半导体碳化硅(SiC) 关键设备和材料技术进展的详解；

从SiC衬底、外延、芯片到模块,涉及单晶、切磨抛、外延、离子注入、热处理等关键装备,随着整体市场的蓬勃发展,设备需求迎来了机遇期。

一、SiC 单晶生长设备

SiC PVT生长设备是国产化较高的设备,其难点在于需要解决SiC晶体生长难度大、重复性低、生长良率低、长晶工艺各不相同以及设备高度定制化等挑战，未来设备技术将朝着自动化、高工艺重复性、提升晶体生长良率和厚度以及8时大直径长晶方向发展。

国内第三方设备供应商主要包括北方华创、恒普技术、科友半导体、中国电科2所、优晶科技、晶升装备、岚鲸光电、连城数控、力冠微电子等;国外供应商包括日新技研、Aymont、PVA Tepla以及美国CVD设备等公司。

根据加热方式的不同，SiC PVT长晶炉可以分为感应式和电阻式，甚至有企业开发出一炉多锭的长晶设备。感应加热法是国内外生长SiC晶体的主流工艺,电阻法将是未来生长大尺寸SiC晶体的主流工艺之一,根据安装量估算,国内PVT感应炉设备占比90%左右,电阻炉低于10%。

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在解决感应式长晶炉难以"长大、长厚和长快"方面,恒普技术做了多方面的工作, 2022年推出集各项创新技术于一体的8英寸双线圈感应晶体生长炉。这款设备通过“准轴径分离”技术,解决了双线圈对石墨坩埚的温度上下无法分离的难题,满足更多客户的使用习惯。同时,恒普技术还研发了内外分离的测温方式,可有效减少晶体缺陷及晶体之间的差异。另外,压力的稳定性是影响晶体生长的另一项关键参数。恒普技术研发的压力传感器和控制阀门及配套的自适应算法，可将压力稳定控制在 ±0.3Pa（设定压力在 100-500Pa 间）。

在生长6-8英寸SiC晶体方面，电阻加热式设备是较为先进的PVT晶体生长平台。目前，11-VI、东尼电子等公司已使用电阻法PVT系统生长6-8英寸SiC单晶。恒普技术推出了石墨发热的SiC晶体生长技术新平台,核心工艺包括"轴径分离"和与"一次传质"新工艺。"轴径分离"的实现方式是在籽晶径向区域主动调节其区域温度,轴向温度通过料区热场调节其区域温度; "一次传质"工艺是采用多孔石墨筒的新式坩埚设计,将源料置于坩埚壁与多孔石墨筒之间,同时加深整个坩埚以及增加坩埚直径,装料量增加的同时,增加了源料的蒸发面积,解决了源料上部重结晶影响升华所产生晶体缺陷的问题,也极大地提高了SiC晶体扩径的效率。此外,恒普技术还在升级电阻炉整套长晶解决方案,目前已实现碳化钽涂层、多孔石墨长晶等关键辅助材料的研发并已达到世界主流水平,目前已批量供应多家客户,与此同时,恒普技术还在进行基础长晶研究和实验,并积累了大量的基础长晶数据,后续将为客户提供长晶工艺的技术支撑。

科友半导体也向行业提供8英寸SiC长晶炉及附属设备及工艺技术服务,具备系列自主知识产权,长晶附属装备包括难熔金属蒸镀炉、籽晶镀膜设备、原料预结晶提纯炉、晶体退火炉等,设备零配件国产化率达到99%以上,具有设备成本低、厂务配套要求低、长晶速度快、性能稳定、热场重复利用率高等优势。其中,长晶炉设备利用自主设计的热场结构,通过自动控制程序,应用优化的工艺条件,使用配套的蒸镀石墨结构件和预处理提纯后的料锭,可以提供稳定可控的晶体生长条件,显著改善晶体厚度和晶体质量,并有效降低晶体制备成本,帮助企业提高效益。

二、SiC 衬底加工装备

SiC晶锭生长完成后进入衬底加工环节,包括切割、研磨(减薄)、抛光(机械抛光)、超精密抛光(化学机械抛光)等环节,衬底加工的难点在于SiC材料硬度高、脆性大、化学性质稳定,因此传统硅基加工的方式不适用于SiC衬底。

●Sic 晶锭切割设备

针对SiC晶锭硬度大、易碎等难点,过去行业研发出了多种切割技术,现阶段主流的SiC晶锭切割技术为砂浆线和金刚石线切割。

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国外主要的多线切割设备厂家包括日本高鸟、瑞士Meryer Burger, PSS集团、ACCRETECH、HCT公司、NTC公司、日本安永、日本DryChemicals等;国内主要厂家包括中国电科四十五所、上机数控、湖南宇晶、苏州郝瑞特、高测股份、力凯数控等。

