中國粉體網(wǎng)訊 近日，浙大科創(chuàng)先進(jìn)半導(dǎo)體研究院-杭州乾晶半導(dǎo)體聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過系列技術(shù)攻關(guān)，在大尺寸碳化硅（SiC）單晶生長及其襯底制備方面取得突破，成功生長出厚度達(dá)27毫米的8英寸n型碳化硅單晶錠，并加工獲得了8英寸碳化硅襯底片，成功躋身8英寸碳化硅俱樂部。
其實(shí)，早在去年7月，浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng)中心先進(jìn)半導(dǎo)體研究院-乾晶半導(dǎo)體聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室和浙江大學(xué)硅材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在浙江省“尖兵計(jì)劃”等研發(fā)項(xiàng)目的資助下，成功生長出厚度達(dá)到50mm的6英寸碳化硅單晶。50mm應(yīng)該是目前已知最大的尺寸，不過還是6英寸。
研究院簡介
浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng)中心先進(jìn)半導(dǎo)體研究院以寬禁帶半導(dǎo)體材料、功率芯片的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化為核心，以封裝測試和應(yīng)用技術(shù)作為服務(wù)支撐，重點(diǎn)突破寬禁帶半導(dǎo)體材料生長、寬禁帶半導(dǎo)體功率芯片的新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、先進(jìn)工藝技術(shù)開發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，解決一批半導(dǎo)體領(lǐng)域的“卡脖子”技術(shù)難題，推動(dòng)半導(dǎo)體材料、芯片、集成封測產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的快速發(fā)展，提高我國在寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域的國際競爭力和影響力。目前該研究所已獲批浙江省寬禁帶功率半導(dǎo)體材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國內(nèi)唯一的全鏈條開放式寬禁帶半導(dǎo)體材料、器件及應(yīng)用創(chuàng)新高能級(jí)科研平臺(tái)。
浙大科創(chuàng)先進(jìn)半導(dǎo)體研究院下設(shè)半導(dǎo)體材料實(shí)驗(yàn)室、功率芯片研究室、射頻芯片研究室、封裝測試研究室、MEMS實(shí)驗(yàn)室。由中國科學(xué)院楊德仁院士擔(dān)任平臺(tái)首席科學(xué)家，浙江大學(xué)盛況教授擔(dān)任研究院院長。截至2022年11月10日，研究院師生共計(jì)240人，其中員工98人。
浙大科創(chuàng)先進(jìn)半導(dǎo)體研究院領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)
（左三：楊德仁院士，右二盛況教授）
研究方向
1、碳化硅單晶生長
采用物理氣相傳輸法（PVT）開展大尺寸（4/6/8英寸）高純半絕緣和導(dǎo)電型碳化硅單晶生長試驗(yàn)，嚴(yán)格控制多型比例、微管和位錯(cuò)密度、結(jié)晶質(zhì)量、碳包裹體和電阻率等缺陷控制技術(shù)指標(biāo)，研究摻雜調(diào)控以提高n型和p型摻雜效率，提升增大單晶尺寸、增加晶錠長度、提高生長效率和原材料利用率等技術(shù)水平，研發(fā)生產(chǎn)出具有行業(yè)領(lǐng)先水平的高質(zhì)量碳化硅晶錠。
2、碳化硅晶圓加工
優(yōu)化加工流程中的切片、研磨、拋光、清洗等工序的工藝水平，降低加工過程中引入的缺陷和表面污染，優(yōu)化晶圓片應(yīng)力分布，保障面型參數(shù)達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平，滿足外延需求，開發(fā)低損耗、高效率、環(huán)保晶圓加工技術(shù)。
