而目前，碳化硅器件的成本很高。碳化硅襯底不止貴，生產(chǎn)工藝還復(fù)雜；與硅相比，碳化硅很難處理。

有數(shù)據(jù)顯示，襯底成本大約占晶片加工總成本的50%，外延片占25%，器件晶圓制造環(huán)節(jié)20%，封裝測試環(huán)節(jié)5%。我們分別來看：

1、襯底

與傳統(tǒng)的單晶硅使用提拉法制備不同，目前規(guī)?；L碳化硅單晶主要采用物理氣相輸運(yùn)法(PVT)或籽晶的升華法。這也就帶來了碳化硅晶體制備的兩個(gè)難點(diǎn)：

①生長條件苛刻，需要在高溫下進(jìn)行。一般而言，碳化硅氣相生長溫度在2300℃以上，壓力350MPa，而硅僅需 1600℃左右。高溫對(duì)設(shè)備和工藝控制帶來了極高的要求，生產(chǎn)過程幾乎是黑箱操作難以觀測。如果溫度和壓力控制稍有失誤，則會(huì)導(dǎo)致生長數(shù)天的產(chǎn)品失敗。

②生長速度慢。PVT法生長碳化硅的速度緩慢，7天才能生長2cm左右。而硅棒拉晶2-3天即可拉出約2m長的8英寸硅棒。

（碳化硅生長爐的技術(shù)指標(biāo)和工藝過程中的籽晶制備、生長壓力控制、溫度場分布控制等因素，決定了單晶質(zhì)量和主要成本）

另一方面，碳化硅存在200多種晶體結(jié)構(gòu)類型，其中六方結(jié)構(gòu)的4H-碳化硅等少數(shù)幾種晶體結(jié)構(gòu)的單晶型碳化硅才是所需的半導(dǎo)體材料，在晶體生長過程中需要精確控制硅碳比、生長溫度梯度、晶體生長速率以及氣流氣壓等參數(shù)，否則容易產(chǎn)生多晶型夾雜，導(dǎo)致產(chǎn)出的晶體不合格。

PVT法生長的碳化硅k單晶一般是短圓柱狀，柱狀高度(或長度)在20 mm以內(nèi)，需要通過機(jī)械加工整形、切片、研磨、拋光等化學(xué)機(jī)械拋光和清洗等工藝，才能成為器件制造前的襯底材料。這一機(jī)械、化學(xué)的制造過程普遍存在著加工困難、制造效率低、制造成本高等問題。碳化硅單晶加工關(guān)注點(diǎn)是晶片不僅具備良好的幾何形貌，如總厚度變化、翹曲度、變形，而且具備較高的晶片表面質(zhì)量(微粗糙度、劃傷等)。此外，還要考慮單晶加工的效率和成本問題，這也就給碳化硅襯底制備提出很大的挑戰(zhàn)。

單晶的生長缺陷，主要是碳化硅晶片大面積應(yīng)用中的螺旋位錯(cuò)(稱為微管)。目前先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)是直徑100 mm以上的碳化硅，其微管缺陷密度小于1每平方厘米。150 mm的碳化硅材料制備技術(shù)，2014年國內(nèi)已經(jīng)取得了突破。但規(guī)?；a(chǎn)制造碳化硅晶片，達(dá)到低微管密度或零缺陷質(zhì)量還存在一些技術(shù)工藝問題。

2、外延

碳化硅器件制造必須要經(jīng)過外延步驟，外延質(zhì)量對(duì)器件性能影響很大。碳化硅基器件與傳統(tǒng)的硅器件不同，碳化硅襯底的質(zhì)量和表面特性不能滿足直接制造器件的要求，因此在制造大功率和高壓高頻器件時(shí)，不能直接在碳化硅襯底上制作器件，而必須在單晶襯底上額外沉積一層高質(zhì)量的外延材料，并在外延層上制造各類器件，目前效率也比較低。另外碳化硅的氣相同質(zhì)外延一般要在 1500℃以上的高溫下進(jìn)行。由于有升華的問題，溫度不能太高，一般不能超過 1800℃，因而生長速率較低。

3、晶圓制造

碳化硅是世界上硬度排名第三的物質(zhì)，不僅具有高硬度的特點(diǎn)，高脆性、低斷裂韌性也使得其磨削加工過程中易引起材料的脆性斷裂從而在材料表面留下表面破碎層，且產(chǎn)生較為嚴(yán)重的表面與亞表層損傷，影響加工精度。

所以在研磨、鋸切和拋光階段，挑戰(zhàn)也非常大，其加工難主要體現(xiàn)在：

①硬度大，莫氏硬度分布在 9.2～9.6；

②化學(xué)穩(wěn)定性高，幾乎不與任何強(qiáng)酸或強(qiáng)堿發(fā)生反應(yīng)；

③加工設(shè)備尚不成熟。

總之，碳化硅襯底的劃切非常棘手，并且晶圓尺寸越大越棘手。

好消息是，卓精藝研發(fā)生產(chǎn)的磁流變拋光機(jī)，可對(duì)大尺寸碳化硅晶圓實(shí)現(xiàn)超光滑、超精密拋光，加工精度：納米精度加工，RMS 1/100λ(λ=632.8nm)；表面粗糙度：優(yōu)于0.5nm RMS。

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