據日經報道，日本名古屋大學的宇治原徹教授等人開發出了利用人工智慧（AI）高精度制造新一代半導體使用的碳化硅（SiC）結晶的方法。這種方法能將結晶缺陷數量降至原來百分之一，提高了半導體生產的成品率。2021年6月成立的初創企業計劃2022年銷售樣品，2025年實現量產。
SiC與現在的主流半導體基板硅基板相比，節能性能更高。功率半導體是為實現脫碳社會有望普及的純電動汽車（EV）及電力控制等不可或缺的元器件，SiC是功率半導體最合適的材料。
不過與硅相比，難以制造原子整齊排列的高品質結晶。制造結晶時，有很多需要調整的地方。比如：溫度、作為材料的溶液的濃度以及機械的結構等。難以找到良好的條件，確立將結晶尺寸增大到30厘米的技術用了幾十年。
研究團隊利用AI優化了多個項目。宇治原教授表示「讓AI學習模擬（模擬實驗）結果，導出了最佳條件」。經過4年的開發，可以制造能產業利用的約15厘米的尺寸了。
試制的SiC結晶比現有結晶的缺陷數量大幅減少。宇治原教授表示「有缺陷的話，半導體的性能就不穩定，成品率差」。宇治原教授成立了生產銷售SiC結晶的名古屋大學創辦的初創企業「UJ-Crystal」，計劃實現量產。
采用SiC基板的半導體已在美國特斯拉部分主打純電動汽車「Model 3」中負責馬達控制等的逆變器上采用。豐田也在2020年底推出的燃料電池車「MIRAI」的新款車上采用了電裝生產的SiC。
初次以外，日本還在SiC的其他方面取得突破
日本產業研究所：速度快12倍的拋光技術
在你今年八月，日本產業研究所表示，他們團隊可以實現SiC晶圓的高速整平開發封裝技術。特別是在低速的鏡面加工中，獲得了比以前快12倍的拋光速度。按照他們所說，其建立了一種新的批量式加工技術，可與片式加工方法的鏡面磨削工藝相媲美。
報道指出，碳化硅晶圓極難加工。因為它是一種硬而脆的材料。迄今為止，碳化硅鬼片的平整化都是通過研磨或拋光來進行的。前者為單晶圓型，量產效率較差。后者是批處理類型，可以一次處理多張晶圓，但由于加工速度比硅片量產加工要慢，所以需要單位時間加工片數的6倍以上。SiC晶圓的直徑從6英寸增加到8英寸。未來，隨著市場規模的擴大，量產規模的擴大，需要能夠更高效地生產碳化硅晶圓的加工技術。
用于壓平晶圓、包裹或以拋光為代表的拋光技術被稱為適合批量生產的批量加工技術。用于拋光高硬度碳化硅由于即使使用金剛石漿液（以下簡稱“漿液”）拋光速度也不會增加，因此需要依靠單硅片加工直到鏡面加工（表面粗糙度Ra=1nm）。在拋光過程中，根據普雷斯頓的經驗法則，可以通過增加拋光平臺的旋轉速度和加工壓力來提高拋光速度。但存在的問題是，研磨液被平臺的離心力切割，摩擦熱難以繼續拋光，無法提高拋光速度。因此，我們試圖通過生產一種固定磨粒平臺來解決這些問題，其中將金剛石磨石成型為平臺，并將其與高速拋光設備相結合。
圖2是碳化硅晶圓在各種拋光條件下的拋光速度對比圖。
在超過200rpm的平臺旋轉速度下，使用金屬平臺和漿料的加工變得困難。另一方面，當使用固定磨粒平臺時，確認即使在700rpm下平臺旋轉速度和拋光速度也是成比例的。這比使用漿料的典型加工條件（例如負載 200 g / cm 2，轉速：50 rpm）快約 12 倍，達到與傳統磨削相當的速度。
此外，高速拋光的 SiC 晶圓的 Ra 約為 0.5 nm，實現了與傳統鏡面研磨工藝相同的表面質量。(圖 3) 從這些結果可以看出固定磨粒平臺和高速拋光裝置組合的優越性。
此外，與使用漿料的拋光不同，由于僅使用水作為處理液，因此環境負荷小，并且通過控制供給的水量能夠在充分冷卻平臺的同時確保拋光效率的優點也得到了證明。
使用平臺的拋光主要通過平臺的處理壓力和轉數來控制處理速度，因此可以同時處理多個晶圓的批處理類型。圖4表示同時加工多個SiC晶圓時的平臺轉速與研磨速度的關系。確認了即使晶圓數量增加和處理面積增加也可以保持拋光效率。通過增加每批處理的晶圓數量可以顯著縮短每個晶圓的處理時間。此外，通過使用抑制磨損的高硬度磨石，與磨削相比，可以降低磨石的磨損成本，因此在大直徑SiC晶圓的量產過程中，可以同時實現高速和低成本。
該團隊表示，擬將本次研發的拋光技術引入先進電力電子研究中心的6英寸兼容SiC晶圓集成加工工藝，并應用于同一研究中心的功率器件開發，促進技術示范.
資訊來源：半導體行業觀察
