據(jù)權(quán)威消息人士透露，我國計(jì)劃把大力支持發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，寫入正在制定中的“十四五”規(guī)劃，計(jì)劃在2021-2025年期間，在教育、科研、開發(fā)、融資、應(yīng)用等等各個(gè)方面，大力支持發(fā)展第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，以期實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)獨(dú)立自主。當(dāng)前，以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體已逐漸受到國內(nèi)外市場重視，不少半導(dǎo)體廠商已率先入局。不過，量產(chǎn)端面臨多重挑戰(zhàn)下，第三代半導(dǎo)體材料占比仍然較低。未來政策導(dǎo)入有望加速我國第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，以期進(jìn)一步把握主動(dòng)。

第三代半導(dǎo)體材料: SiC的興起與未來

一、Sic：極限功率器件的理想材料

SiC 是由硅和碳組成的化合物半導(dǎo)體材料，在熱、化學(xué)、機(jī)械方面都非常穩(wěn)定。C 原子和 Si 原子不同的結(jié)合方式使 SiC 擁有多種晶格結(jié)構(gòu)，如4H、6H、3C 等等。4H-SiC 因?yàn)槠漭^高的載流子遷移率，能夠提供較高的電流密度，常被用來做功率器件。

SiC 晶圓

SiC 從上個(gè)世紀(jì) 70 年代開始研發(fā)，2001 年 SiC SBD 商用，2010 年 SiCMOSFET 商用，SiC IGBT 還在研發(fā)當(dāng)中。隨著 6 英寸 SiC 單晶襯底和外延晶片的缺陷降低和質(zhì)量提高，使得 SiC 器件制備能夠在目前現(xiàn)有 6英寸Si基功率器件生長線上進(jìn)行，這將進(jìn)一步降低SiC材料和器件成本，推進(jìn) SiC 器件和模塊的普及。

二、Sic產(chǎn)業(yè)鏈：歐美占據(jù)關(guān)鍵位置

SiC 生產(chǎn)過程分為 SiC 單晶生長、外延層生長及器件制造三大步驟，對應(yīng)的是產(chǎn)業(yè)鏈襯底、外延、器件與模組三大環(huán)節(jié)。

SiC 襯底：SiC 晶體通常用 Lely 法制造，國際主流產(chǎn)品正從 4 英寸向 6 英寸過渡，且已經(jīng)開發(fā)出 8 英寸導(dǎo)電型襯底產(chǎn)品，國內(nèi)襯底以4 英寸為主。由于現(xiàn)有的 6 英寸的硅晶圓產(chǎn)線可以升級改造用于生產(chǎn) SiC 器件，所以 6 英寸 SiC 襯底的高市占率將維持較長時(shí)間。

SiC 外延：通常用化學(xué)氣相沉積（CVD）方法制造，根據(jù)不同的摻雜類型，分為 n 型、p 型外延片。國內(nèi)瀚天天成、東莞天域已能提供 4 寸/6 寸 SiC 外延片。

SiC 器件：國際上 600~1700V SiC SBD、MOSFET 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，主流產(chǎn)品耐壓水平在 1200V 以下，封裝形式以 TO 封裝為主。價(jià)格方面，國際上的 SiC 產(chǎn)品價(jià)格是對應(yīng) Si 產(chǎn)品的 5~6 倍，正以每年 10%的速度下降，隨著上游材料器件紛紛擴(kuò)產(chǎn)上線，未來 2~3年后市場供應(yīng)加大，價(jià)格將進(jìn)一步下降，預(yù)計(jì)價(jià)格達(dá)到對應(yīng) Si 產(chǎn)品2~3 倍時(shí)，由系統(tǒng)成本減少和性能提升帶來的優(yōu)勢將推動(dòng) SiC 逐步占領(lǐng) Si 器件的市場空間。

國內(nèi)外廠商爭取卡位時(shí)間

全球范圍內(nèi)，半導(dǎo)體大廠紛紛布局，IDM廠商意法半導(dǎo)體購并NorstelAB以及法國Exagan、英飛凌收購Siltectra，以及日商ROHM收購SiCrystal等事件都頗受業(yè)界關(guān)注。國內(nèi)方面，不少廠商圍繞第三代半導(dǎo)體材料爭取卡位時(shí)間。海特高新子公司海威華芯建立了國內(nèi)第一條6英寸砷化鎵/氮化鎵半導(dǎo)體晶圓生產(chǎn)線。據(jù)稱，其技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國外同行業(yè)先進(jìn)水平，部分產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。賽微電子涉及第三代半導(dǎo)體業(yè)務(wù)，主要包括GaN（氮化鎵）材料的生長與器件的設(shè)計(jì)。三安光電在長沙設(shè)立子公司湖南三安從事碳化硅等化合物第三代半導(dǎo)體的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，目前項(xiàng)目正處于建設(shè)階段。聚燦光電目前產(chǎn)品涉及氮化鎵的研發(fā)和生產(chǎn)，外延片的技術(shù)就是研發(fā)氮化鎵材料的生長技術(shù)，芯片的技術(shù)就是研發(fā)氮化鎵芯片的制作技術(shù)。今年8月，露笑科技投資100億建設(shè)第三代功率半導(dǎo)體（碳化硅）產(chǎn)業(yè)園。露笑科技與合肥市長豐縣人民政府簽署戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，包括但不限于碳化硅等第三代半導(dǎo)體的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，包括碳化硅晶體生長、襯底制作、外延生長等的研發(fā)生產(chǎn)，項(xiàng)目投資總規(guī)模預(yù)計(jì)100億元。

