一文了解8英寸SiC晶体生长及关键技术

8月30日，据“上海汉虹”官微消息，近日上海汉虹精密机械有限公司在拉晶实验室中，使用自行研发制造的碳化硅长晶炉成功拉制出高品质8英寸碳化硅晶体。

此晶体具备优良的均匀性和低缺陷密度，直径达到200毫米标准，电阻率和晶向均符合高端应用要求。本次采用的碳化硅长晶炉，采用上进料方式，完全自动化控制，而且通过热场旋转及热场工艺稳定性设计，能够有效调整径向和轴向温度梯度，确保晶体生长过程中温度的均匀性和稳定性。

碳化硅晶体生长方法与影响参数

SiC单晶生长方法有物理气相传输法（PVT法） 、液相法（LPE法）、高温化学气相沉积法（HTCVD法）等（详细方法介绍可以点击碳化硅单晶生长发展浅析）。其中PVT法技术成熟度最高，也是目前碳化硅产业化普遍采用的方法。

PVT法碳化硅长晶设备有两种加热方式，即感应加热法和电阻加热法。

感应加热法是目前国内外生长SiC晶体的主流工艺，其原理是使石墨坩埚产生涡流发热，给包括坩埚在内的整个热场加热，坩埚是温度最高的部件。

电阻加热法是未来生长大尺寸SiC晶体的主流工艺，它将石墨发热体通电产生热量，给包括坩埚在内的整个热场加热，石墨发热体是温度最高的部件。

SiC晶锭的生长条件极其苛刻，需要控制许多工艺参数，如C/Si比、生长速率、温度梯度、气压等，以避免出现诸如晶体堆垛层错、微管、位错包裹体等缺陷。

碳化硅晶体生长的温度很高，通常在2200℃左右。加热体通过电流产生热量以热辐射的形式传至坩埚外壁，坩埚又分别通过热传导和热辐射的形式将热量传至原料和晶体，坩埚内部的温度梯度控制起来非常困难。

碳化硅单晶品质跟温场的分布直接相关，温度及温度梯度直接决定了腔室内气体组分的密度和传输方向，并影响SiC的生长形态和生长速率。

8英寸SiC晶体生长的关键技术

8英寸碳化硅量产的最基础条件就是籽晶处理工艺，籽晶处理工艺分为两种：籽晶粘接工艺和籽晶悬挂工艺。

籽晶粘接工艺籽晶处理工艺复杂、籽晶带来的应力大、固定资产投资大、籽晶处理成本高、边缘多晶相对更容易控制；籽晶悬挂工艺籽晶处理工艺简单，更加可控、籽晶带来的应力小、固定资产投资小、籽晶处理成本低、但是边缘多晶更难控制。

两种籽晶处理工艺各有优缺点，对于8英寸碳化硅的晶体生长选用哪种工艺还没有定论，关键还是要看晶体生长的良率。

另外则是要解决晶体的宏观缺陷与微观缺陷。

宏观缺陷包括由于籽晶烧穿、边缘过冷与过热、位错累积，而导致的开裂、多晶、多型等问题。微观缺陷则有籽晶遗留、硅碳比例、气流稳定性、位错累积与演化导致的六方孔洞、位错，籽晶遗留、硅碳比例（晶体生长前期）问题造成的微管，以及由于硅碳比例、碳粉尘（晶体生长后期）而形成的包裹体等。

目前国内大部分同行的8英寸技术处于解决宏观缺陷阶段，少部分处于解决微观缺陷阶段。另外，相同重量的前提下，接近平面的界面，晶体具有更高的材料利用率、更低的内部应力。电阻法更容易获得接近平面的晶体生长界面。

来源：上海汉虹、小饭桌

原文始发于微信公众号（艾邦半导体网）：一文了解8英寸SiC晶体生长及关键技术