激光切割备受行业期待,尤其是在解决8英寸SiC晶锭切割方面具有更大技术价值,但目前尚未大规模应用于SiC衬底制备产线中,国外企业包括日本Disco, Siltectra (英飞凌收购)和美国Halo Industries。国内企业包括中电科2所、晟光硅研、大族激光、西湖仪器、台湾雷科等,天岳先进、华为、松山湖材料实验室等机构也布局了相关专利。

●SiC衬底减薄

研磨设备通常被用于对 SiC 衬底和 SiC 晶圆进行减薄，由于 SiC 材料硬度较高，需采用专用研磨液，设备也需要做相应调整。SiC研磨机主要技术难点包括高硬度材料减薄厚度的精确测量及控制,磨削后晶圆表面出现损伤层、微裂纹和残余应力, SiC晶圆减薄后产生比硅晶圆更大的翘曲现象,以及薄晶圆传输中的碎片问题等。

SiC 磨抛设备分为粗磨和细磨设备，粗磨方面国产设备基本可以满足加工需求，但是细磨方面主要采购国外公司的设备,这些企业采用设备与工艺打包销售的方式,极大的增加了工艺厂商的使用成本和维护成本。

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国外主要SiC研磨设备厂家包括日本不二越、英国Logitech、日本Disco、 Logitech、 NTS、斯德堡、Revasum、创技、Accretech、TOSEI、 OKamoto、 Engis, Revasum、 Speedfam、 Shuwa等。

国内主要厂商包括北京中电科电子装备、特思迪、湖南宇晶、苏州郝瑞特、环宇数控、博宏源、浙江森永光光电、芯晖装备、深圳东荣、台湾全鑫精密和浙江名正等。

北京中电科目前已经推出了4款兼容8时SiC的减薄设备,包括WG-1210,WG-230,WG-1250和WG-1261 (全自动机型),均有实现应用,其优势是环境污染较少、操作简易、加工效率较高。例如WG-1210主要用于晶锭顶部加工,可替代传统平面磨床工艺,去除1000um材料只需30分钟; WG-1250是双轴三工位设备,可实现6-8英寸SiC晶锭晶片同时精磨和粗磨加工。而且北京中电科的减薄机核心技术指标均取得了关键性突破,6/8英寸SiC 减薄后厚度均匀性 TTV < 2um(晶片) /TTVs 3um (晶锭) ;翘曲度(WARP) s 30um (晶片);表面弯曲程度(BOW) s ±15um (晶片) ; UPH 24片/小时(激光剥离面@单面去除80um) , UPH 27片/小时(多线切割面 @ 双面去除各 70μm)。

经调研,北京中电科的设备是国内少有的能够做到快速减薄8英寸SiC晶锭,并且保证100-40000um厚度范围内8英寸SiC晶圆表面粗糙度s 3nm, TTV s5um,其它厂家单台设备无法兼容对不同厚度材料加工及批量制备衬底的需求。

●SiC 抛光设备

SiC抛光机结构需针对SiC材料硬脆的特性做重新设计,需采用专用抛光垫、抛光液。SiC抛光机的主要技术难点包括大尺寸高精度抛光盘设计、制造及装配技术,工作台振动控制验证平台设计及振动技术,抛光盘温度控制技术,循环水路设计技术,自适应承载器技术,抛光头加压传动技术等。

国外主要厂家包括不二越、斯德堡、Entegris, AMAT, Revasum、 Disco、 Hamai、 Speedfam、Oxford、Gigamat、Engis和Axus等。当前国内主要厂商包括中国电科四十五所、特思迪、晶亦精微、众硅科技、湖南宇晶、苏州郝瑞特等。目前国内设备相对国外设备抛光速率、产能等方面还有较大差距。

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抛光设备的发展趋势是一体化和大尺寸，例如将抛光、材料去除测量、清洗和干燥整合到同一个系统内，兼容 6时和 8 时 SiC 衬底。

●SiC 外延设备

SiC同质外延生长技术有化学气相沉积技术(CVD)、液相外延技术(LPE)和分子束外延（MBE)等，CVD是目前生长SiC外延层最常用的生长设备。从历史来看, SiC CVD外延设备主要有几种类型,包括冷壁(垂直或水平)、热壁（垂直或水平）、行星式和 Turbo Disk。

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水平和垂直冷壁CVD反应室结构目前已被淘汰,业界大部分厂商采用的是热壁或暖壁式CVD设备,其反应室中增加了多孔石墨等绝热材料。根据反应室类型可细分为水平卧式结构反应炉和垂直立式结构反应炉,其中以水平式设备应用最为广泛。

国内企业的主流机型仍是以单片式设备为主,不过越来越多的企业在开发和推广两片式和三片式设备。1次生长10 片 4 英寸或 8 片 6 英寸的 SiC 外延的设备已经问世，不过工艺难度太高，较少企业采用。

