【導讀】中國汽車工業協會最新數據顯示
，2022年1月至11月，新能源汽車產銷分別完成625.3萬輛和606.7萬輛，同比均增長1倍，市場占有率達到25%。由此可見新能源汽車的發展已經進入了快車道。在這裏我們注意到，由於裏程焦慮和快速充電的要求，800V 電池母線係統獲得了不少的OEM或者Tier1的青睞。談到800V母線係統
，讓我們聚焦到其中的核心功率器件碳化矽功率模塊，由於碳化矽得天獨厚的優勢，使得它非常適合用來製造高耐壓
、高結溫
、高速的MOSFET，這三高恰好契合了800V母線係統對於核心的功率器件的要求。安森美(onsemi)非常看好800V母線係統的發展
，有一些研究機構，預測截至到2026年，SiC在整個功率器件市場的占比將達到12%以上。

中國汽車工業協會最新數據顯示
，2022年1月至11月，新能源汽車產銷分別完成625.3萬輛和606.7萬輛
，同比均增長1倍，市場占有率達到25%。由此可見新能源汽車的發展已經進入了快車道。在這裏我們注意到，由於裏程焦慮和快速充電的要求
，800V 電池母線係統獲得了不少的OEM或者Tier1的青睞。談到800V母線係統，讓我們聚焦到其中的核心功率器件碳化矽功率模塊，由於碳化矽得天獨厚的優勢
，使得它非常適合用來製造高耐壓、高結溫、高速的MOSFET，這三高恰好契合了800V母線係統對於核心的功率器件的要求。安森美(onsemi)非常看好800V母線係統的發展
，有一些研究機構，預測截至到2026年，SiC在整個功率器件市場的占比將達到12%以上。

安森美在碳化矽的領域涉足甚早，最早從2004年就開始SiC器件的研發。但是安森美是從2021年收購了GT Advanced Technologies (GTAT)之後開始全方位在碳化矽領域的投入
，無論是資金

，人力物力以及客戶和市場。收購了GTAT之後，開始了安森美在碳化矽領域的垂直整合供應鏈——從晶體到係統之路！接下來我們將對兩個碳化矽的關鍵的供應鏈襯底和外延epi進行分析和介紹，這樣大家會對於安森美在碳化矽的布局和領先優勢會有進一步的了解。

安森美碳化矽全垂直整合的供應鏈——從晶體到係統

供應鏈從我們位於新罕布什爾州哈德遜的工廠生長單晶SiC粉(fen)材(cai)料(liao)開(kai)始(shi)。在(zai)襯(chen)底(di)上(shang)生(sheng)長(chang)一(yi)層(ceng)很(hen)薄(bo)的(de)外(wai)延(yan)層(ceng)

，然(ran)後(hou)經(jing)過(guo)多(duo)個(ge)複(fu)雜(za)的(de)器(qi)件(jian)加(jia)工(gong)步(bu)驟(zhou)生(sheng)產(chan)出(chu)芯(xin)片(pian)，然(ran)後(hou)將(jiang)芯(xin)片(pian)來(lai)封(feng)裝(zhuang)成(cheng)最(zui)終(zhong)產(chan)品(pin)。整(zheng)個(ge)製(zhi)造(zao)流(liu)程(cheng)端(duan)到(dao)端(duan)垂(chui)直(zhi)整(zheng)合(he)，具(ju)有(you)全(quan)麵(mian)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)、可追溯性以及完善的質量測試，以確保產品零缺陷的要求。

全垂直整合的供應鏈，在目前的供應鏈體係裏具有相當的優勢，如產能易於擴展、pinzhiyouhechengbenkongzhi，youqishimuqiantanhuaguidezhenggegongyingliandemeiyigehuanjiedoubushinamerongyikekaodegaozhiliangdeliangchan，zhegeheguidegongyingtixixiashibutaiyiyangde。zaiguidegongyinglianli
，guipian（襯底）通常會被交給第三方來生產，第三方的質量、成cheng本ben和he良liang率lv都dou做zuo的de相xiang當dang不bu錯cuo。接jie下xia來lai我wo們men會hui對dui襯chen底di和he外wai延yan的de生sheng產chan進jin行xing展zhan開kai，這zhe樣yang大da家jia就jiu會hui明ming白bai為wei什shen麼me安an森sen美mei選xuan擇ze在zai碳tan化hua矽gui領ling域yu選xuan擇ze了le全quan垂chui直zhi整zheng合he的de供gong應ying鏈lian模mo式shi。這zhe也ye使shi得de安an森sen美mei成cheng為wei了le目mu前qian全quan球qiu為wei數shu不bu多duo具ju有you從cong襯chen底di到dao模mo塊kuai
、到係統能力的公司。

