一、碳化硅 SiC 為第三代半導(dǎo)體材料

1.1、半導(dǎo)體材料市場廣闊

半導(dǎo)體行業(yè)市場規(guī)模較大，產(chǎn)業(yè)鏈較長，技術(shù)門檻較高且應(yīng)用廣泛，是現(xiàn)代電子信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。

全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)規(guī)模呈現(xiàn)不斷上升趨勢，半導(dǎo)體材料是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上游的主要組成部分。近年來全球?qū)w產(chǎn)業(yè)規(guī)模呈現(xiàn)不斷上升趨勢，2014 至 2020年全球半導(dǎo)體銷售額年復(fù)合增長率為 4.6%。中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)同樣呈現(xiàn)規(guī)模持續(xù)擴大，在政策大力支持與下游應(yīng)用快速繁榮等因素的推動下，2014 至 2020 年中國半導(dǎo)體銷售 額年復(fù)合增長率達(dá) 8.7%，占全球半導(dǎo)體銷售額比例由 2014 年的 27%上升至 2020 年的 34%，是當(dāng)前全球最大的半導(dǎo)體消費市場。半導(dǎo)體材料在集成電路和分立器件等半導(dǎo)產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中起關(guān)鍵作用。常見的半導(dǎo)體 制造材料包括硅（Si）、鍺（Ge）等元素半導(dǎo)體及砷化鎵（GaAs）、碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）等化合物半導(dǎo)體材料，其中以碳化硅、氮化鎵等化合物為材料的半導(dǎo)屬于第三代化合物半導(dǎo)體材料。

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1.2、第三代半導(dǎo)體制造材料碳化硅性能優(yōu)勢突出

目前全球95%以上的半導(dǎo)體元件，都是以第一代半導(dǎo)體材料硅作為基礎(chǔ)功能材料，不過隨著電動車、5G等新應(yīng)用興起，硅基半導(dǎo)體受限硅材料的物理性質(zhì)，在性能上有不易突破的瓶頸，因此以氮化鎵（GaN）、碳化硅（SiC）為代表的第三代半導(dǎo)體材料開始受到重視。

在第三代半導(dǎo)體材料中，SiC具有禁帶寬度大、擊穿電場高、飽和電子漂移速度高、熱導(dǎo)率大等特點，可應(yīng)用于1200伏特以上的高壓環(huán)境，因此在嚴(yán)苛環(huán)境中有著明顯優(yōu)勢。

同時，SiC晶體因其與外延層材料GaN具有高匹配的晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)及良好的熱導(dǎo)率，是GaN基器件的理想襯底材料，如LED和LD（半導(dǎo)體機關(guān)器，laser diode）。因此，SiC晶體材料已經(jīng)成為半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的襯底材料。

其中，SiC襯底加工技術(shù)是器件制作的重要基礎(chǔ)，其表面加工的質(zhì)量和精度的優(yōu)劣，直接影響外延薄膜的質(zhì)量及其器件的性能，因此在其應(yīng)用中均要求晶片表面超光滑、無缺陷、無損傷，表面粗糙度值達(dá)納米級以下。

然而，由于SiC晶體具有高硬、高脆、耐磨性好、化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定的特點，這使得SiC晶片的加工變得非常困難。

SiC單晶片的超精密加工工藝，按照其加工順序，主要經(jīng)歷以下幾個過程：定向切割、研磨（粗研磨、精研磨）、拋光（機械拋光）和超精密拋光（化學(xué)機械拋光）。

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01 切割

切割是將SiC晶棒沿著一定的方向切割成晶體薄片的過程。將SiC晶棒切割成翹曲度小、厚度均勻、低切損的晶片，對于后續(xù)的研磨和拋光至關(guān)重要。與傳統(tǒng)的內(nèi)圓、外圓切割相比，多線切割具有大切削速度、高加工精度、高效率和較長的壽命等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于晶片的高效切割。

多線切割工藝原理：多線切割工藝就是將晶錠按照一定的晶向，將晶錠切割成表面平整、厚度均勻一的切割片，以便于后面的研磨加工。

其基本原理是優(yōu)質(zhì)鋼線在晶錠表面高速來回運動，附著在鋼絲上的切割液中的金剛石顆粒對晶錠產(chǎn)生劇烈摩擦，使得材料碎裂并從母體表面脫落，達(dá)到切割的效果。

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