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目前,国外SiC外延设备主流主要包括LPE(ASMI收购)、日本TEL、爱思强、钮富来(东芝旗下)、Epiluvac(Veeco收购)等;国内厂商包括北方华创、中国电科48 所、纳设智能、晶盛机电、芯三代、季华恒一、粤升和恒普技术等。从设备市占率来看,中国本土设备在国内市场加速渗透,部分厂商订单量已经超过了LPE,国内厂商的市占率合计超过了 70%。

6英寸外延设备方面,单片式设备企业是目前应用最为广泛的机台类型,主要厂商包括:北方华创、中国电科48所、纳设智能等。其中,中国电科48所是其中的典型代表,他们的SiC外延设备在短短半年时间内率先突破了100台套以上销量，创造了第三代半导体设备领域最快的销售上量记录。

早在2017年1月,中国电科48所就开发了第一代SiC外延设备,外延层厚度达到20um, SiC外延层缺陷密度降至0.7个/cm2,经过多年的升级迭代,尤其是通过快速生长大尺寸均匀性控制实现了掺杂浓度均匀性控制、缺陷密度控制、维护周期提升等关键技术攻关,中国电科48所的新一代外延设备很好地满足厚外延、高均匀、低缺陷等工艺发展需求,各项技术指标已经达到国际先进水平,尤其是致命缺陷密度< 0.2个/cm2,掺杂浓度均匀性也<3%,进入了行业第一阵营。

8英寸SiC外延设备方面,国外厂商基本都推出了相关机台,北方华创、中国电科48所和纳设智能等国内厂商在2023年也纷纷推出了8英寸设备。其中中国电科48所的8寸SiC外延设备已经完成首轮工艺验证,核心技术指标取得了关键性突破，8 英寸生长厚度均匀性<1.5%，掺杂浓度均匀性<4%，表面致命缺陷<0.4 个/cm2。

三、SiC 晶圆制造设备

在制程上, SiC芯片大部分的工艺流程与硅基器件类似,主要涉及清洗机、光刻机、LPCVD (低压化学气相沉积)、蒸镀等常规设备,但SiC芯片制备还需要一些特殊的生产设备,除了高温离子注入机外, SiC还需要特殊的高温热处理设备(高温退火炉、高温氧化炉、碳膜溅射仪等),而且在刻蚀、减薄等环节也需要特殊设备。

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中国电科48所是国内拥有SiC核心工艺设备最全的单位,在国内率先实现了外延、高温离子注入、高温氧化、高温激活炉、碳膜溅射设备、LPVCD以及退火设备等设备研发及验证应用，并形成成套应用态势。此外，他们还通过整合中国电科集团其他装备公司的技术,并结合之前的8时硅基整线建设经验,正在实现从提供局部成套设备到提供 SiC芯片制造整线集成服务的布局。

●离子注入设备

传统硅器件主要采用1200℃左右高温扩散进行掺杂控制,由于铝、硼和氮元素在SiC中的扩散系数都很低,若采用高温扩散进行掺杂需要2000℃以上的极高温度,这会引入多种扩散缺陷恶化器件性能,所以离子注入工艺成为了SiC 掺杂的唯一选择。

为达到离子注入区域掺杂浓度均匀的目的,通常采用多步离子注入的方式调节注入能量和注入剂量,可以控制离子注入区域的掺杂浓度和掺杂深度。

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相对而言,离子注入设备属于SiC产线难度最高的设备,国产化率低于10%,而且全球设备厂商较少,导致设备交期非常长,是SiC晶圆线建设的最大瓶颈环节。现阶段,主流厂商包括:亚舍立(Axcelis)、爱发科、应用材料(收购瓦里安)、日清公司,国内厂商主要有中国电科48所(烁科中科信),中车思锐(收购IBS)和凯世通也在介入。

中国电科48 所在 1964年成立之初就以“三束”设备（电子束眠光机、离子注入机、分子束外延)为核心，于2015年研发了国内第一台SiC高温离子注入机。为推进离子注入机的市场化及产业化，中国电科48所将离子注入机业务（研发生产销售)转化至子公司北京烁科中科信电子装备有限公司。

●高温激活退火设备

由于离子注入工艺会对被注入材料内部晶格造成损伤,且大部分注入离子都处于填隙位置，无法发挥施主或受主的作用。注入后退火工艺可以解决上述问题,例如,氮元素在 1400℃退火后激活率小于 10%；在1600℃退火可以达到激活率 90%；磷元素在 1600℃时电激活率达到 90%。

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现阶段,超高温退火设备由于技术难度较高,相关设备仍主要依靠进口,国产化设备逐步在打开市场空间,主要的设备厂商包括:德国Centrotherm、日本东横化学、JTEKT Thermo Systems、北方华创、中国电科48所和拉普拉斯等。国内应用较为成熟的设备有北方华创的SiC-VERIC系列高温炉、中国电科48所的R2120-3/UM等。

