关于SIC 的Know-how

SiC的分类和用途

根据电阻率不同，SiC衬底晶片可分为导电型和半绝缘型。

SiC衬底晶片主要用来做成高压功率器件和高频功率器件。其中，导电型SiC衬底晶片经过SiC外延后（SiC基SiC外延片），主要应用于制造耐高温、耐高压的功率器件，市场规模较大；半绝缘型SiC衬底晶片经过GaN外延后（SiC基GaN外延片），主要应用于微波射频器件（功率放大器PA为主），应用于5G、雷达、卫星通信等领域。随着5G通讯网络的加速建设，市场需求提升较为明显。

SiC衬底晶片主流尺寸

同硅片一样，理论上SiC衬底晶片尺寸越大，下游芯片的制造效率越高、单位成本越低。

目前主流的硅片尺寸已经为12英寸（300mm），但由于SiC晶体的生长难度较大，主流的SiC衬底晶片尺寸为4英寸（100mm）至6英寸（150mm）。

目前国际SiC晶片厂商主要提供4英寸至6英寸SiC晶片，国内企业也逐渐由4英寸向6英寸过渡，目前来看，6英寸是SiC衬底晶片性价比较高的尺寸。从国际大厂的趋势看，CREE、II-VI等国际龙头企业已开始投资建设8英寸SiC晶片生产线，2019年底，CREE在纽约州立理工学院奥尔巴尼分校成功完成了首批8英寸SiC晶圆样品的制备。

最新消息，中电科山西XX晶体在实现第三代半导体SiC全产业链完全自主可控、完全掌握4-6英寸衬底片“切、磨、抛”工艺，解决了关键技术工艺“卡脖子”问题的基础上，8英寸衬底片已经研发成功，即将量产。

SiC衬底晶片&外延片价格

SiC衬底晶片的价格很贵，制约成本降低的主要因素主要有两个，一个是晶体的长晶速度，一个是产品的良率。

SiC升华熔点约2700度，且没有液态，只有固态和气态，因此SiC晶体的制备，并不能像用直拉法拉出大硅棒来那么简单。

目前主流的SiC晶体制备方法为物理气相运输法（PVT），在长晶炉里，2700多度的高温下，通过SiC气化冷凝的方式，得到SiC晶体，生长速度很慢，每小时0.1-0.2mm。这样的速度下，长出来的SiC晶体就难能可贵。

目前SIC衬底晶片的价格是同尺寸Si片的10倍以上，4英寸导电型SiC衬底片价格约为4000元，6英寸导电型SiC衬底片价格约为6000元；半绝缘型SiC衬底片因为目前用量较少，主要用于5G基站，价格更是离谱，6英寸价格高达2万元。

随着下游需求的提升，产能释放，国内产商的技术成熟，预计未来5年SiC衬底晶片的价格会逐渐下降。

SiC MOS和Si IGBT

SiC基MOS器件的下游应用领域和Si基IGBT器件重合度很大，在新能源汽车、充电桩、光伏、工业电机等领域都有交叉，因此，在这些领域二者是属于竞争关系。

虽然SiC基MOS器件具有性能上的优势，但价格偏高，同一规格的产品，SiC器件的价格是原有Si器件的5~6倍。基于成本方面的考虑，SIC基MOS器件与Si基IGBT将处于长期共存状态。

业界普遍认为，当SiC器件的价格是同规格Si器件价格的2-3倍的时候，SiC功率器件市场应该就到了爆发的临界点。这个临界点的到来，需要上游SiC衬底晶片厂商的共同努力，包括产能提升和技术提升。

SiC衬底晶片的难度

SiC衬底晶片的壁垒较高，核心参数包括微管密度、位错密度、电阻率、翘曲度、表面粗糙度等。在密闭高温腔体内进行原子有序排列并完成晶体生长、同时控制参数指标是复杂的系统工程，将生长好的晶体加工成可以满足半导体器件制造所需晶片又涉及一系列高难度工艺调控。随着SiC晶体尺寸的增大及产品参数要求的提高，生产参数的定制化设定和动态控制难度会进一步提升。因此， 稳定量产各项性能参数指标波动幅度较低的高品质SiC晶片的技术难度很大，主要体现在：

1）温度控制：SiC晶体需要在2000℃以上的高温环境中生长，且在生产中需要精确调控生长温度，控制难度极大；

2）晶体结构复杂：SiC存在200多种晶体结构类型，其中六方结构的4H型（4H-SiC）等少数几种晶体结构的单晶型SiC才是所需的半导体材料，在晶体生长过程中需要精确控制硅碳比、生长温度梯度、晶体生长速率以及气流气压等参数，否则容易产生多晶型夹杂，导致产出的晶体不合格；

3）大尺寸难度升级：气相传输法下，SiC晶体生长的扩径技术难度极大，随着晶体尺寸的扩大，其生长难度工艺呈几何级增长；

4）切割困难：SiC晶体硬度与金刚石接近，切割、研磨、抛光技术难度大，工艺水平的提高需要长期的研发积累。目前业界正在探索将激光切割引入SiC晶体切割，国内大族激光已有相关产品推出。

良率问题

前面提到过，由于国内产业发展还处于探索期，技术不成熟，SiC晶体生长难度大、衬底晶片切割难度大、外延生长难度大、芯片器件制造难度大，一定程度影响了SiC芯片良率的提高。

目前从业界反馈来看，从衬底到器件，SiC芯片整体良率不足50%。