量產(chǎn)仍是最大挑戰(zhàn)

目前，第三代半導(dǎo)體材料的比重仍然相當(dāng)?shù)汀Ｈ蛞怨铻榛A(chǔ)的半導(dǎo)體材料市場約4500億美元，第三代半導(dǎo)體僅占10億美元。業(yè)內(nèi)人士指出，量產(chǎn)端的困難仍是業(yè)界的最大挑戰(zhàn)。目前，碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）較為成熟，并稱為第三代半導(dǎo)體材料的雙雄。氧化鋅、金剛石、氮化鋁等材料的研究則仍處于起步階段。不過，即使是成熟度最高的碳化硅和氮化鎵，也在量產(chǎn)環(huán)節(jié)面臨諸多困難。氮化鎵的難度主要在于在晶格。當(dāng)前，氮化鎵發(fā)展瓶頸段仍在基板段，成本昂貴且供應(yīng)量不足,主要是因?yàn)榈夐L在硅上的晶格不匹配，困難度高。對于碳化硅，長晶的源頭晶種來源純度要求高、取得困難，另外，長晶的時(shí)間相當(dāng)長且長晶過程監(jiān)測溫度和制程的難度高。碳化硅長一根晶棒需時(shí)2周，成果可能僅3公分，也加大了量產(chǎn)的難度。拓墣產(chǎn)業(yè)研究院認(rèn)為，在化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域，雖然中國廠商相比國際廠商仍有技術(shù)差距，但隨著國家加大支持以及廠商的不斷布局，技術(shù)差距將不斷縮小。

傅里葉紅外光譜儀Sic半導(dǎo)體應(yīng)用

室溫硅材料中碳、氧的定量分析 傅立葉紅外技術(shù)可以快速、靈敏、無損地分析硅材料中的碳、氧含量，因此它在硅材料質(zhì)量控制領(lǐng)域被廣泛接受 和應(yīng)用。布魯克在這個(gè)前沿領(lǐng)域擁有和積累了幾十年的經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合布魯克VERTEX 系列傅立葉紅外光譜儀推出 了業(yè)內(nèi)最專業(yè)和最與時(shí)俱進(jìn)的完整分析方案。 根據(jù)ASTM/SEMI MF1391標(biāo)準(zhǔn)，建立了室溫 硅中代位碳原子含量分析方法。 根據(jù)ASTM/SEMI MF1188標(biāo)準(zhǔn)，建立了室溫 硅中間隙氧含量分析方法。 可達(dá)最低檢出限： < 400ppba 建議的樣品特征： 厚度0.5-2.5 毫米 (最理想：約1.5 毫米) 雙面拋光 單晶或多晶型

用于超高靈敏度硅材料質(zhì)量控制分析的頂級分析儀 CryoSAS 是一款獨(dú)一無二的低溫硅材料分析儀，可用于太陽 能和電子硅行業(yè)的超高靈敏度質(zhì)量控制。它可以同時(shí)定量分 析碳、氧以及淺層雜質(zhì)（如硼、磷、砷等）。根據(jù)ASTM/SEMI標(biāo) 準(zhǔn)，CryoSAS操作簡便，無需液氦等制冷劑。相比于傳統(tǒng)的濕 化學(xué)分析法，CryoSAS更為快速、靈敏，并且對樣品沒有任何 損害。

鈍化層分析 鈍化層作為保護(hù)層、絕緣層或抗反射層，在半 導(dǎo)體材料中扮演著重要的角色。VERTEX 系列 光譜儀是分析鈍化層的理想工具，它可以實(shí) 現(xiàn)快速靈敏的無損分析。 磷硅玻璃(PSG)和硼磷硅玻璃(BPSG)中硼和 磷的定量分析 分析SiN等離子層和Si-O基鈍化層 分析超低K層

厚度分析 VERTEX 系列光譜儀可用于測量半導(dǎo)體層狀結(jié)構(gòu) 中的層厚度，精度極高。此應(yīng)用是基于對紅外光 在層狀結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的光干涉效應(yīng)的分析，可用于 亞微米量級至毫米量級的厚度分析。 用反射或透射實(shí)驗(yàn)分析層厚度。 專用的分析軟件，用于分析復(fù)雜的層狀結(jié)構(gòu)。 可選薄膜掃描成像附件，可測量直徑至12”的 硅晶片。