北方华创在8 吋及以下半导体装备领域拥有多年的经验，其量产型SiC高温氧化/退火炉，可覆盖扩散、氧化、退火、Poly、SiO2/SiN4、TEOS等工艺，设备性能业内首屈一指，已在国内多条主流生产线上量产应用。例如，SiC-VERIC 系列高温炉，适用于 SiC 基功率器件制造中的高温工艺环节。为实现 SiC 晶圆片在高温 环境下完成栅氧制备和离子激活工艺,SiC-VERIC系列高温氧化炉和退火炉,均采用立式结构设计,加热腔与工艺腔独立双真空,保证了工艺腔的气密性和洁净度，腔室温度分布均匀，工艺气流均匀稳定，可获得优异的工艺效果。

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目前中国电科 48 所的退火炉设备出货量在国内处于领先地位，设备已广泛运行在众多客户的 SiC芯片制造产线，各项的工艺指标和良品率都满足了量产要求。中国电科48所已经完成了三代SiC高温退火炉的工程化设计和应用,其第一代SiC高温激活炉在产线连续运行4年,片内/片间方阻均匀性s±2%,单批产能25片,月产能1500片,产品良率达95%以上。第二代SiC高温激活炉通过加热器的改进增加了有效恒温区长度,改进双真空密封结构,实现了50片处理能力,也增加了全自动传送,使产能大幅提升。第三代在设备的运行率、能耗及设备外形外观等方面进一步优化,提升了设备的可靠性和修护性能，进一步降低了单片工艺的运行成本。

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●高温栅氧设备

SiC MOSFET栅氧制备工艺具有较大难度，这主要因为高温氧化后， SiO2/SiC界面存在大量的碳悬挂键,对 SiCMOSFET沟道迁移和栅极可靠性影响很大,为此需要开发特定的栅氧及氧化后退火工艺,现阶段, SiC栅氧生长工艺主要采用高温氧化炉,其最高使用温度约为1400℃-1500℃,以提高使用温度,获得SiC晶圆片的氧化速率。

目前,主流高温氧化/退火设备包括:德国Centrotherm公司的Oxidation150、日本TOYOKO公司的Ailesic-1400以及国内公司北方华创公司VERIC系列、中国电科48所的M5014-3/UM等设备,国内还新增了紫硅半导体、捷佳伟创等新厂商。

北方华创的 SiC高温氧化产品在多家客户稳定量产,解决了超高温炉体密封、温场控制与污染控制技术,沟道迁移率最大达到 25cm2/vs，栅氧膜质量可靠，本征击穿强度达到 9.4 MV/cm，接近氧化硅材料理论击穿强度。界面缺陷密度低于 6.5E11/cm2-V1，高于目前产线的平均水平。

中国电科48所的SiC高温氧化设备已经通过了器件客户的应用验证,制备的栅氧层表现性能优异,满足器件应用要求,目前该设备已经开始在国内头部SiC器件企业的产线中应用。同时,中国电科48所还针对沟槽型工艺开展栅氧工艺设备的研制与开发。

●刻蚀设备

刻蚀技术是SiC器件研制中的一项关键支撑技术,在SiC器件制备过程中,刻蚀工艺的刻蚀精度、刻蚀损伤以及刻蚀表面残留物均对SiC器件的研制和性能有致命的影响。目前, SiC材料的刻蚀多采用干法刻蚀,其中电感耦合等离子体(ICP)刻蚀广泛应用,其特点是低压高密度,具有刻蚀速率高、器件损伤小、操作简单等优点。

此外,刻蚀中的掩膜材料、掩膜蚀刻的选择、混合气体、侧壁的控制、蚀刻速率、侧壁粗糙度等都需要根据SiC材料特性开发,主要挑战包括:更小尺寸器件结构;更高深宽比、更圆滑形貌;从浅沟槽转向更深沟槽等。

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主流的SiC ICP刻蚀设备厂商包括: Plasma-Therm、Samco,Sentech、TEL、AMAT、牛津仪器、爱发科、北方华创、中国电科48所、中微半导体、中科院微电子所、珠海恒格微电子、稷以科技等。北方华创在SiC器件领域具备完整的刻蚀解决方案,其SiC器件的刻蚀机出货量200+,市占率领先。

