據日經報道，日本名古(gu)屋大學的(de)宇治原徹教授(shou)等人(ren)開發出(chu)了(le)利用(yong)人(ren)工智(zhi)慧(hui)（AI）高精度制(zhi)造新一代半導(dao)體使用(yong)的(de)碳化硅（SiC）結(jie)晶的(de)方(fang)法。這種方(fang)法能將結(jie)晶缺陷數量(liang)(liang)降至原來百分之(zhi)一，提高了(le)半導(dao)體生(sheng)產的(de)成品率。2021年(nian)6月成立的(de)初創企業計劃2022年(nian)銷售(shou)樣(yang)品，2025年(nian)實現量(liang)(liang)產。
SiC與現在的(de)主流半(ban)導(dao)體基板硅基板相比，節能性(xing)能更高(gao)。功率半(ban)導(dao)體是為實現脫碳社會有(you)望普及的(de)純(chun)電動(dong)汽車(che)（EV）及電力控制等不可(ke)或缺的(de)元(yuan)器件，SiC是功率半(ban)導(dao)體最(zui)合(he)適(shi)的(de)材料。
不過與硅相比，難以制(zhi)造原(yuan)子(zi)整齊排列的(de)高品質結晶(jing)(jing)。制(zhi)造結晶(jing)(jing)時，有很(hen)多需要調(diao)整的(de)地(di)方。比如：溫度、作(zuo)為材料的(de)溶液的(de)濃度以及機械的(de)結構等。難以找到良好的(de)條件，確立將結晶(jing)(jing)尺寸增大到30厘米的(de)技術用了幾十年。
研究團隊利用AI優化了(le)多個項(xiang)目。宇治原(yuan)教授表示「讓AI學習模(mo)擬（模(mo)擬實(shi)驗）結果，導出了(le)最佳(jia)條件」。經(jing)過4年(nian)的開發，可(ke)以制(zhi)造能產業利用的約15厘米的尺寸了(le)。
試制的(de)SiC結(jie)(jie)(jie)晶(jing)(jing)比現(xian)有結(jie)(jie)(jie)晶(jing)(jing)的(de)缺陷數量大(da)幅減少。宇(yu)治(zhi)原(yuan)教授(shou)表示(shi)「有缺陷的(de)話，半導體(ti)的(de)性能(neng)就不穩(wen)定，成(cheng)品(pin)率差(cha)」。宇(yu)治(zhi)原(yuan)教授(shou)成(cheng)立了生(sheng)產銷售SiC結(jie)(jie)(jie)晶(jing)(jing)的(de)名古屋大(da)學創(chuang)(chuang)辦(ban)的(de)初創(chuang)(chuang)企(qi)業「UJ-Crystal」，計(ji)劃實(shi)現(xian)量產。
采用(yong)(yong)SiC基板的半導體已在美國特斯拉部分主打純電(dian)動汽車(che)(che)「Model 3」中負責馬達(da)控制等的逆變器上采用(yong)(yong)。豐田(tian)也在2020年底推出的燃料電(dian)池車(che)(che)「MIRAI」的新款車(che)(che)上采用(yong)(yong)了(le)電(dian)裝生產(chan)的SiC。
初次以外，日本還在SiC的(de)其(qi)他方面(mian)取(qu)得突破
日本產業研究所：速度快12倍的拋光技術
在(zai)你今年(nian)八月，日本產業研究所(suo)表示，他(ta)們團隊可(ke)以(yi)實(shi)現SiC晶圓的(de)(de)(de)高速整平開發封裝技術(shu)。特別是在(zai)低速的(de)(de)(de)鏡面加工中(zhong)，獲得(de)了比以(yi)前快12倍的(de)(de)(de)拋(pao)光速度。按照(zhao)他(ta)們所(suo)說，其建立了一種新(xin)的(de)(de)(de)批量式加工技術(shu)，可(ke)與(yu)片式加工方法(fa)的(de)(de)(de)鏡面磨削工藝(yi)相媲美(mei)。
報道指出，碳化(hua)硅晶圓極難加(jia)工(gong)。因(yin)為它是(shi)(shi)一種(zhong)硬而(er)脆的(de)材料。迄(qi)今為止，碳化(hua)硅鬼片的(de)平整化(hua)都是(shi)(shi)通過研磨(mo)或拋(pao)光(guang)來(lai)進行的(de)。前(qian)者為單(dan)晶圓型，量(liang)產(chan)(chan)效(xiao)率較差(cha)。后者是(shi)(shi)批處理類型，可(ke)以一次處理多張晶圓，但(dan)由于加(jia)工(gong)速度比硅片量(liang)產(chan)(chan)加(jia)工(gong)要(yao)慢，所以需(xu)要(yao)單(dan)位(wei)時間加(jia)工(gong)片數的(de)6倍(bei)以上。SiC晶圓的(de)直徑從6英寸增加(jia)到8英寸。未(wei)來(lai)，隨著市場(chang)規(gui)模(mo)的(de)擴大(da)，量(liang)產(chan)(chan)規(gui)模(mo)的(de)擴大(da)，需(xu)要(yao)能夠更(geng)高效(xiao)地生(sheng)產(chan)(chan)碳化(hua)硅晶圓的(de)加(jia)工(gong)技術(shu)。
