SiC(碳化矽,Silicon Carbide)是由矽(Si)與碳(C)構成的IV-IV族化合物半導體,具備寬能隙(4H-SiC為3.26eV)、高崩潰電場(約3MV/cm)、高熱傳導率(約5W/cm·K)與高電子飽和速度,是優異的功率半導體材料。其最大特點是:與相同耐壓設計的矽元件相比,導通電阻可降低至1/300以下。
SiC MOSFET作為電動車(EV)的主逆變器(將電池電力轉換後供給馬達),採用正快速擴大。特斯拉(Tesla)Model 3的主逆變器(採用意法半導體製SiC)是代表性案例,有助於延長EV續航里程並提升充電效率。目前Wolfspeed(原Cree)、意法半導體(STMicroelectronics)、英飛凌(Infineon)、羅姆(ROHM)、安森美(onsemi)是主要的SiC元件廠商,在市場上相互競爭。
SiC晶圓(基板)的製造需要特殊技術。由於無法像矽一樣採用從熔融狀態拉晶的CZ法,必須以PVT(Physical Vapor Transport:昇華法)在1800~2400℃的高溫下花費數週時間成長單晶晶棒。大尺寸化(4吋→6吋→8吋)持續推進,但降低缺陷(微管、差排)密度與提升良率仍是課題。
SiC元件製造需要不同於一般矽製程的技術。SiC的離子佈植需要在高溫(500~1000℃)下佈植,並進行超高溫(1600℃以上)的活化退火。由於SiC熱氧化膜(SiO₂)的界面品質不如矽氧化膜,界面鈍化處理(在NO、N₂O氣氛中退火)不可或缺。
就市場成長而言,預估2023~2030年SiC元件市場將以年增率30%以上成長,EV、工業馬達、PV(太陽能)逆變器與充電基礎設施的需求急增。Wolfspeed與意法半導體正大規模擴建SiC晶圓廠;製造設備方面,Axcelis(離子佈植)、應用材料(Applied Materials,CVD/PVD/蝕刻)、Veeco(磊晶設備)是主要供應商。