目前,市场上比较成熟的刻蚀设备仍限于平面型SiC MOSFET刻蚀工艺,能够实现沟槽型SiC MOSFET刻蚀工艺的设备寥寥无几。面向沟槽SiC器件的复杂刻蚀需求,北方华创创新开发并推出了GDE C200设备。该设备是一台专门用于SiC等难刻蚀材料的刻蚀机,稳定可靠、工艺性能卓越、兼容性优良。它采用半导体刻蚀机的成熟技术,配置高密度等离子源和大抽速腔室,专为高结合力的难刻蚀材料设计,其刻蚀速率高、均匀性好,颗粒控制能力优异,易维护,性能稳定,具有出色的金属控制水平。整机采用全自动化晶圆传输系统,可兼容不同尺寸、不同材质的衬底材料,基于平台式多反应腔室架构,大力支持第三代半导体6寸及8寸的研发和量产应用。目前,该刻蚀机已在多条产线验证成功,积累了丰富的刻蚀经验,能提高SiC功率器件的性能,同时保证性价比。

●背面减薄与激光退火设备

对于600 ~ 1200 v的SiC器件,衬底电阻在总电阻中所占比例较高,通常需要对SiC衬底进行背面减薄处理。为了控制减薄后SiC晶片碎片风险,在芯片制备时先完成SiC器件的正面工艺,然后对衬底进行减薄处理,最后完成背面金属欧姆合金化。

目前国内外主要的减薄技术为砂轮减薄,使用该技术将SiC衬底厚度减得越薄,减薄界面的质量就越难以控制,碎片风险也越大。针对该问题,北京中电科推出了WG-1261设备,搭载了自主研发的核心零部件气浮主轴与气浮载台、超低速亚微米级运动控制技术,以及晶圆厚度分区域自动控制等多项最新研发关键技术,更好地满足SiC晶圆背面减薄需求,该设备不仅自动化程度高可节省人力成本,而且可以将Sic衬底减薄至90um而不碎片,远低于主流器件客户的180um需求,而且能够满足8英寸SiC晶圆线对晶圆片传输和加载自动化的更高要求。目前,北京中电科推出了WG-1261设备已经达到众多客户的生产要求，实现批量交付。

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欧姆接触在SiC功率器件中起着至关重要的作用,降低背面欧姆接触电阻可以有效降低功耗,提高器件性能。但是,由于在SiC表面沉积金属通常只会形成肖特基接触,要形成欧姆接触还需要高温退火工艺(约1000℃),这超过了正面金属化工艺的可承受温度,因此器件的金属化工艺流程只能从背面到正面,导致工艺效率较低。

激光退火工艺的引入提供了一种新的工艺路线。激光退火工艺是采用激光作为热源对材料进行加热的一种退火方法，相比于传统退火工艺，比如管式炉退火、快速热退火等，它具有3个明显优势：一是高温作用时间短（10-10-10-2秒),提高生产效率;二是加热仅限于表层,避免了高温对器件正面的影响,使合金表面更平整;三是激光退火制备的欧姆接触在电极表面粗糙度、界面粗糙度和合金组分均匀性等方面都有明显优势。基于这些优点，激光退火作为一种快速热处理手段,在半导体制造业得到广泛关注。

SiC激光退火设备供应商主要为应用材料、住友、Veeco、JSW等,国内相关厂商包括北方华创、华卓精科、中电科、大族激光、瑶光半导体等。其中,华卓精科2018年就立项开发用于SiC领域的激光退火设备, 2019年第一台SiC激光退火设备正式进入客户端。2023年华卓精科的设备出货较2022年增长超150%,设备产能也提高2 倍，其代表客户包括比亚迪、泰科天润等头部 SiC 器件企业。

华卓精科的设备很好地解决了激光退火在 SiC 上形成欧姆接触面临着工艺控制性差、欧姆接触电阻率高、欧姆接触电阻率不均匀等问题,在多个客户端与国外同类产品进行PK,最终获得众多头部企业的认可,获得重复订单。与国外进展对手相比,华卓精科的激光退火设备不仅性能相当,而且具备一定的优势,包括可根据客户需求进行定制化设计、生产、售后服务。

面向SiC器件背面欧姆接触工艺,华卓精科推出了UP-SCLA02激光退火设备,可灵活配置紫外或绿光波长采用优秀的模块化设计,及灵活可靠的集成方式,对比振镜方案性能显著提升,可实现4/6寸超薄晶圆、大翘曲晶圆、键合晶圆的精确定位及高效可靠传输,具备工艺腔室氧含量控制小于10ppm、视觉定位、工艺参数实时监控等功能, SiC欧姆接触比接触电阻 10-6 至 10-5Ω-cm2,非退火面温度< 120°C, 工艺腔室氧含量控制< 10ppm,而且采用平台化设计,易于拓展至其他退火工艺。既可用于实验研究与开发,也可作为工业级产品用于生产制造。

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四、SiC 功率模块封装设备

目前,高温功率芯片封装的解决方案主要有:高温合金钎料钎焊技术,瞬时液相连接技术以及低温烧结连接技术。传统硅基功率模块封装一般采用软钎焊工艺,但这种方式传统存在导电性能差、热阻大等缺点,且使用温度小于175℃,在大温变的条件下容易发生蠕变等退化现象,引发疲劳失效等可靠性问题,无法发挥SiC器件高结温和高功率的优势。