用(yong)于壓平晶圓、包裹或以(yi)拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)為(wei)代表(biao)的拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)技(ji)(ji)術(shu)(shu)被稱(cheng)為(wei)適(shi)合批量生產的批量加(jia)工(gong)技(ji)(ji)術(shu)(shu)。用(yong)于拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)高硬度(du)(du)碳化硅由(you)于即使使用(yong)金(jin)剛石(shi)(shi)漿液(ye)（以(yi)下簡稱(cheng)“漿液(ye)”）拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)速(su)度(du)(du)也不會增加(jia)，因(yin)此需要依靠(kao)單硅片(pian)加(jia)工(gong)直到鏡(jing)面(mian)加(jia)工(gong)（表(biao)面(mian)粗(cu)糙度(du)(du)Ra=1nm）。在拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)過程中(zhong)(zhong)，根據普雷斯頓的經驗法則(ze)，可以(yi)通過增加(jia)拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)平臺(tai)的旋轉(zhuan)速(su)度(du)(du)和(he)加(jia)工(gong)壓力來(lai)提(ti)高拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)速(su)度(du)(du)。但存(cun)在的問題(ti)是，研磨液(ye)被平臺(tai)的離心力切(qie)割，摩(mo)擦熱(re)難(nan)以(yi)繼續(xu)拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)，無(wu)法提(ti)高拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)速(su)度(du)(du)。因(yin)此，我們試圖通過生產一種固定磨粒平臺(tai)來(lai)解決這些問題(ti)，其中(zhong)(zhong)將金(jin)剛石(shi)(shi)磨石(shi)(shi)成型為(wei)平臺(tai)，并(bing)將其與(yu)高速(su)拋(pao)(pao)(pao)光(guang)(guang)(guang)設備相(xiang)結合。
圖2是碳化硅晶圓在(zai)各種(zhong)拋光條件下的(de)拋光速度對比圖。
在(zai)超過200rpm的(de)平(ping)臺(tai)旋轉速(su)度(du)(du)下，使用(yong)金(jin)屬平(ping)臺(tai)和漿(jiang)料(liao)的(de)加(jia)(jia)工(gong)變(bian)得困難。另一方面(mian)，當使用(yong)固定磨(mo)粒平(ping)臺(tai)時(shi)，確認即使在(zai)700rpm下平(ping)臺(tai)旋轉速(su)度(du)(du)和拋光速(su)度(du)(du)也是成(cheng)比(bi)例的(de)。這比(bi)使用(yong)漿(jiang)料(liao)的(de)典型加(jia)(jia)工(gong)條件（例如負(fu)載 200 g / cm 2，轉速(su)：50 rpm）快約 12 倍，達(da)到與傳(chuan)統磨(mo)削相當的(de)速(su)度(du)(du)。
此外，高(gao)速拋光的(de)(de) SiC 晶(jing)圓的(de)(de) Ra 約為(wei) 0.5 nm，實現了(le)與(yu)傳統鏡面研磨工藝相同(tong)的(de)(de)表面質(zhi)量。(圖 3) 從這些結果可(ke)以看出(chu)固定(ding)磨粒平臺(tai)和高(gao)速拋光裝置組合的(de)(de)優越(yue)性。
此外，與使用(yong)漿(jiang)料的(de)拋光不(bu)同(tong)(tong)，由于(yu)僅使用(yong)水作為處理液，因此環(huan)境負荷小(xiao)，并且(qie)通(tong)過控制供(gong)給的(de)水量能夠(gou)在充分(fen)冷卻平臺(tai)的(de)同(tong)(tong)時確保拋光效(xiao)率(lv)的(de)優點也得到了證(zheng)明。
使用(yong)平臺(tai)的(de)拋光(guang)主要(yao)通過(guo)平臺(tai)的(de)處理(li)壓力和(he)轉數(shu)來控制處理(li)速度，因(yin)此可(ke)以(yi)同(tong)(tong)時處理(li)多個晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)(yuan)的(de)批處理(li)類型。圖4表示同(tong)(tong)時加(jia)工多個SiC晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)(yuan)時的(de)平臺(tai)轉速與(yu)研磨速度的(de)關系。確認了(le)即使晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)(yuan)數(shu)量增加(jia)和(he)處理(li)面積增加(jia)也可(ke)以(yi)保持拋光(guang)效率。通過(guo)增加(jia)每批處理(li)的(de)晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)(yuan)數(shu)量可(ke)以(yi)顯著縮短每個晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)(yuan)的(de)處理(li)時間。此外，通過(guo)使用(yong)抑制磨損的(de)高硬度磨石(shi)，與(yu)磨削相比，可(ke)以(yi)降低磨石(shi)的(de)磨損成本，因(yin)此在大直徑(jing)SiC晶(jing)(jing)圓(yuan)(yuan)(yuan)的(de)量產過(guo)程中(zhong)，可(ke)以(yi)同(tong)(tong)時實現高速和(he)低成本。
該團隊(dui)表示(shi)，擬將本次研發的(de)拋光技術引入先進電力電子(zi)研究中(zhong)心(xin)的(de)6英寸兼容(rong)SiC晶圓(yuan)集成加(jia)工工藝，并(bing)應(ying)用于同一研究中(zhong)心(xin)的(de)功(gong)率器件(jian)開發，促進技術示(shi)范.
資訊來源(yuan)：半導(dao)體行業觀察
