半導體外延是指在矽或碳化矽 (SiC) 基板上生長單晶薄膜的製程。磊晶層與基板具有相同的晶體取向，可以使用相同的材料 (同系外延) 或不同的材料 (異系外延) 生長。對於高頻和高功率裝置，磊晶生長有助於優化裝置效能：高阻率磊晶層可提供高擊穿電壓，而低阻率基板則可降低串聯電阻，從而降低飽和電壓。磊晶層可摻雜為 P 型或 N 型，形成允許單向電流的 PN 結，從而實現整流。SiC 磊晶被廣泛應用於電力電子、射頻 (RF) 裝置和光電應用。.
1.SiC 產業鏈與價值分佈
SiC 元件產業鏈包含三個主要環節：基板、磊晶和元件製造 (設計、製造和封裝)。基板和外延階段約佔價值鏈的 70%，而下游元件加工僅佔 30%。這與傳統矽晶圓元件形成對比，後晶圓製程佔了大部分的生產成本。上游的高價值集中突顯了基板和磊晶技術的策略重要性。.
基板部分 涉及晶體成長、晶圓切片、研磨和拋光。晶體成長可透過物理氣相輸送 (PVT)、高溫化學氣相沉積 (HTCVD) 或液相外延 (LPE) 來實現。晶圓切片使用線鋸、鑽石線、雷射或冷分離方法，而化學機械研磨 (CMP) 則可確保平坦、無瑕疵的表面適合外延生長。.
2.SiC 基板生產製程
- 晶體生長：
- PVT： SiC 晶體生長的主流方法。設備相對簡單，操作成本低，製程控制簡單直接。.
- HTCVD： 可生產高純度的晶體，但成長速度較慢、產量較低、成本較高。.
- LPE： 可生產高品質、低缺陷的晶體，但生長速度和尺寸有限。.
- 晶圓切片：
- 線鋸： 高產量、低成本的標準方法。.
- 鑽石線與雷射切片： 提供更高的效率、減少材料損耗，並具有環保效益。.
- 冷分離： 使用內部材料應力分離晶圓，損失最小。.
- 研磨和拋光：
- CMP： 這是實現高平坦度、無瑕疵晶圓表面的主要方法，對於高品質的磊晶非常重要。.
3.磊晶製程與設備
外延生長是碳化矽元件製造的關鍵步驟。與傳統的矽元件不同，SiC元件無法直接在基板上加工。在元件製造之前，必須先在基板上生長高品質的單晶磊晶層。.
- 外延類型：
- Homoepitaxy： 在導電碳化矽基板上生長碳化矽，用於低功率裝置、射頻和光電應用。.
- Heteroepitaxy： 在半絕緣的 SiC 基板上生長 GaN，用於高功率裝置。.
- 磊晶設備：
- CVD（化學氣相沉積）： 氣態前導體在加熱的 SiC 基板上反應，沉積外延層。.
- MOCVD (Metal-Organic CVD)： 使用金屬有機前驅體，可在較低溫度下進行沉積，並為複雜結構提供超薄層。.
- LPE： 將源材料溶解在熔融金屬溶劑中，並在冷卻後沉積到基板上。.
- MBE（分子束磊晶）： 在超高真空下沉積原子層，可精確控制薄膜厚度與成分。.
- 外延後晶圓切割：
- 機械切割 和 雷射切割 很常見。.
- 雷射切割 將高能量脈衝集中在小區域，使材料昇華或改質，減少切口損耗和裂縫形成。.
4.市場與技術趨勢
SiC 磊晶和基板生產仍然是全球半導體產業中的技術密集型產業。未來趨勢包括：
- 將基板尺寸從 6 吋增加到 8 吋或更大，以降低單位成本。.
- 增強外延設備的高精度、低缺陷密度和原子層控制，以滿足高功率和高頻率的要求。.
- 推動切割技術朝向非接觸、低損失雷射和冷分離的方法發展。.
- 推動國內及全球設備自主化，特別是在磊晶爐及高精密切割系統方面。.
5.總結
SiC 磊晶設備 是製造高功率、RF 和光電元件的必要條件。基板、磊晶層和切割設備的品質直接影響裝置效能和產業競爭力。隨著大功率裝置的需求日益增加，磊晶技術的持續進步和本地化將在半導體價值鏈中扮演越來越重要的角色。.