中國粉體網(wǎng)訊 目前，用于SiC晶體生長的主要技術(shù)包括物理氣相輸運（PVT）法、高溫化學氣相沉積（ HTCVD）法，以及頂部籽晶溶液生長（TSSG）法。其中，PVT法作為現(xiàn)階段發(fā)展最為成熟、應(yīng)用最廣且商業(yè)化程度最高的SiC單晶制備技術(shù)，已基本實現(xiàn)4~6英寸SiC襯底批量化制備，襯底市場呈現(xiàn)美日歐三足鼎立的局面。
2015 年，美國Wolfspeed公司率先采用PVT法成功獲得 8英寸SiC單晶襯底，之后在美國紐約州莫霍克谷建立了全球首座、最大且唯一的8英寸晶圓廠，并于2023年向中國終端客戶批量出貨SiC MOSFET。截至2023年10月，全球已有26家企業(yè)或機構(gòu)成功研制出8英寸SiC單晶襯底并計劃在2~3年內(nèi)形成小批量供貨能力，這標志著SiC晶圓已邁進“8英寸時代”。但受限于該技術(shù)特點，利用PVT法制備SiC晶體仍面臨許多關(guān)鍵技術(shù)問題，包括晶體內(nèi)部應(yīng)力集中、缺陷繼承或增殖能力強、位錯密度高、擴徑技術(shù)難度大，以及難以實現(xiàn)p型均勻高摻雜等，進而導致高品質(zhì)SiC單晶襯底制備良率偏低且成本居高不下。
HTCVD法是另外一種制備方法，該方法是利用Si源和C源氣體在2100℃左右的高溫環(huán)境下發(fā)生化學反應(yīng)生成SiC的原理來實現(xiàn)SiC單晶的生長，該方法的一大優(yōu)勢是可以實現(xiàn)晶體的長時間持續(xù)生長，通過此方法已經(jīng)成功生長了4英寸和6英寸的SiC單晶，生長速率可高達2~3 mm/h。但HTCVD 不僅與 PVT 法一樣需要高的生長溫度，所使用的生長設(shè)備和高純氣體價格不菲，本質(zhì)上是高配置的CVD，進而導致商業(yè)化進程比較緩慢，目前主要用來制備半絕緣型SiC襯底。
與氣相法不同的是，TSSG法可以在更為溫和的生長環(huán)境下制備SiC晶體，同時還具有工藝參數(shù)動態(tài)精準調(diào)控、連續(xù)擴徑生長及p型均勻高摻雜等技術(shù)特點，目前已成為極具競爭力的低成本、高質(zhì)量 SiC襯底創(chuàng)新技術(shù)之一，晶體尺寸已突破6英寸。盡管 TSSG 法在制備SiC晶體方面優(yōu)勢顯著，但也存在較高的技術(shù)壁壘，主要體現(xiàn)在所需調(diào)控的工藝參數(shù)繁雜且任何不恰當?shù)膮?shù)選擇都可能破壞長晶過程中的動態(tài)平衡并引發(fā)嚴重的宏觀缺陷。中國科學院物理研究所陳小龍團隊利用TSSG法在半絕緣型4H-SiC籽晶（0001）面上通過調(diào)控N2分壓成功獲得不同規(guī)格的高質(zhì)量、晶圓級3C-SiC單晶，該技術(shù)拓寬了異質(zhì)晶體生長的機制，為大規(guī)模生產(chǎn)3C-SiC晶體提供了可行的途徑，此外，北京大學、清華大學、天津理工大學、武漢大學、眉山博雅、晶格領(lǐng)域、常州臻晶、北京青禾、浙大科創(chuàng)中心等單位也在積極開展相關(guān)研究工作。
2024年4月25日，中國粉體網(wǎng)將在江蘇蘇州舉辦“第三屆半導體行業(yè)用陶瓷材料技術(shù)研討會暨第三代半導體SiC晶體生長技術(shù)交流會”，屆時，天津理工大學功能晶體研究院副院長徐永寬將帶來《碳化硅單晶生長方法及面臨的挑戰(zhàn)》，報告將分別對PVT法、TSSG法、HTCVD法等碳化硅單晶生長方法的原理、特點、發(fā)展現(xiàn)狀進行介紹，分析各種生長方法面臨的問題，并從單晶生長工藝角度提出了對單晶生長設(shè)備和關(guān)鍵原輔材料的需求。最后簡單分享其近期的研究工作進展。
專家簡介
徐永寬，天津理工大學功能晶體研究院副院長，曾任中國電科第四十六所研發(fā)部主任，中國電子科技集團公司新型半導體晶體材料技術(shù)重點實驗室副主任，天津市“131”創(chuàng)新型人才第一層次人選。
從事半導體材料研究二十多年，在多種半導體單晶生長、單晶加工、外延生長及半導體單晶設(shè)備設(shè)計制造等方面均有實操經(jīng)驗，在寬禁帶半導體單晶特別的碳化硅單晶生長方面有較深入研究。先后主持和參與科研項目30多項，其中包括碳化硅單晶方面的重大專項項目和氮化鎵單晶方面的863項目。申請發(fā)明專利及實用新型專利申請100多項。獲省部級科技二等獎3項，三等獎4項。
來源：
顧鵬等：頂部籽晶溶液法生長碳化硅單晶及關(guān)鍵問題研究進展
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（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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