安森美在碳化硅的領域涉足甚早，最早從2004年就開始SiC器件的研發(fā)。但是安森美是從2021年收購了GT?Advanced?Technologies?（GTAT）之后開始全方位在碳化硅領域的投入，無論是資金，人力物力以及客戶和市場。收購了GTAT之后，開始了安森美在碳化硅領域的垂直整合供應鏈——從晶體到系統(tǒng)之路！接下來安森美將對兩個碳化硅的關鍵的供應鏈襯底和外延epi進行分析和介紹，這樣大家會對于安森美在碳化硅的布局和領先優(yōu)勢會有進一步的了解。

安森美碳化硅全垂直整合的供應鏈——從晶體到系統(tǒng)

供應鏈從安森美位于新罕布什爾州哈德遜的工廠生長單晶SiC粉材料開始。在襯底上生長一層很薄的外延層，然后經(jīng)過多個復雜的器件加工步驟生產(chǎn)出芯片，然后將芯片來封裝成最終產(chǎn)品。整個制造流程端到端垂直整合，具有全面的可靠性、可追溯性以及完善的質(zhì)量測試，以確保產(chǎn)品零缺陷的要求。

全垂直整合的供應鏈，在目前的供應鏈體系里具有相當?shù)膬?yōu)勢，如產(chǎn)能易于擴展、品質(zhì)優(yōu)和成本控制，尤其是目前碳化硅的整個供應鏈的每一個環(huán)節(jié)都不是那么容易可靠的高質(zhì)量的量產(chǎn)，這個和硅的供應體系下是不太一樣的。在硅的供應鏈里，硅片（襯底）通常會被交給第三方來生產(chǎn)，第三方的質(zhì)量、成本和良率都做的相當不錯。接下來安森美會對襯底和外延的生產(chǎn)進行展開，這樣大家就會明白為什么安森美選擇在碳化硅領域選擇了全垂直整合的供應鏈模式。這也使得安森美成為了目前全球為數(shù)不多具有從襯底到模塊、到系統(tǒng)能力的公司。

晶體／襯底（substrate）

安森美的芯片都是在襯底的基礎上長上一層薄薄的外延，然后才拿去制作芯片。那襯底又是怎樣生產(chǎn)制造出來的呢？這里涉及到兩個步驟，首先是將碳化硅粉放到長晶爐里生長成晶體得到碳化硅晶錠，碳化硅晶錠需要打磨拋光，然后送去切割，并經(jīng)過拋光這樣得到了安森美生產(chǎn)器件需要的晶圓襯底。圖一是一個長晶爐的示意圖和實物照片。

圖一?長晶爐示意圖和實物

這里面涉及到了兩個關鍵的步驟，晶體生長，晶錠切割和拋光。圖二則是安森美從碳化硅粉到襯底的生產(chǎn)流程簡圖

圖二?碳化硅襯底生產(chǎn)流程圖

目前比較成熟的碳化硅晶體生長方法主要是PVT和CVD兩種，它們都屬于氣象生長（vapor?phase?growth），而碳化硅型體主要是4H和6H兩種。

碳化硅晶體生長方式

Epitaxy?–?EPI外延

碳化硅外延層是指在碳化硅器件制造工藝中，生長沉積在晶圓襯底上的那一部分。安森美為什么需要外延？在某些情況下，需要碳化硅有非常純的與襯底有相同晶體結(jié)構(gòu)表面，還要保持對雜質(zhì)類型和濃度的控制。這要通過在碳化硅襯底表面淀積一個外延層來達到。在功率器件中安森美器件的每個單元等基本上都是在外延層加工完成的，它的質(zhì)量對于器件來說重要性可見一斑。不同的器件對于外延的要求是不一樣的。二極管對于外延的偏差和缺陷要求和MOSFET對它們的要求是兩個不同層次的需求。MOSFET對于外延質(zhì)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，外延并不是簡單的把CVD的爐子買回來，就可以把它們做好，當然相對晶體襯底來說，它要相對簡單一些但是并不代表它很容易做好，外延和晶體襯底面臨的挑戰(zhàn)是不一樣的。也有很多人說現(xiàn)在市場上很多公司都有能力加工二極管的外延，他們只要稍微升級一下設備就可以很好的生長MOSFET的外延了，這個說法有待商榷。因為就像文章上面說的MOSFET和二極管對于外延的要求是不一樣的，他們對于一致性和翹曲度等要求也不是一個數(shù)量級的。在外延這一個環(huán)節(jié)，安森美同樣擁有豐富的經(jīng)驗，早在并購GTAT之前，安森美在碳化硅的外延和晶圓生產(chǎn)研發(fā)方面已經(jīng)擁有超過10年的經(jīng)驗。因此安森美會把這一優(yōu)勢繼續(xù)保持，在擴大襯底生產(chǎn)的同時也擴大外延的生產(chǎn)。

資料來源：安森美

https://www.onsemi.cn/products/discrete-power-modules/silicon-carbide-sic

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