微纳金属烧结技术是新一代先进连接工艺,按照辅助压力可以为有压烧结和无压烧结,目前大多数企业采取的是有压烧结技术,有压烧结过程通常只需要3-4分钟,而无压技术需要60分钟到120分钟,而且无压技术的冷热循环测试达不到车规级别;按照焊接材料,微纳烧结技术可分铜烧结和银烧结,目前纳米铜技术没有纳米银那么稳定,其最大技术难点在于容易氧化,并且成型、加温加压等技术难点还没解决,为此目前市面上常用的微纳金属烧结材料以纳米银为主。

银烧结工艺最终的目的是实现电导率,其导通电阻、工作温度等特性与SiC芯片可以很好地实现匹配,据估算,该技术可使SiC模块使用寿命提高5-10倍,烧结层厚度较焊接层厚度薄60-70%,热传导率提升3倍。

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调研结果显示,目前国内的微纳烧结设备供应商主要包括:快克芯、Boschman、 ASMPT, AMX等。现阶段,进口设备品牌占据了国内超过80%的SiC模块封装市场份额,不过,国产设备已逐步打破技术壁垒,开始实现产线应用,未来增长速度会加快。

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江苏快克芯装备科技有限公司(简称“快克芯装备”)主要聚焦功率半导体封装成套装备及面向先进封装的高端封装设备,突破相关"卡脖子"技术,作为国内推动微纳金属烧结设备实现国产化替代的主力军之一。快克芯装备依托母公司快克智能在精密焊接和装备自动化的技术实力和经验积累开发出了半自动和全自动银烧结设备,具有多个创新技术：

一、多压头技术:快克芯装备推出了多压头设备,可支持多达288颗芯片同时烧结;

二、动态压头专利技术:由于传统单压头设备很难控制多芯片烧结压强和平面度的一致性,当芯片之间存在轻微高低不同或倾斜,动态压头专利技术可以实现稳定的一对一烧结压强控制;

三、模具分区式加热技术:均温<2℃,提升烧结稳定性;从冷机到热机升温小于0.5小时,提升设备使用便捷性,适合小批量生产和科研院所应用；

四、技术前瞻性:全系列设备支持全程氮气保护,可以兼容未来的铜烧结工艺;

五、性价比和竞争力：通常量产模块产品都要定制专用模具，定制费高昂且交付周期长达 3 个月以上，而快克芯装备自主研发生产的定制模具可以有效控制成本和交期(<1个月),大大缩短客户产品从研发到上市量产的成本与周期；

快克芯装备已经为超过30多家的客户提供打样测试,客户覆盖整车、Tier1、科研院校和功率封装企业等。快克芯装备拥有较强的银烧设备专利储备,并且通过与众多材料供应商合作,可以为客户提供多种打样或量产工艺方案,包括SiC芯片与DBC/AMB基板、Clip铜夹片与芯片、DTS到芯片的烧结。同时提供一站式的功率模块封装打样验证服务，完善的可靠性实验室可以提供推拉力测试、切片检测、超扫检测等服务。

五、等静压石墨

高端石墨是SiC制备的关键耗材,在PVT长晶炉、外延设备、离子注入和刻蚀等热场中都会用到,例如SiC长晶炉的石墨坩埚、籽晶托、保温毡,SiC外延炉的石墨基座和石墨件。

SiC 石墨部件和涂层的国际企业主要包括德国 SGL、东海碳素、西格里碳素、东洋炭素、美尔森等。本土厂商发展步伐逐渐加快，目前主要厂商包括：中钢、六方碳素、京航特碳、凯威和泰坦未来等。

凯威专注于石墨类材料的研究,为SiC长晶热场提供了创新性的石墨堆场,与多家衬底厂商建立合作关系。其石墨堆场本体内的底部设有导流筒,通过导流筒可以避免四周气流直接向上, 使得底部温度场更加均匀,升华速度更加均匀平稳,从而可以帮助SiC企业减少碳包裹物,降低粉尘数量,提高了长晶质量。同时为了降低SiC企业的生产成本,凯威的石墨环与堆场本体、堆塌盖之间均采用螺纹配合,可防止外界杂质进入堆场,保证产品质量,也防止内部SiC材料外散,避免外部保温的腐蚀。目前,凯威的石墨已经能够稳定替代西格里的6510石墨,为进一步降低成本,他们还将在湖北建立自己的工厂,自研自产石墨原材料,预计2025年试产,有望将石墨成本下降50%,同时还可以根据客户的特殊需求实现定制化生产。

