安森美在碳化硅的领域涉足甚早，最早从2004年就开始SiC器件的研发。但是安森美是从2021年收购了GT Advanced Technologies （GTAT）之后开始全方位在碳化硅领域的投入，无论是资金，人力物力以及客户和市场。收购了GTAT之后，开始了安森美在碳化硅领域的垂直整合供应链——从晶体到系统之路！接下来安森美将对两个碳化硅的关键的供应链衬底和外延epi进行分析和介绍，这样大家会对于安森美在碳化硅的布局和领先优势会有进一步的了解。

安森美碳化硅全垂直整合的供应链——从晶体到系统

供应链从安森美位于新罕布什尔州哈德逊的工厂生长单晶SiC粉材料开始。在衬底上生长一层很薄的外延层，然后经过多个复杂的器件加工步骤生产出芯片，然后将芯片来封装成最终产品。整个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质量测试，以确保产品零缺陷的要求。

全垂直整合的供应链，在目前的供应链体系里具有相当的优势，如产能易于扩展、品质优和成本控制，尤其是目前碳化硅的整个供应链的每一个环节都不是那么容易可靠的高质量的量产，这个和硅的供应体系下是不太一样的。在硅的供应链里，硅片（衬底）通常会被交给第三方来生产，第三方的质量、成本和良率都做的相当不错。接下来安森美会对衬底和外延的生产进行展开，这样大家就会明白为什么安森美选择在碳化硅领域选择了全垂直整合的供应链模式。这也使得安森美成为了目前全球为数不多具有从衬底到模块、到系统能力的公司。

晶体／衬底（substrate）

安森美的芯片都是在衬底的基础上长上一层薄薄的外延，然后才拿去制作芯片。那衬底又是怎样生产制造出来的呢？这里涉及到两个步骤，首先是将碳化硅粉放到长晶炉里生长成晶体得到碳化硅晶锭，碳化硅晶锭需要打磨抛光，然后送去切割，并经过抛光这样得到了安森美生产器件需要的晶圆衬底。图一是一个长晶炉的示意图和实物照片。

图一 长晶炉示意图和实物

这里面涉及到了两个关键的步骤，晶体生长，晶锭切割和抛光。图二则是安森美从碳化硅粉到衬底的生产流程简图

图二 碳化硅衬底生产流程图

目前比较成熟的碳化硅晶体生长方法主要是PVT和CVD两种，它们都属于气象生长（vapor phase growth），而碳化硅型体主要是4H和6H两种。

碳化硅晶体生长方式

Epitaxy – EPI外延

碳化硅外延层是指在碳化硅器件制造工艺中，生长沉积在晶圆衬底上的那一部分。安森美为什么需要外延？在某些情况下，需要碳化硅有非常纯的与衬底有相同晶体结构表面，还要保持对杂质类型和浓度的控制。这要通过在碳化硅衬底表面淀积一个外延层来达到。在功率器件中安森美器件的每个单元等基本上都是在外延层加工完成的，它的质量对于器件来说重要性可见一斑。不同的器件对于外延的要求是不一样的。二极管对于外延的偏差和缺陷要求和MOSFET对它们的要求是两个不同层次的需求。MOSFET对于外延质量的要求很高。掺杂的偏差会影响MOSFET的Rdson的分布。有些缺陷会导致MOSFET轻则漏电流偏大，严重的会导致MOSFET失效。

外延目前来说比较成熟的加工技术是CVD，这也导致很多人误认为外延是比较容易加工的。其实这个是一个误解，外延并不是简单的把CVD的炉子买回来，就可以把它们做好，当然相对晶体衬底来说，它要相对简单一些但是并不代表它很容易做好，外延和晶体衬底面临的挑战是不一样的。也有很多人说现在市场上很多公司都有能力加工二极管的外延，他们只要稍微升级一下设备就可以很好的生长MOSFET的外延了，这个说法有待商榷。因为就像文章上面说的MOSFET和二极管对于外延的要求是不一样的，他们对于一致性和翘曲度等要求也不是一个数量级的。在外延这一个环节，安森美同样拥有丰富的经验，早在并购GTAT之前，安森美在碳化硅的外延和晶圆生产研发方面已经拥有超过10年的经验。因此安森美会把这一优势继续保持，在扩大衬底生产的同时也扩大外延的生产。

资料来源：安森美

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

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