第3類半導體晶片怎麼做?基板難在哪?圖解生產流程 | 我要找工作
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2022年1月3日—要生產出碳化矽(SiC)單晶(monocrystal或singlecrystal)基板,須從長晶(生長碳化矽單晶)做起,作法是將碳化矽粉體倒入長晶爐,在高溫且密閉的 ...
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第3類半導體由於造價昂貴及耐高壓、高頻等特性,主要用於國防、航太等領域,直到近年才因為技術進展、成本下降,應用到工業、汽車與消費性電子產業。這個極度精密、複雜的產業,究竟有哪些生產流程?
基板(Substrate):在黑盒子中製造長晶,難度最高要生產出碳化矽(SiC)單晶(monocrystal或single crystal)基板,須從長晶(生長碳化矽單晶)做起,作法是將碳化矽粉體倒入長晶爐,在高溫且密閉的空間使其昇華,讓晶源粉末的蒸汽冷凝後,附著在碳化矽晶種上。
碳化矽的長晶完全是在「黑盒子中」製造,因為生產製造的過程中需要維持在高溫(大於2100℃)環境下運作,且須保持低壓、長時間穩定的狀態,這也意味著做出來的品質、成果會在最後一刻才揭曉答案。
因為看不到坩堝內碳化矽結晶的狀況,因此要控制得好,讓碳化矽的原子能適當排列並附著在起始的晶種上面,除了晶種本身的品質非常重要之外,熱場設計及坩堝材質等因素,都會影響基板品質的好壞 。
國立陽明交通大學國際半導體產業學院院長張翼指出,基板是一種純材料的技術,需要具備高溫熱力學的專業知識,不是買設備就可以自行製作,沒有一定程度的技術來源,很難做出品質好的基板,尤其是在完全密閉的空間裡進行,設計難度也相對比較高。
此外,與矽相比,碳化矽因材料特性使然,長晶速度與晶錠(或稱晶棒,Ingot)高度差異甚大,碳化矽需要7天時間才能長出2~5公分的晶錠,矽則是3天就能製作出200公分的晶棒,長晶效率相差100~200倍。
長成晶柱的碳化矽晶錠,首先會切割成晶片,經過機械研磨、化學侵蝕,將表面磨得光滑如一面鏡子,最後成為積體電路(IC)基板。
目前主流的碳化矽基板為6吋(150mm),而意法半導體(ST)率先於2021年8月宣布,在瑞典Norrköping工廠製造出全球首批量產8吋(200mm)碳化矽基板。預期2022年起,基板大廠Wolfspeed(前身為科銳Cree)、貳陸(II-VI)及Qromis也將陸續推出8吋碳化矽量產基板,可望大幅...
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