SiC热场通常采用的是等静压石墨,是石墨制品中的精品,由于SiC半导体对石墨纯度要求非常高,因此核心环节的石墨依然依赖进口。石墨纯度决定了石墨深加工产品的使用性能和综合性能,因此SiC领域的石墨材料国产替代和降本亟需高性能的石墨纯化设备的助力。现阶段,石墨纯化设备国产化率已经达到90%以上,其中山西中电科的市占率达到60%左右,其多款石墨纯化设备已成功进入国内头部客户产线应用。相较于进口设备,山西中电科的优势在于同时提供纯化设备和纯化工艺,为保证自身工艺领先性,他们采用了20台设备对纯化工艺不断迭代优化，基于这些优势，山西中电科的设备纯化设备指标达到了国际领先水平，其纯化后的石墨总灰分稳定在0.5PPM内,而其他设备企业只能达到5PPM,而且硼、铝元素都小于0.01纳克。

六、石墨涂层

石墨在2200℃以上的温度下很容易受到灰尘和杂质的影响,因此SiC领域通常需要在石墨表面涂上高纯度、高致密的涂层，以降低 SiC缺陷，同时提高石墨的使用寿命。石墨保护涂层通常有SiC涂层和碳化钽(TaC)涂层，SiC涂层已经极大提高了石墨的使用寿命, TaC涂层具有更好的耐化学腐蚀性能,可在2600C高温下稳定使用,可以解决SiC晶体生长边缘缺陷和外延片的良率,而且也能够将石墨部件的使用寿命延长30-50%,为此TaC涂层的研究和应用趋热。

我国已突破石墨SiC涂层的关键核心技术,同时多家企业正在推广TaC涂层,目前主要的SiC石墨涂层供应商包括:凯威、泰坦未来、湖南德智、深圳志橙、苏州铠欣等企业。而凯威、泰坦未来、恒普技术、东洋碳素、Momentiv等企业已经制备出高质量TaC涂层，并运用在SiC领域。

恒普技术是国内较早实现TaC涂层国产化的厂商之一,已经实现了量产批量出货,品质参数对标全球最好的碳化钽企业，关键参数包括：涂层厚度典型值2 20um，密度达到 14.3gm/cm3，比辐射率为0.3，热膨胀系为 6.3×10-6/K， 硬度为 2000HK，电阻为 1×10-5 Ω/cm，热稳定性< 2500℃，石墨尺寸变化约为-10-20μm。

泰坦未来的SiC涂层、TaC涂层可满足SiC长晶、外延、热处理等环节生产需求,其中SiC涂层耐温达到1600℃, TaC涂层耐超高温(2500℃以上),并具备高致密性、高纯度。针对SiC外延设备正在朝单腔多片或多腔单片的技术趋势,泰坦未来正在开发更具性价比的碳化钽涂层,其成本仅为行业价格的1/5,有望帮助长晶及外延厂商降低30-40%耗材成本,目前已经为客户小批量供货。为加速实现国产碳化钽技术的大规模量产,泰坦未来的工厂已于 2023年落成，产品线正在逐渐完善，即将实现批量出货。

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凯威已经为SiC和GaN外延客户提供石墨SiC涂层产品,优异的产品稳定性得到了大部分客户的认可,相关测试已于2022年通过测试, 2023年开始小批量量产。此外,凯威通过提前已经引进韩国进口碳化钽设备进行产品的研发,目前也已开始为客户提供碳化钽涂层,并与头部长晶炉设备达成战略合作,联合开发针对SiC长晶环节的 TaC 涂层工艺和产品。

现阶段,石墨SiC涂层企业通常自主开发设备,第三方设备厂商通过不具备涂层制备工艺,这一定程度上导致涂层产品的价格居高不下,为此,山西中电科正在为涂层用户提供高质量的石墨涂层设备,并提供专业的工艺技术,以促进行业的快速发展。目前他们已经服务了多家涂层、衬底、外延等企业,相关涂层设备预计2024年将实现大批量出货。

七、SiC 材料缺陷检测设备

SiC晶体在生长过程中,容易形成晶格缺陷,主要缺陷包括螺纹位错(TSD)、螺纹边缘位错(TED)、基底面位错(BPD)、微管(MP)。而且在切磨抛等衬底加工过程中也会产生亚表面晶格缺陷,这些缺陷会对SiC外延和器件制造产生不利影响,因此,缺陷检测对于高质量SiC器件大规模生产也是极其必要的。缺陷检测贯穿于SiC产业链各个环节,包括衬底厂商质检,外延端的来料检和外延片质检,以及器件端的来料检。

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在此之前, Lasertec公司的Sica88和KLA公司的Candela8520等设备长期垄断国内缺陷检测设备市场。而国内SiC产业爆发的契机吸引了众多的缺陷检测设备厂商入场,2023年声量较大的国产检测设备厂商包括:中电科风华、凌云光、中科慧远、优瑞谱、创锐光谱、昂坤视觉、嘉德利达、蔚华科技、格灵精睿、瑞霏光电、清软微视等。

