中國粉體網(wǎng)訊 當(dāng)前碳化硅單晶的制備方法主要有：物理氣相傳輸法（PVT）、頂部籽晶溶液生長法（TSSG）、高溫化學(xué)氣相沉積法（HT-CVD）。其中，PVT法具有設(shè)備簡單，操作容易控制，設(shè)備價(jià)格以及運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，成為工業(yè)生產(chǎn)所采用的主要方法。
PVT法制備碳化硅晶體技術(shù)要點(diǎn)
采用物理氣相傳輸法（PVT）生長碳化硅晶體需要注意的技術(shù)要點(diǎn)有：
PVT法生長結(jié)構(gòu)示意圖
（1）長晶溫場內(nèi)部石墨材料純度要到達(dá)要求，石墨件雜質(zhì)含量要求小于5×10-6，保溫氈雜質(zhì)含量要求小于10×10-6，其中B和Al元素要求在0.1×10-6以下。
（2）籽晶極性選擇要正確。經(jīng)驗(yàn)證在C（0001）面可用于生長4H-SiC晶體，Si（0001）面用于生長6H-SiC晶體。
（3）使用偏軸籽晶生長。因?yàn)槠S籽晶不僅可以改變晶體生長的對稱性，減少晶體中的缺陷。
（4）良好的籽晶粘接工藝。
（5）在長晶周期中保持晶體生長界面穩(wěn)定性。
碳化硅晶體生長關(guān)鍵技術(shù)
1.碳化硅粉料摻雜技術(shù)
在碳化硅粉料中摻雜適量的Ce元素，可以實(shí)現(xiàn)對4H-SiC單一晶型穩(wěn)定生長的作用。實(shí)踐證明，在粉料對Ce元素的摻雜，可以提高碳化硅晶體的生長速率，使晶體生長的更快；可以控制碳化硅的取向，使得晶體生長方向更單一，更規(guī)則；抑制晶體中雜質(zhì)的產(chǎn)生，減少缺陷的生成，更易獲取單一晶型的晶體和高品質(zhì)的晶體；可以抑制晶體背面的腐蝕并提高晶體的單晶率。
2.軸向與徑向溫場梯度控制技術(shù)
軸向溫度梯度主要對晶體生長晶型和長晶效率產(chǎn)生影響，過小的溫度梯度在長晶過程中會(huì)導(dǎo)致雜晶的出現(xiàn)，同時(shí)會(huì)影響氣相物質(zhì)的運(yùn)輸速率，導(dǎo)致長晶速率降低。合適的軸向和徑向溫度梯度有助于SiC晶體的快速生長以及保持晶體質(zhì)量的穩(wěn)定。
3.基平面位錯(cuò)（BPD）控制技術(shù)
BPD缺陷形成的主要原因是晶體中的剪切應(yīng)力超過SiC晶體的臨界剪切應(yīng)力，導(dǎo)致滑移系統(tǒng)的激活。因?yàn)锽PD垂直于晶體生長方向，所以主要是在晶體生長過程中和后期晶體冷卻過程中產(chǎn)生的。
4.氣相組分比調(diào)節(jié)控制技術(shù)
在晶體生長工藝中，提高生長環(huán)境中的碳硅比氣相組分比是實(shí)現(xiàn)單一晶型穩(wěn)定生長的有效措施。因?yàn)楦叩奶脊璞瓤梢詼p少大的臺(tái)階聚并，保持籽晶表面生長信息的遺傳，所以可以抑制多型產(chǎn)生。
5.低應(yīng)力控制技術(shù)
在晶體生長過程中，由于應(yīng)力的存在會(huì)導(dǎo)致SiC晶體內(nèi)部晶面彎曲，導(dǎo)致晶體質(zhì)量差，甚至晶體開裂，而且大的應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致晶片的基平面位錯(cuò)的增加，這些缺陷會(huì)在外延工藝時(shí)進(jìn)入外延層嚴(yán)重影響后期器件的性能。
6英寸SiC晶片掃描圖
為了減小晶體內(nèi)的應(yīng)力，可以采取幾種方法改進(jìn)工藝：
調(diào)整溫場分布和工藝參數(shù)，使SiC單晶生長盡可能在近平衡狀態(tài)下生長；
優(yōu)化坩堝結(jié)構(gòu)形狀，盡量使晶體在無束縛狀態(tài)下自由的生長；
籽晶固定方面，改變籽晶固定工藝，降低籽晶與石墨托在升溫過程中的膨脹系數(shù)差異，減小4H-SiC單晶內(nèi)部的應(yīng)力，通常采用的方法是在籽晶與石墨托之間留有2mm的間隙；
改變晶體退火工藝，使晶體隨爐退火，并調(diào)整晶體退火溫度和退火時(shí)間，充分釋放晶體內(nèi)部的應(yīng)力。
碳化硅長晶技術(shù)發(fā)展趨勢
展望未來，高品質(zhì)SiC單晶制備技術(shù)將朝著幾個(gè)方向發(fā)展：
大尺寸化
碳化硅單晶的直徑已經(jīng)從最初的幾毫米發(fā)展到了現(xiàn)在的6英寸、8英寸甚至更大的12英寸。大尺寸碳化硅單晶的制備可以提高生產(chǎn)效率、降低成本，同時(shí)也可以滿足大功率器件的需求。
高質(zhì)量化
高質(zhì)量的碳化硅單晶是實(shí)現(xiàn)高性能器件的關(guān)鍵。目前，雖然碳化硅單晶的質(zhì)量已經(jīng)有了很大的提高，但是仍然存在一些缺陷，如微管、位錯(cuò)、雜質(zhì)。這些缺陷會(huì)影響器件的性能和可靠性。
低成本化
碳化硅單晶的制備成本較高，這限制了在一些領(lǐng)域的應(yīng)用�？梢酝ㄟ^優(yōu)化生長工藝、提高生產(chǎn)效率、降低原料成本等方法來降低碳化硅單晶的制備成本。
智能化
隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，碳化硅長晶技術(shù)也將逐漸實(shí)現(xiàn)智能化�？梢酝ㄟ^傳感器、自動(dòng)化控制系統(tǒng)等設(shè)備對生長過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制，提高生長過程的穩(wěn)定性和可控性。同時(shí)，還可以利用大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)對生長數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和優(yōu)化，提高晶體的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
高品質(zhì)碳化硅單晶的制備技術(shù)是當(dāng)前半導(dǎo)體材料研究的熱點(diǎn)之一。隨著科技的不斷進(jìn)步，碳化硅長晶技術(shù)將不斷發(fā)展和完善，為碳化硅在高溫、高頻、高功率等領(lǐng)域的應(yīng)用提供更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
來源：
王宏杰等：高品質(zhì)碳化硅單晶制備技術(shù)
楊皓等：碳化硅單晶制備方法及缺陷控制研究進(jìn)展
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除