晶圓加工流程
3、碳化硅基外延薄膜生長
開展碳化硅基同質(zhì)（碳化硅）和異質(zhì)（金剛石）外延層結(jié)構(gòu)、摻雜設(shè)計(jì)、缺陷控制和晶圓尺寸等方面的研究，控制外延層應(yīng)力和缺陷，優(yōu)化外延層表面形貌，研發(fā)碳化硅基同質(zhì)外延的功率芯片和碳化硅異質(zhì)外延的射頻芯片。
薄膜外延原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4、氧化鎵單晶生長和加工
采用提拉法等熔體生長法，通過模擬計(jì)算優(yōu)化晶體生長技術(shù)及熱場，生長不同尺寸半絕緣氧化鎵（β-Ga2O3）單晶，開展晶體加工工藝研究，嚴(yán)格控制XRD搖擺曲線半峰寬、缺陷密度、表面粗糙度等指標(biāo)，研發(fā)生產(chǎn)高質(zhì)量氧化鎵單晶襯底。
5、碳化硅和氧化鎵中的雜質(zhì)和缺陷
設(shè)計(jì)雜質(zhì)復(fù)合調(diào)控襯底的電阻率，明確位錯(cuò)基本性質(zhì)，優(yōu)化單晶生長過程中的熱場分布、摻雜劑雜質(zhì)分布和應(yīng)力分布等方式，以降低位錯(cuò)密度和消除微管，進(jìn)而生長高質(zhì)量碳化硅和氧化鎵單晶。
圖片 SiC襯底中穿透型螺位錯(cuò)（TSD）、穿透型刃位錯(cuò)（TED）及基平面位錯(cuò)（BPD）的形貌圖
6、半導(dǎo)體材料模擬計(jì)算
基于熱場仿真模擬的結(jié)果，改進(jìn)熱場結(jié)構(gòu)和生長工藝參數(shù)，抑制生長過程中多型體和微管的產(chǎn)生，改善晶體內(nèi)應(yīng)力分布，為提高晶體質(zhì)量提供理論參考。
熱場模擬仿真
通過結(jié)合載流子、聲子及缺陷的相互作用動(dòng)力學(xué)模擬與第一性原理計(jì)算，研究半導(dǎo)體晶體材料的電、熱、力學(xué)性能及相應(yīng)微觀物理機(jī)制，為優(yōu)化半導(dǎo)體材料物理性質(zhì)提供理論支持。
第一性原理計(jì)算
工藝成果
1、已經(jīng)掌握4、6英寸高純半絕緣碳化硅（SiC）單晶生長的核心工藝技術(shù)，包括SiC源粉合成技術(shù)、籽晶粘接技術(shù)、熱場模擬技術(shù)和晶體加工技術(shù)，已形成SiC晶體生長相關(guān)的發(fā)明和實(shí)用新型專利8項(xiàng)，其中3項(xiàng)已經(jīng)授權(quán)
2、已經(jīng)掌握了2英寸半絕緣β-Ga2O3單晶的熔體法生長技術(shù)，包括籽晶固定裝置、晶體生長技術(shù)、熱場模擬計(jì)算及晶體加工工藝，已申請β-Ga2O3晶體生長及缺陷相關(guān)的專利十余項(xiàng)，授權(quán)發(fā)明專利2項(xiàng)和實(shí)用新型專利1項(xiàng)。
3、已經(jīng)建立了4、6英寸的碳化硅襯底的加工能力，4、6英寸碳化硅襯底加工具備行業(yè)先進(jìn)水準(zhǔn)，已形成晶圓加工相關(guān)的發(fā)明專利1項(xiàng)。
4、已經(jīng)建立了激光改質(zhì)碳化硅晶片的工藝評(píng)估平臺(tái)，優(yōu)化剝離碳化硅襯底的激光工藝，包括激光波長、聚焦功率和重復(fù)頻率等參數(shù)。已形成相關(guān)發(fā)明專利6項(xiàng)，其中2項(xiàng)已授權(quán)。
目前，浙大科創(chuàng)先進(jìn)半導(dǎo)體研究院還承擔(dān)著高質(zhì)量6英寸氧化鎵單晶生長關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、大尺寸碳化硅襯底技術(shù)、高質(zhì)量直徑150 mm碳化硅單晶襯底晶圓技術(shù)開發(fā)等三個(gè)項(xiàng)目。
來源：浙大科創(chuàng)先進(jìn)半導(dǎo)體研究院官網(wǎng)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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