其中,中电科风华针对SiC衬底和外延推出了多款缺陷检测设备,包括Mars 4410、 Mars 4410lite、 Mars 4420、Mars 4400,可以检测SiC晶片在生产制造过程中产生的表面缺陷和内部晶格缺陷,支持明场、暗场和光致发光多通道同时检测,可实现光学无损和腐蚀片检测,可以完全替代Sica88,Candela8520等进口设备。基于强大研发团队和丰富的检测设备研发经验,其设备稳定性好,更适应国内SiC行业的规模化生产需求,截止到目前,中电科风华的检测设备已经在多家主流厂商上线使用,并为几十家客户打样送片,积累了丰富的测试验证数据。近期,该公司技术团队在Mars4410基础上升级开发了Mars 4420,检测速度提升50%,检测灵敏度小于100纳米,已达到了国外同等检测设备水平,检测速度也与日本Lasertec的Sica88HIT同一水平。

此外,中电科风华的检测设备还有几个特点：首先,他们是国内唯一可实现明场、暗场、光致发光等多个检测通道单次同时检测,并可以做到和良率相关联;其次,设备能够将晶圆缺陷提取筛选,与后续芯片端客户进行工艺良率相关联,为客户改善良率提供帮助;在缺陷识别能力方面,中电科风华还采用了目前最前沿的图形运算芯片,并加入机器视觉算法,从而大大提升缺陷识别能力,而且做到了检测分析并行处理。

作为视觉人工智能与光电信息领域的全球领导者,凌云光凭借自身从光、机、电、算、软到相机全链条自研技术优势,面向SiC行业推出了多种缺陷检测解决方案,并实现了对不同环节SiC材料开发出不同的明场、暗场设计和不同的光学系统,以更好地匹配客户的实际测试需求,其测试精度可以达到几十至100纳米以内,相较于其他检测设备精度大幅提升。而且基于凌云光 Al技术和大数据的优势，SiC 检测系统的算法准确率和检测效率也相较实现大幅提升,以SiC外延层晶胞形貌、尺寸自动量测系统为例,凌云光运用自研精密运动控制平台,配合高倍率显微成像系统,实现晶胞形态精确、稳定、快速成像,整个异常反馈周期从三天缩短到2小时,单机台可替代专业工人3名以上,大大加快了客户的生产速度,并且降低人力成本投入。目前,凌云光的SiC检测设备已经实现对国内一线SiC企业取得较大的Demo验证进展,检测技术能力完全可以匹配客户需求,为了应对市场需求的大幅增长,他们即将进驻苏州吴中产业园,大幅提升设备产能,预计每月检测设备产能可以达到500-600台套。

八、SiC 产线超高纯水工程技术

超纯水是SiC半导体行业的工艺用水,从衬底到外延、晶圆等相关环节的产线需要大量使用超纯水,主要用于晶片清洗、蚀刻或抛光等湿法清洗。据行家说Research调研,超纯水工程通常占到新建SiC产线总成本的8%左右,以SiC衬底产线为例,其晶片清洗工序通常需要使用纯水、超纯水,通常每生产1片SiC衬底的用水量大约为 2.5-4m3/h。

超纯水工程领域,主要的代表厂商包括:沃威沃、野村、栗田工业、奥加诺、唐古科技、江川、高频等国内外企业,其中唐古科技依托公司大批优秀水系统专家在SiC行业、显示等半导体行业十多年的超纯水工程经验和技术积累，已经服务了众多华东和华南地区的衬底和外延客户，并获得客户高度认可。

对于SiC半导体产业而言,超纯水的纯度是确保高效生产的基石之一,影响产品良率的杂质浓度包括:有机物(TOC)、颗粒物、细菌、金属和阴离子,尤其超纯水中的硼含量会影响SiC衬底和晶圆的导电性和可靠性,超纯水工艺的先进性和稳定性直接影响产品的质量和生产效率,更是下游客户选择合作方的关键指标。

现阶段, SiC行业主要采用两类超纯水工艺,包括全膜法和2b3t工艺,前者优势包括节省空间、安全性高、维护成本较低、较方便等,但相较于2b3t工艺,其劣势是水回收率较低。为了解决这个问题,唐古科技在全膜法工艺创新性地增加"浓水回用"系统,帮助客户节约用水成本。此外,唐古科技还可以快速响应客户需求,大幅缩短超纯水工程交期,在某个项目中仅用3个月时间实现工程的高品质出水,相较之前国际厂商的交期至少长达1一年。与此同时，,唐古科技凭借自身丰富的超纯水工程经验，不仅能为半导体工厂量身定制一体化运维服务体系，为客户降低运维成本,同时通过严选管材等国产化供应商,在保障超纯水工程质量的前提下,进一步降低客户产线的建设成本。