晶體/襯底（substrate）

我wo們men的de芯xin片pian都dou是shi在zai襯chen底di的de基ji礎chu上shang長chang上shang一yi層ceng薄bo薄bo的de外wai延yan，然ran後hou才cai拿na去qu製zhi作zuo芯xin片pian。那na襯chen底di又you是shi怎zen樣yang生sheng產chan製zhi造zao出chu來lai的de呢ne
？這zhe裏li涉she及ji到dao兩liang個ge步bu驟zhou，首shou先xian是shi將jiang碳tan化hua矽gui粉fen放fang到dao長chang晶jing爐lu裏li生sheng長chang成cheng晶jing體ti得de到dao碳tan化hua矽gui晶jing錠ding

，碳tan化hua矽gui晶jing錠ding需xu要yao打da磨mo拋pao光guang，然ran後hou送song去qu切qie割ge
，並bing經jing過guo拋pao光guang這zhe樣yang得de到dao了le我wo們men生sheng產chan器qi件jian需xu要yao的de晶jing圓yuan襯chen底di。圖tu一yi是shi一yi個ge長chang晶jing爐lu的de示shi意yi圖tu和he實shi物wu照zhao片pian。

圖一長晶爐示意圖和實物

這裏麵涉及到了兩個關鍵的步驟，晶體生長，晶錠切割和拋光。圖二則是我們從碳化矽粉到襯底的生產流程簡圖

圖二 碳化矽襯底生產流程圖

目前比較成熟的碳化矽晶體生長方法主要是PVT和CVD兩種，它們都屬於氣象生長（vapor phase growth）
，而碳化矽型體主要是4H和6H兩種。

圖三碳化矽晶體生長方式

首先我們來看看晶體的生長都麵臨哪些挑戰

• 要擁有高品質的籽晶（種子） 

• 減少從籽晶到新生長的晶體缺陷的技術

• 晶體生長需要高溫（>2000C）

o 在這些溫度和生長時間下，很少有材料保持惰性，很容易發生反應。

• 多態性–多達220種型體
，目前可用的主要是用4H和6H

• 不一致的分解（氣體: Si, Si2C, SiC），（固態：碳）

• 源頭的純淨度 – 缺陷的晶核點

• 與Si相比，晶錠長寬比往往較低

• 整個行業麵臨的主要挑戰是長出更長的無缺陷晶體

• 晶體直徑擴大（目前最大是8“）

o 無裂紋、高結晶質量（晶片邊緣附近的晶界、缺陷等）

而GTAT本身是從生產製造長晶爐起家的，到現在差不多有20年左右的碳化矽長晶爐的設計製造經驗，對於晶體生長的這些挑戰，GTAT擁有者豐富的經驗，我們有高品質的籽晶，很好的溫度的控製等，有很好的缺陷控製技術以及很好的缺陷檢測和標識能力。

談到碳化矽的缺陷，下麵是碳化矽晶體的幾種典型的缺陷

• 晶型不穩定性

• 開核位錯（微管）

• 閉合核螺釘位錯

• 低角度晶界

• 常規位錯

• 基底平麵位錯（BPD）-基底平麵邊緣位錯或部分BPD

• 螺紋邊緣錯位（TED）

• 疊加故障/轉換

zhexiequexiandoushizaichendihuozheshuojingdingjieduanchanshengde，danshizhexiequexianyidanchanshengle，jiumeifaxiaochu，tamenhuijixuyanshengdaowaiyanceng，zuizhonghuiyingxiangdaoqijiandezhiliang。suoyiwomenbujinxuyaozaichendijieduanjiuyaobiaoshichulai
，zaiwaiyancengyeyaobatamenbiaoshichulaiyipaichuzaiwai。zhegeduiwaiyancengdailailetiaozhan。

圖四碳化矽襯底缺陷

高質量的晶體是整個碳化矽供應鏈的基石
，而GTAT在zai這zhe些xie方fang麵mian積ji累lei了le相xiang當dang豐feng富fu的de生sheng產chan經jing驗yan，它ta確que保bao了le安an森sen美mei的de碳tan化hua矽gui器qi件jian是shi在zai一yi個ge高gao質zhi量liang的de襯chen底di上shang完wan成cheng的de。同tong時shi我wo們men也ye可ke以yi非fei常chang快kuai速su的de擴kuo產chan，而er這zhe也ye是shi安an森sen美mei富fu有you競jing爭zheng力li的de一yi個ge方fang麵mian。

