功率半导体碳化硅基生产流程

其具体可以分为以下几步：

（1）原料生成：（PVT气相形成，结构也多，控制度很难）

将高纯硅粉和高纯碳粉按工艺配方均匀混合，在 2,000℃以上的高温条件下，于反应腔室内通过特定反应工艺，去除反应环境中残余的、反应微粉表面吸附的痕量杂质，使硅粉和碳粉按照既定化学计量比反应合成特定晶型和颗粒度的碳化硅颗粒。再经过破碎、筛分、清洗等工序，制得满足晶体生长要求的高纯度碳化硅粉原料。每一批进行取样测试纯度、颗粒度等。

（2）晶体生长

中国企业一般采用PVT 法制备碳化硅单晶，PVT 法通过感应加热的方式在密闭生长腔室内在 2,300°C 以上高温、接近真空的低压下加热碳化硅粉料，使其升华产生包含 Si、Si2C、SiC2 等不同气相组分的反应气体，通过固-气反应产生碳化硅单晶反应源；由于固相升华反应形成的 Si、C 成分的气相分压不同，Si/C化学计量比随热场分布存在差异，需要使气相组分按照设计的热场和温梯进行分布和传输，使组分输运至生长腔室既定的结晶位置；为了避免无序的气相结晶形成多晶态碳化硅，在生长腔室顶部设置碳化硅籽晶（种子），输运至籽晶处的气相组分在气相组分过饱和度的驱动下在籽晶表面原子沉积，生长为碳化硅单晶。

以上碳化硅单晶制备的整个固-气-固反应过程都处于一个完整且密闭的生长腔室内，反应系统的各个参数相互耦合，任意生长条件的波动都会导致整个单晶生长系统发生变化，影响碳化硅晶体生长的稳定性；此外，碳化硅单晶在其结晶取向上的不同密排结构存在多种原子连接键合方式，从而形成 200 多种碳化硅同质异构结构的晶型，且不同晶型之间的能量转化势垒极低。因此，在 PVT 单晶生长系统中极易发生不同晶型的转化，导致目标晶型杂乱以及各种结晶缺陷等严重质量问题。故需采用专用检测设备检测晶锭的晶型和各项缺陷。

（3）晶锭加工

将碳化硅晶锭使用 X 射线单晶定向仪进行定向，之后通过精密机械加工的方式磨平、滚圆，加工成标准直径尺寸和角度的碳化硅晶棒。对所有成型晶棒进行尺寸、角度等指标检测。

（4）晶棒切割

在考虑后续加工余量的前提下，使用金刚石细线将碳化硅晶棒切割成满足客户需求的不同厚度的切割，并使用全自动测试设备进行翘曲度（Warp）、弯曲度（Bow）、厚度变化（TTV）等面型检测。

（5）切割片研磨

通过自有工艺配方的研磨液将切割片减薄到相应的厚度，并且消除表面的线痕及损伤。使用全自动测试设备及非接触电阻率测试仪对全部切割片进行面型及电学性能检测。

（6）研磨片抛光

通过配比好的抛光液对研磨片进行机械抛光和化学抛光，用来消除表面划痕、降低表面粗糙度及消除加工应力等，使研磨片表面达到纳米级平整度。使用X射线衍射仪、原子力显微镜、表面平整度测试仪、表面缺陷综合测试仪等仪器设备，检测碳化硅抛光片的各项参数指标，据此判定抛光片的质量等级。

（7）抛光片清洗

在百级超净间内，通过特定配比的化学试剂及去离子水对清洗机内的抛光片进行清洗，去除抛光片表面的微尘颗粒、金属离子、有机沾污物等，甩干封装在洁净片盒内，形成可供客户开盒即用的碳化硅衬底。

作者：姚东来

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