中国粉体网讯 目前，用于SiC晶体生长的主要技术包括物理气相输运（PVT）法、高温化学气相沉积（ HTCVD）法，以及顶部籽晶溶液生长（TSSG）法。其中，PVT法作为现阶段发展最为成熟、应用最广且商业化程度最高的SiC单晶制备技术，已基本实现4~6英寸SiC衬底批量化制备，衬底市场呈现美日欧三足鼎立的局面。
2015 年，美国Wolfspeed公司率先采用PVT法成功获得 8英寸SiC单晶衬底，之后在美国纽约州莫霍克谷建立了全球首座、最大且唯一的8英寸晶圆厂，并于2023年向中国终端客户批量出货SiC MOSFET。截至2023年10月，全球已有26家企业或机构成功研制出8英寸SiC单晶衬底并计划在2~3年内形成小批量供货能力，这标志着SiC晶圆已迈进“8英寸时代”。但受限于该技术特点，利用PVT法制备SiC晶体仍面临许多关键技术问题，包括晶体内部应力集中、缺陷继承或增殖能力强、位错密度高、扩径技术难度大，以及难以实现p型均匀高掺杂等，进而导致高品质SiC单晶衬底制备良率偏低且成本居高不下。
HTCVD法是另外一种制备方法，该方法是利用Si源和C源气体在2100℃左右的高温环境下发生化学反应生成SiC的原理来实现SiC单晶的生长，该方法的一大优势是可以实现晶体的长时间持续生长，通过此方法已经成功生长了4英寸和6英寸的SiC单晶，生长速率可高达2~3 mm/h。但HTCVD 不仅与 PVT 法一样需要高的生长温度，所使用的生长设备和高纯气体价格不菲，本质上是高配置的CVD，进而导致商业化进程比较缓慢，目前主要用来制备半绝缘型SiC衬底。
与气相法不同的是，TSSG法可以在更为温和的生长环境下制备SiC晶体，同时还具有工艺参数动态精准调控、连续扩径生长及p型均匀高掺杂等技术特点，目前已成为极具竞争力的低成本、高质量 SiC衬底创新技术之一，晶体尺寸已突破6英寸。尽管 TSSG 法在制备SiC晶体方面优势显著，但也存在较高的技术壁垒，主要体现在所需调控的工艺参数繁杂且任何不恰当的参数选择都可能破坏长晶过程中的动态平衡并引发严重的宏观缺陷。中国科学院物理研究所陈小龙团队利用TSSG法在半绝缘型4H-SiC籽晶（0001）面上通过调控N2分压成功获得不同规格的高质量、晶圆级3C-SiC单晶，该技术拓宽了异质晶体生长的机制，为大规模生产3C-SiC晶体提供了可行的途径，此外，北京大学、清华大学、天津理工大学、武汉大学、眉山博雅、晶格领域、常州臻晶、北京青禾、浙大科创中心等单位也在积极开展相关研究工作。
2024年4月25日，中国粉体网将在江苏苏州举办“第三届半导体行业用陶瓷材料技术研讨会暨第三代半导体SiC晶体生长技术交流会”，届时，天津理工大学功能晶体研究院副院长徐永宽将带来《碳化硅单晶生长方法及面临的挑战》，报告将分别对PVT法、TSSG法、HTCVD法等碳化硅单晶生长方法的原理、特点、发展现状进行介绍，分析各种生长方法面临的问题，并从单晶生长工艺角度提出了对单晶生长设备和关键原辅材料的需求。最后简单分享其近期的研究工作进展。
专家简介
徐永宽，天津理工大学功能晶体研究院副院长，曾任中国电科第四十六所研发部主任，中国电子科技集团公司新型半导体晶体材料技术重点实验室副主任，天津市“131”创新型人才第一层次人选。
从事半导体材料研究二十多年，在多种半导体单晶生长、单晶加工、外延生长及半导体单晶设备设计制造等方面均有实操经验，在宽禁带半导体单晶特别的碳化硅单晶生长方面有较深入研究。先后主持和参与科研项目30多项，其中包括碳化硅单晶方面的重大专项项目和氮化镓单晶方面的863项目。申请发明专利及实用新型专利申请100多项。获省部级科技二等奖3项，三等奖4项。
来源：
顾鹏等：顶部籽晶溶液法生长碳化硅单晶及关键问题研究进展
粉体网
（中国粉体网编辑整理/空青）
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