Epitaxy – EPI外延

tanhuaguiwaiyancengshizhizaitanhuaguiqijianzhizaogongyizhong

，shengchangchenjizaijingyuanchendishangdenayibufen。womenweishenmexuyaowaiyan
？zaimouxieqingkuangxia
，xuyaotanhuaguiyoufeichangchundeyuchendiyouxiangtongjingtijiegoubiaomian
，haiyaobaochiduizazhileixinghenongdudekongzhi。zheyaotongguozaitanhuaguichendibiaomiandianjiyigewaiyancenglaidadao。zaigonglvqijianzhongwomenqijiandemeigedanyuandengjibenshangdoushizaiwaiyancengjiagongwanchengde

，tadezhiliangduiyuqijianlaishuozhongyaoxingkejianyiban。butongdeqijianduiyuwaiyandeyaoqiushibuyiyangde。erjiguanduiyuwaiyandepianchahequexianyaoqiuheMOSFET對它們的要求是兩個不同層次的需求。MOSFET對於外延質量的要求很高。摻雜的偏差會影響MOSFET的Rdson的分布。有些缺陷會導致MOSFET輕則漏電流偏大
，嚴重的會導致MOSFET失效。

外延目前來說比較成熟的加工技術是CVD，這也導致很多人誤認為外延是比較容易加工的。其實這個是一個誤解，外延並不是簡單的把CVDdeluzimaihuilai，jiukeyibatamenzuohao，dangranxiangduijingtichendilaishuo，tayaoxiangduijiandanyixiedanshibingbudaibiaotahenrongyizuohao，waiyanhejingtichendimianlindetiaozhanshibuyiyangde。yeyouhenduorenshuoxianzaishichangshanghenduogongsidouyounenglijiagongerjiguandewaiyan，tamenzhiyaoshaoweishengjiyixiashebeijiukeyihenhaodeshengchangMOSFET的外延了，這個說法有待商榷。因為就像文章上麵說的MOSFET和(he)二(er)極(ji)管(guan)對(dui)於(yu)外(wai)延(yan)的(de)要(yao)求(qiu)是(shi)不(bu)一(yi)樣(yang)的(de)，他(ta)們(men)對(dui)於(yu)一(yi)致(zhi)性(xing)和(he)翹(qiao)曲(qu)度(du)等(deng)要(yao)求(qiu)也(ye)不(bu)是(shi)一(yi)個(ge)數(shu)量(liang)級(ji)的(de)。在(zai)外(wai)延(yan)這(zhe)一(yi)個(ge)環(huan)節(jie)，安(an)森(sen)美(mei)同(tong)樣(yang)擁(yong)有(you)豐(feng)富(fu)的(de)經(jing)驗(yan)，早(zao)在(zai)並(bing)購(gou)GTAT之前，安森美在碳化矽的外延和晶圓生產研發方麵已經擁有超過10年的經驗。因此我們會把這一優勢繼續保持
，在擴大襯底生產的同時也擴大外延的生產。

相對晶錠襯底不同的是，外延的挑戰主要集中在下麵的幾個指標上：

• 厚度以及一致性

• 摻雜和一致性

• 表麵缺陷快速檢測和標識追蹤能力

• 底部缺陷快速檢測和標識追蹤能力

• 控製擴展缺陷

• 清洗

• 大尺寸的晶圓翹曲度的控製

我們把檢測到的缺陷做一下分類。

缺陷分類

圖五 外延缺陷

下圖是一個完整的MOSFET active cell，這裏就包含了襯底的缺陷，然後衍生到外延的缺陷。

圖六 碳化矽MOSFET缺陷剖麵圖 - 襯底外延缺陷

zongjieyixia，youyuchendidequexianbunengzaiwaiyancengqubataxiaochu，suoyiwomenhuicaiquyidingdecelve
，rangzhimingquexianehua，ranhoubatamenshaixuanchulai
，zheyangdehuazaiwaiyanzheyigeliuchengzhongjiuyaoqiuchendidequexianjuyoukezhuisuxing
，suoyiduiyuchendihewaiyandouzijishengchandegongsijiujuyoutianrandeyoushi。keyibijiaohaodekongzhiquexianlv。

由於襯底和外延和芯片的技術發展相關性不是特別大，所以我單獨把這兩個流程拿出來和大家分享，接下來的芯片技術發展比如MOSFETdepingmianjiegouhuozhegoucaojiegoudoushizhijiezaiwaiyancenglijiagong。yincihoumiandejishufazhanwomenkeyizaifenbienachulaitaolun。ansenmeizaichendihewaiyandegongyinglianshangchuizhizhenghelezijineibudeziyuan，yinciduiyukehulaishuo，tamendegonggeishikeyiyucede
，zheyeshihenduoquanqiuxingdekehujijideheansenmeiqianshulechangqigongyingxieyi，yinweiwomendezheyigongyingmoshigeiyuletamenchangqibaozhang。

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