美尔森：助力半导体制造行业的发展

美尔森了解在半导体行业中材料稳定性和耐久性的作用，并致力于成为半导体制造行业的专业合作伙伴。

• 提供统一规格的产品，助力半导体制造的稳定性
• 通过石墨 CALCARB EDGE解决方案实现能源节约
• 美尔森集团在世界各地共设有18个研发中心*

*数据来自《2023 URD Universal Registration Document》

外延是一种复杂的制造工艺，它需要在衬底上准确地加上晶体层来制作半导体器件。这种工艺对构建分层结构很重要，需要使每层晶体都能与下面的衬底匹配。该工艺要求控制温度，以及选择合适的硅基化合物。

• 严格的温度控制：外延工艺需严格控温。美尔森石墨方案以其专业的热稳定性帮助外延工艺实现全程恒温，保护晶体层及器件性能。
• 使用硅基化合物：外延生长常用硅基化合物，如硅（Si）、硅锗（SiGe）和硅磷（SiP）。制造半导体时通过硅基化合物来实现电子特性，进而影响器件性能，因此材料选择是制造中的重要一环。

半导体制造是个复杂的过程，包括多个阶段，每个阶段对产品性能都很重要。

1- 多晶硅制造

这个过程从多晶硅制造开始，主要采用两种方法：西门子法与流化床（FBR）法。在西门子法中，美尔森的超纯石墨电极应用于反应器腔室，硅棒经加热并暴露于气态三氯硅烷（TCS），进而沉积出纯硅。另一方面，流化床（FBR）法则是硅微粒在加热反应器中与硅烷反应，以珠状形式生成纯硅。

2- 硅晶体生长

硅晶体生长阶段主要采用直拉法（CZ）等方法。在这个过程中美尔森的解决方案（如等静压石墨坩埚与石墨毡绝缘）发挥着重要作用。美尔森的材料可形成适合晶体生长所需的受控环境，为下一步的半导体制造奠定基础。

3- 晶圆上的沉积或外延

在晶圆上进行沉积或外延是将硅层准确沉积以形成半导体基础的过程。这一阶段对纯度和精度的要求很高，美尔森在化学气相沉积（CVD）碳化硅和碳化硅（SiC）等材料方面的专业知识能够为这一过程提供支持。

4- 光刻：硅片构图

光刻是半导体制造的重要环节，主要负责把复杂的电路图案“复印”到硅片上。这个过程中需要先在晶圆上涂一层对光敏感的材料——光刻胶。然后，用有电路图案的板子（光罩）遮住晶圆，再用紫外线进行照射。根据光刻胶的不同性质（正性或负性），照过的地方出现不同的化学变化。正性的光刻胶会变软，负性的则会变硬。之后，再用显影液把不需要的光刻胶洗掉，这样电路图案就从光罩上“印”到了晶圆上。

5- 精密蚀刻形成电路

采用精密蚀刻在硅片上形成电路。此过程需要去掉多余材料，因此对材料的耐温性和耐腐蚀性的要求较高。

6- 离子注入实现局部改性

在这个阶段，特定元素离子在电场加速下定向注入硅衬底。此过程可控制注入离子的深度和浓度。离子注入是为了在硅片中引入掺杂剂，从而改变其电导率。

7- 退火技术激活元素

退火是半导体制造中离子注入后的重要步骤，该技术涉及将硅片加热至高温后缓慢冷却。退火的主要目的是在激活离子注入的过程中引入掺杂剂。加热晶圆使掺杂原子移至硅晶格替代位置，从而获得电活性。退火技术还能修复离子注入对硅晶体结构造成的损伤。

8- 晶圆切割与封装

晶圆被切割成独立的芯片并进行封装。这一阶段标志着半导体制造过程的完成。在这一过程中美尔森结合材料和技术方面的专业知识，为客户提供质量良好的半导体成品。

半导体制造行业需要改进硅片制造技术以满足其不断增长的需求。技术的发展带来了多种提升半导体晶圆质量、效率和性能的方法。

提升硅片制造质量与效率

提升硅片制造质量和效率涉及到各个环节。由于杂质会影响半导体的性能，因此使用高纯度材料十分重要。此外还需要改进制造工艺，控温避免污染，以及采用专业的硅晶体生长与晶圆切片技术。

石墨高温纯化技术

石墨纯化技术是将石墨加热至高温以除去杂质，增强石墨性能。在半导体制造的多个阶段，比如用于硅晶体生长的坩埚及高温炉组件的制造过程中，石墨纯度会直接影响后续制造的半导体晶圆的质量。

用碳化硅（SiC）与碳化钽（TaC）涂层保护石墨

在半导体制造过程中需要保护石墨部件。因为石墨在高温下容易氧化，因此需要涂覆碳化硅（SiC）与碳化钽（TaC）以增强耐久性和对恶劣环境的耐受性，避免侵蚀和污染，从而延长石墨部件的使用寿命，维持半导体制造所需的纯度。

