科友半导体高性能碳化硅长晶装备和高质量衬底产品实现规模化生产

在2000多摄氏度的长晶炉生长室内,一块6英寸碳化硅晶体即将长成,它是新能源汽车动力系统极好的功率芯片材料,也是5G通讯、轨道交通、智能电网等领域炙手可热的关键材料……
近日,记者在哈尔滨科友半导体产业装备与技术研究院有限公司(以下简称“科友半导体”)获悉,在黑龙江省重大科技成果转化项目等的支持下,开发的高性能碳化硅长晶装备和高质量衬底产品实现规模化生产,形成了系列自主知识产权,获得授权专利达133项,并实现规模销售。

科友半导体高性能碳化硅长晶装备和高质量衬底产品实现规模化生产感应长晶炉开炉中 见习记者 周姿杉摄

价值高于“钻石”
走进位于哈尔滨松北(深圳龙岗)科技创新产业园12栋的科友半导体,在一间碳化硅长晶车间内,数十台长晶炉正按照设定好的程序有条不紊地工作。“通过炉外的感应线圈对炉内坩埚进行感应加热,炉内的温度、气压等工艺参数均实现了自动化高精密控制,5~7天的长晶全过程不需要任何人工操作。”科友半导体技术总监张胜涛告诉记者,这是公司自主研制的感应加热式碳化硅生长装备,实现了原料烧结、石墨结构蒸镀涂层、籽晶保护、晶体退火、低应力晶体制备等一系列工艺技术开发。
在科友半导体的展厅内,记者看到了企业依托自主研发设备生长的6英寸和8英寸碳化硅晶体。6英寸晶体的厚度达到40毫米,8英寸晶体的厚度超过10毫米,用手摸上去,好似玻璃。而它们的价值,却是玻璃望尘莫及的。
展厅内,琳琅满目的“钻石”饰品格外抢眼,通过放大镜观看,璀璨夺目。张胜涛介绍,这是莫桑钻,是由半绝缘型碳化硅晶体加工而来的。而这,并不是科友半导体的目标。另一侧展示的由碳化硅晶体加工而成的0.35毫米厚的6英寸和0.5毫米厚的8英寸圆形碳化硅衬底,才是这里的主角。“与莫桑钻相比,生产碳化硅衬底的技术难度更高,附加值也更高。”张胜涛说。
攻克核心技术难题
碳化硅是电力电子器件的主要衬底材料,是新能源汽车、光伏逆变器、5G通信等战略性新兴产业的基石,可降低能量损耗达50%以上。张胜涛介绍,在碳化硅产业链中,衬底制造技术壁垒高、价值量大,是未来碳化硅半导体大规模产业化推进的核心环节之一。而国外对碳化硅高端设备及产品进行技术封锁,碳化硅衬底的产能缺口巨大。
为推动我国第三代半导体装备及材料产业链自主可控,哈尔滨工业大学教授赵丽丽于2018年带领技术团队成立科友半导体,依托国家及省市科技项目,持之以恒开展碳化硅高端装备设计及晶体材料研究。
“整个过程非常复杂和具有挑战性,只要有一点点瑕疵就会前功尽弃。”赵丽丽介绍,“我们依靠自主研发,最终打破了技术壁垒,实现了核心关键技术自主可控。”
在省重大科技成果转化项目“碳化硅衬底产业化关键技术研究”等的支持下,科友半导体解决了大尺寸碳化硅单晶制备易开裂、缺陷密度高、生长速率慢等技术难题,突破了碳化硅衬底产业化系列关键技术,完成了6英寸设备研制、生产线搭建、单晶衬底材料制备等,并在此基础上进一步实现了8英寸碳化硅单晶衬底制备。今年2月,以中国科学院院士郝跃为主任委员的技术成果鉴定委员会鉴定,认为企业“‘8英寸碳化硅材料生长装备及工艺’突破了产业化生长设备及工艺等关键技术,研发难度大,成果创新性强,具有自主知识产权,关键技术指标达到国内领先、国际先进水平。”
打造材料制备全产业链
专注研发“硬核”技术是科友半导体成功的关键。张胜涛说,“硬核”技术是企业的核心价值,目前科友半导体已累计投入研发经费近2000万元,获得授权专利达133项。自主研发的第三代半导体碳化硅产品不仅具有晶体生长周期短、良率高等优势,而且将衬底成本降低了一半以上。
科友半导体建设的省重点项目第三代半导体产学研聚集区一期工程已投入生产,碳化硅长晶炉、籽晶、衬底等产品受到市场广泛关注,客户纷至沓来。
“我们将借此机会,快速推进产业化进程,在黑龙江形成更加完善的碳化硅产业生态,努力实现碳化硅材料从提纯——装备制造——晶体生长——衬底加工——外延晶圆的全产业链闭合,加快占据国内以及国际市场份额。”赵丽丽说,第三代半导体产学研聚集区二期工程将于近期开工建设,建成后将实现年产导电型碳化硅衬底15万片,科友的发展目标是成为全球第三代半导体关键材料供应商。

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