Project Description
IGBT FZ和CZ 芯片材料优缺点比较 (晶圆材料简介)
Comparison between IGBT FZ and CZ wafer materials
优缺点
IGBT 芯片晶圆材料主要有二种，一种是CZ芯片，有6吋、8吋，12吋芯片。另一种是FZ芯片，FZ芯片相对贵很多、品质较好，有6吋、8吋，其中12吋FZ芯片长晶制程相对难，比较少见。
IGBT最好，还是选择FZ芯片，但因IGBT已往12吋发展，导致部份厂家在12吋芯片材料上选用CZ芯片，需要注意比较。
FZ或CZ，谁方法较普遍?
FZ或CZ，谁可以做大的晶圆尺寸 (300 mm)?
FZ或CZ，谁较便宜?
FZ或CZ，谁有较高纯度 (无坩埚; 较少之污染)?
IGBT硅晶圆材料种类
主流有两种，一种是直拉法（CZochralski，CZ法），一种是区熔法（Float-Zone，FZ）。
直拉法（CZ）：是用波兰科学家切克劳斯基（J·Czochralski）名字命名。1918年，Czochralski发表了用直拉法从熔体中生长单晶的论文，但并没有拉单晶，而是在实验室从熔融金属中拉制细灯丝。即便如此，CZ法还是奠定了硅晶体生长的理论基础。直到几十年后，戈登.K.蒂尔才真正让CZ法用于半导体晶体的拉制上，拉制的是锗单晶——把一个锗「晶籽」悬浮在熔融锗的坩埚中，慢慢地「拉出来」，最终形成一个又长又窄的锗单晶体。当前流行的CZ法拉制硅单晶棒的原理类似：将高纯度多晶硅在坩埚中融化，用一块单晶硅「籽晶」，悬浮在坩埚之上，一端插入熔体直到融化，缓慢旋转并向上提拉，一边拉一边冷凝形成单晶硅棒。
区熔法（FZ）：则是另外一种拉硅棒的方法，与直拉法在坩埚中融化多晶硅不同，区熔法是一边拉一边融化多晶硅棒，籽晶处在多晶硅棒的下方。自下而上，将一根多晶硅棒，变成单晶硅棒。
生长硅单晶的二种生长方式的对比
氧化镓，一个比碳化硅、氮化镓有更广前景
碳化硅有较好的介电击穿电场、热传导率、Band Gap (eV)等特性，是目前电动车热门材料。
从硅制程移转到碳化硅会需要新舔SiC蚀刻制程，热共铝离子植入机。平面IGBT如需耐高压需要增加芯片面积，导致更高成本，为降低成本，需要改平面IGBT成纵向IGBT(Trench SiC IGBT)。目前有IGBT Si trench制程经验，有助于完善IGBT SiC trench组件的电性调整，未来Trench SiC制程是必不可少。
另氧化镓被看作一个比氮化镓拥有更广阔前景的技术
晶圆材料简单历史简介
锗Ge, Germanium：1950年代初期以前，锗是最普遍被使用的半导体材料，但因其能隙较小（仅0.66eV），使其操作温度只能达到90℃，锗的另一项缺点，是无法在表面提供一稳定的钝性氧化层。
硅Si, Silicon：不仅能隙较大（1.12eV），使得操作温度可以高达200℃，况且硅晶表面可以形成一稳定氧化层（SiO2），都让硅在半导体的应用优于锗，因为氧化层可以被用在基本的集成电路架构中。
砷化镓GaAs：被发现有比硅具有更高的电子移动率（electron mobility），且有直接能隙（direct bandgap），所以一度被寄与高度期待，可惜因高质量及大尺寸GaAs不易生产，因此仍无法撼动硅晶材料在半导体产业的地位。
2024/11/06 YW