外延技术提升硅晶体性能

外延是在晶圆上生长晶体层的过程，对硅晶体性能有直接影响。通过严格控制这些晶体层的沉积，可以定制半导体的电学性能（如掺杂浓度与层厚度）。专业的外延技术可产出具有较高电学性能的晶圆。

石墨基座改进原子层沉积（ALD）工艺

原子层沉积（ALD）是在晶圆上沉积薄膜的技术。采用石墨基座可改进原子层沉积ALD工艺。高纯度石墨基座具有均匀加热和良好的热稳定性。石墨基座可使薄膜质量与厚度保持一致。

改进碳化硅（SiC）外延层

碳化硅（SiC）外延层有助于提升半导体性能，具有高电学性能与热导率，可改进沉积均匀性、降低缺陷率，适用于高功率高频的半导体应用。

制造碳化硅（SiC）半导体所包含的每种技术都发挥着特别的作用。

物理气相传输（PVT）法

物理气相传输法（PVT）是制造碳化硅（SiC）晶体的基础工艺，该工艺在生产碳化硅的过程中发挥着重要的作用。物理气相传输法（PVT）利用温度梯度使碳化硅蒸气在籽晶上升华与沉积，形成大尺寸、结构完整的纯晶体。

顶部籽晶溶液生长（TSSG）法

顶部籽晶溶液生长（TSSG）法是一种将碳化硅（SiC）籽晶置于含硅与碳的溶液顶部的方法。溶液冷却后，碳化硅在籽晶上结晶，生长出大尺寸、品质良好的晶体。该技术能够生产缺陷少、纯度高的碳化硅。

凹面溶液生长（SGCS）法

凹面溶液生长（SGCS）法涉及在凹形表面生长碳化硅（SiC）晶体。这一方法有助于管理温度梯度与溶质分布，从而实现更均匀的晶体生长。凹面溶液生长（SGCS）法有利于生产表面性能一致的碳化硅晶体。

回熔技术

回熔法是一种对现有碳化硅（SiC）晶体进行部分熔化并重新结晶的技术。此工艺有助于消除缺陷和杂质，从而生成更均匀、更纯净的碳化硅（SiC）晶体，有助于提升现有碳化硅材料的质量。

坩埚加速旋转技术（ACRT）

坩埚加速旋转技术（ACRT）是在碳化硅（SiC）晶体生长过程中旋转坩埚。这种旋转可使温度分布和溶质浓度更均匀，对生长有品质、低缺陷的碳化硅晶体有明显作用。

两步生长法

两步生长法是一种将碳化硅（SiC）晶体生长分为两个明显阶段的工艺。上一阶段侧重于提升生长速率，下个阶段则降低生长速率以提升晶体质量。此方法可以做到生长效率和晶体质量之间的平衡。

晶面生长法

晶面生长法是一种通过生长碳化硅（SiC）特定晶面来获得所需形状和尺寸的受控工艺。此技术适用于需要特定取向和几何形状的碳化硅晶体的应用。

化学气相沉积（CVD）碳化硅和实体碳化硅

化学气相沉积（CVD）碳化硅涉及将气态硅和碳化合物沉积到衬底上，这些化合物在衬底上反应并形成碳化硅（SiC）。化学气相沉积（CVD）碳化硅是一种气相化学工艺。该工艺能够生产高纯度和品质良好的碳化硅（SiC）材料，适用于要求严格的应用。

碳化硅（SiC）涂层材料

碳化硅（SiC）涂层材料是指通过涂覆其他材料以增强碳化硅性能的复合材料。例如，涂覆化学气相沉积（CVD）涂层可生成无孔、高纯度的碳化硅涂层表面。此技术适用于需要含特定表面特性的碳化硅应用。

外延

外延是一种在碳化硅衬底上生长薄层碳化硅（SiC）的工艺。此技术对于制造碳化硅（SiC）半导体十分重要，因为它能形成具有电学特性的层。

外延在半导体制造中发挥着重要作用，通过控制材料层来制造性能良好的半导体器件。

美尔森的材料如何助力外延生长？

美尔森的高纯度石墨等材料为半导体层沉积提供了稳定性和纯度，使外延反应器室无污染，并且能生长无缺陷的外延层。

碳化硅（SiC）外延如何增强半导体性能？

碳化硅（SiC）外延是能够增强半导体性能，提供高电和热性能的材料。碳化硅（SiC）外延层因高击穿电压、高热导率及耐温性，适用于功率半导体，使其保持良好性能并兼具耐久性，可适应电动汽车和可再生能源系统等应用场景。

高纯度石墨在外延工艺中扮演什么角色？

高纯度石墨在外延工艺中通过其惰性和耐温性能，使反应器内热量分布均匀，减少制造缺陷。另外，纯化的石墨保持热量一致并降低环境污染，进而维持晶体层纯度，以提升半导体稳定性和电性能。

