長晶條件苛刻:一般而言,碳化硅晶圓需要在2000℃以上高溫(硅晶僅需在1500℃),以及350MPa以上才能達成。
·長晶緩慢:依據目前硅晶業的生產情況,一般而言,生產8吋的硅棒晶,約需2天半的時間來拉晶,6吋的晶棒則約需一天。而碳化硅,光長晶的時間就約需7至10天。
·后加工困難:晶棒冷卻后需再進行切片、磨拋、清洗等后續工作。有金剛砂之稱的碳化硅自然也不是蓋的,高至9.5的莫氏硬度讓碳化硅晶圓的后加工變得非常困難。
條件艱難如它,而Z讓人糟心的是:如果長晶過程中有一點點的溫度和壓力的失誤,那之前幾天的心血可能都會化為烏有......而SiC長晶的巨大困難點除了在石墨坩堝的黑盒子中無法即時觀察晶體生長狀況外,也因SiC具有200多種生成能皆很相近的晶態,要在如此嚴苛的條件下生長出大尺寸、無缺陷、全區皆為同一晶態4H(目前元件基板主流),則需要非常精確的熱場控制、材料匹配及經驗累積。
目前已在使用的長晶技術則包含高溫化學氣象沉積法(HTCVD),與高溫升華法(HTCVT)兩種。以目前良率Z高的HTCVD法為例,它是以攝氏1500至2500度的高溫下,導入高純度的硅烷(SiH4)、乙烷或丙烷,或氫氣等氣體,在生長腔內進行反應,先在高溫區形成碳化硅前驅物,再經由氣體帶動進入低溫區的籽晶端前沉積形成單晶。然而,HTCVD技術必須精準的控制各區的溫度、各種氣體的流量、以及生長腔內的壓力,才有辦法得到品質精純的晶體。因此在產量與品質上仍是待突破的瓶頸。
由于碳化硅晶圓的生產具有一定的技術難度,能提供穩定的產量,能量產碳化硅晶圓的企業寥寥無幾,在全球市場中,單晶襯底企業主要有Cree、DowCorning、SiCrystal、II-VI、新日鐵住金、Norstel等,外延片企業主要有DowCorning、II-VI、Norstel、Cree、羅姆、三菱電機、Infineon等,而在碳化硅器件方面全球大部分市場份額被Infineon、Cree、羅姆、意法半導體等少數企業瓜分。