件表面進(jìn)行毛刺的高效去除且奔。在此過程中，通過選擇合適的電解液和控制電流密度络骤，在工件表面形成一層氧化物薄膜此腊。這層氧化物薄膜主要分布在毛刺區(qū)域，隨后通過電解作用將其溶解朵令，從而提高表面的清潔度和平整度羊捧。

CMP拋光示意圖

圖源：《碳化硅單晶襯底超精密拋光關(guān)鍵技術(shù)研究》

化學(xué)機(jī)械拋光（CMP），結(jié)合機(jī)械磨損和化學(xué)腐蝕的原理彼硫，共同作用于工件表面炊豪，以改善其粗糙度、提高材料去除率并實(shí)現(xiàn)表面平坦化乌助。首先進(jìn)行的是機(jī)械粗拋工序溜在，來提高整體的加工效率為后續(xù)的精拋?zhàn)龊没A(chǔ)陌知。其次便是通過化學(xué)機(jī)械腐蝕進(jìn)行精拋他托，利用化學(xué)和物理的協(xié)同效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)極其光滑且無損傷的表面質(zhì)量仆葡。

“在典型的CMP過程中赏参，晶圓通過表面張力或背壓固定在載體上，然后壓在貼有拋光墊的轉(zhuǎn)盤上沿盅。磨料把篓、化學(xué)助劑和氧化劑混合成拋光液分散在這兩個(gè)表面之間的界面上。材料去除率由轉(zhuǎn)盤的相對(duì)速度和壓力、晶圓和拋光液之間的化學(xué)活性以及在拋光液中工作的磨料的物理化學(xué)性質(zhì)決定韧掩∥珊疲”

相關(guān)技術(shù)詳解，請(qǐng)點(diǎn)擊工業(yè)清洗技術(shù)解決方案

晶圓制造過程中柒汉，清洗步驟是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)绒催，幾乎每個(gè)主要工序如光刻、刻蝕监昏、沉積斜州、離子注入以及化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）之后都需要進(jìn)行細(xì)致的清洗。這些清洗步驟確保了晶圓表面的純凈度承副，對(duì)最終器件的性能有著直接且顯著的影響愁逝。

晶圓表面的污染主要包括微小顆粒、有機(jī)殘留物冻菌、無機(jī)殘留物以及待去除的氧化層敷忠。其中顆粒和金屬雜質(zhì)是最為嚴(yán)重的污染物，它們可以導(dǎo)致器件性能下降荚砍，甚至造成器件失效吝重，從而影響整個(gè)晶圓的成品率。

這里重點(diǎn)介紹一下等離子體清洗技術(shù)：經(jīng)過RCA處理的SiC晶圓被放入等離子體反應(yīng)系統(tǒng)中胖真，系統(tǒng)會(huì)通入低溫氫等離子體與氮?dú)涞入x子體沦匿，分解或揮發(fā)掉表面附著的不純物質(zhì)。此外振峻，在等離子體清洗過程中臼疫，可以通過反射式高能電子衍射（RHEED）技術(shù)對(duì)晶圓表面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便及時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)扣孟，以獲得最佳的清洗效果烫堤。

相關(guān)技術(shù)詳解，請(qǐng)點(diǎn)擊

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制造及精密加工解決方案

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PME CHINA 2024

第二屆國際精密加工博覽會(huì)

展會(huì)提供

磨削凤价、去毛刺鸽斟、清洗、表面處理

微加工利诺、先進(jìn)材料整體解決方案

2024年9月3-5日

上海新國際博覽中心

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統(tǒng)籌 | David

審校 | 劉昊宇

編排丨仲鳳元

?PME CHINA

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（PME精密加工博覽會(huì)）

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