外延中的哪些技术措施有助于提升能效？

外延中的新材料和工艺开发有助于提升半导体能效。通过专业外延技术生成电性能层减少功率损失，提升半导体的效率。

美尔森如何推动下一代外延设备的开发？

美尔森凭借在材料和半导体工艺方面的技术与知识，不断探索下一代外延设备开发，为提升外延生长精度和效率提供支持。其中包括开发石墨和碳化硅（SiC）涂层材料以延长石墨的使用寿命。此外，美尔森的解决方案还通过改进热管理技术、减少污染以及高纯度材料进一步为外延工艺的效率和稳定提供支持。

如何为特定的半导体应用定制外延层？

通过控制外延层的组成、厚度和掺杂水平，可定制满足特定半导体应用需求的外延层。这种定制可以改进电性能，满足高频设备、电力电子和光电子等领域的要求。

外延在半导体制造中的演变

外延技术通过在半导体制造中的不断发展，已经成为制造品质器件的基础工艺。这项技术涉及在衬底晶圆上生长匹配原子结构的晶体层，以实现更准确的层厚度和组成控制，从而制造具有增强电性能的复杂半导体结构。外延技术如分子束外延（MBE）和金属有机化学气相沉积（MOCVD）等，对高速电子等领域的开发有着重要作用。

碳化硅（SiC）因具有提升器件性能的特点，正逐渐成为半导体行业的重要材料之一。以下是碳化硅（SiC）材料的特点：

碳化硅（SiC）的高导热性

在高功率和高频设备中，碳化硅高导热性利于半导体散热，有助于性能提升，减少热应力，延长使用寿命。

碳化硅（SiC）的高电子迁移率

碳化硅的高电子迁移率能加快电荷传输，有助于提升元件切换速度和工作频率，使器件在信号处理应用中表现出良好性能。

碳化硅（SiC）的高击穿场强

碳化硅具有高击穿场强的特性，使器件可以在高电压和功率下运行，能够满足电动汽车和可再生能源系统等应用对于高坚固性和稳定性要求。

碳化硅（SiC）的高温稳定性

碳化硅具备高温稳定性可以适用于恶劣环境。这种稳定性使碳化硅基器件在极限温度条件下仍能保持良好性能和稳定性。

碳化硅（SiC）的耐辐射性

碳化硅还具备耐辐射性，能承受高水平辐射而不退化。特别适合太空及辐射环境，使器件具备耐久性和稳定性。

碳化硅（SiC）电能损耗较低

碳化硅能降低半导体器件电能损耗，提升能效。这种特性不但有助于提升设备性能，还可以助力行业技术实现可持续发展。

美尔森晶圆载体凭借以下特性为硅和碳化硅(SiC)外延过程赋能。

美尔森晶圆载体的高纯度

美尔森晶圆载体高纯度，防污染能力强，保障外延生长工艺中半导体层质量。采用严选石墨材料制成，降低污染风险，保持电学和物理特性。

美尔森晶圆载体的耐久性

外延工艺中晶圆常面临着高温、腐蚀物和清洗，这会使不够坚固的材料发生退化。美尔森晶圆载体用坚固硅材料制成，具备耐久性好，能承受这些条件，并减少更换次数，有助于降低运营成本和提升制造效率。

美尔森晶圆载体的精密工程

美尔森的晶圆载体对于在外延过程中保持晶圆的均匀和对齐起到重要作用。我们的晶圆载体按照规格设计，能使晶圆牢固固定，并实现均匀外延层，有助于降低缺陷率。此外，这些晶圆载体有助于实现晶片加工的完整性，并且在使其整个制造过程中保持对齐和均匀。 

美尔森晶圆载体的热稳定性

美尔森晶圆载体的热稳定性强，在高温下保持结构完整和尺寸稳定，避免翘曲变形，使半导体在制造过程中保持一致。

美尔森晶圆载体的耐腐蚀性

美尔森晶圆载体耐腐蚀性强，采用等静压石墨制成，能长时间保持完整性和性能。晶圆载体具有避免退化的特点，有助于保持外延层的纯度和质量。

美尔森不断发展技术，在多个国家和地区进行布局，为半导体行业提供专业解决方案和技术支持。

碳化硅和碳化硅片制造领域的合作伙伴

美尔森在30多个国家和地区设有运营机构。我们不但提供硅片、石墨、绝缘毡等专业技术和材料，还通过多地域网络提供本地化支持、持续稳定的材料与服务，以满足半导体行业不断发展的需求。

外延技术和半导体制造方面的专业技术

美尔森拥有百余年的材料生产经验，在外延和半导体制造领域拥有较为成熟的专业技术。我们了解半导体工艺并且提供客制化的解决方案，为客户生产半导体产品提供支持。

为半导体行业提供多项支持

美尔森为半导体行业提供多样化的服务与支持。其中包括为客户选材提供专业指导。我们的材料性能稳定，有助于设备维护。美尔森的专家团队致力于为客户提供战略建议以应对挑战，帮助其提升生产力，减少生产中断次数。