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江蘇集芯8英寸液相法碳化硅單晶研制成功

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江蘇集芯8英寸液相法碳化硅單晶研制成功

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江蘇集芯成功出爐首枚8英寸液相法高質量碳化硅單晶 ， 完成液相法工藝從6英寸到8英寸的研發跨越 。
據報道 ， 近日 ， 江蘇集芯先進材料有限公司成功出爐首枚8英寸液相法（LPE）高質量碳化硅單晶 。 經檢測 ， 晶體面型、晶型與結晶質量均達到預期目標 ， 標志著江蘇集芯在第三代半導體核心材料領域再下一城 。
液相法碳化硅長晶基本原理是碳（溶質）被溶解在硅和助溶劑組成的高溫液體（溶劑）中 ， 碳（溶質）因過飽和而在碳化硅籽晶處析出 ， 同時因晶格庫倫場的作用攜帶出硅原子 ， 實現SiC晶體的生長 。 具有生長溫度低而結晶質量高、生長速度快而容易長厚、便于擴徑而容易長大和容易實現Al摻雜而獲得p型低阻襯底等優勢 。 從長遠來看 ， 液相法是制備高質量SiC晶體的一種有前途的方法 ， 低溫溶液生長法由于生長過程具有更好的可控性和穩定性 ， 提高了良率 ， 可以有效降低襯底晶片成本超過30% 。
江蘇集芯僅用半年便完成液相法工藝從6英寸到8英寸的研發跨越 。 相比PVT ， 液相法在生產效率、材料利用率、成本控制及大尺寸擴徑等方面優勢顯著 ， 被公認為下一代碳化硅長晶的核心路線 。 全球范圍內 ， 僅極少數頂尖機構曾試制出液相法晶體 ， 真正邁入8英寸級仍屬罕見 。
截至目前 ， 江蘇集芯已布局專利167件 ， 其中發明專利83件 ， 覆蓋晶體生長等全流程 。 之前 ， 江蘇集芯申請專利可減少包裹物的碳化硅晶體生長裝置 。
在現有的碳化硅單晶生長過程中 ， 由于原料中的雜質、氣流中的碳顆粒以及硅的優先升華等因素 ， 碳化硅晶體內部會形成包裹物 。 這些包裹物會導致晶體質量下降 ， 影響后續器件的性能 。 如何減少或消除晶體中的包裹物 ， 提高碳化硅單晶的質量 ， 一直是技術領域中的難題 。
【江蘇集芯8英寸液相法碳化硅單晶研制成功】該技術方案通過優化碳化硅晶體生長裝置的結構 ， 設置多個過濾組件和填充層來減少包裹物的產生 。

上坩堝和坩堝本體：上坩堝限定了一個底部敞開的晶體生長室 ， 頂壁設置籽晶 。 坩堝本體限定了一個頂部敞開的粉料腔 ， 并與上坩堝通過螺紋連接 。 坩堝內壁設有兩個環形臺階 ， 用于安裝石墨過濾件 。
石墨過濾件：裝置包含兩個石墨過濾件 ， 分別為第一和第二石墨過濾件 。 第一石墨過濾件位于下方 ， 第二石墨過濾件位于上方 。 兩者通過環形臺階固定 ， 并在中部分別設有氣流過孔 。 第一氣流過孔的直徑小于第二氣流過孔的直徑 。
惰性顆粒填充層：第一石墨過濾件和第二石墨過濾件之間鋪設了惰性顆粒填充層 ， 這些惰性顆粒能有效吸附和過濾氣流中的碳包裹物 ， 減少它們進入晶體生長區域 。
鉭網：在第一石墨過濾件和坩堝本體的內壁之間還設置了鉭網 ， 鉭網可以阻擋坩堝本體腐蝕產生的顆粒進入長晶氣氛 ， 從而進一步減少包裹物 。
該方案的創新之處在于通過在上下方向設置第一和第二石墨過濾件 ， 氣流經過這些過濾件時會被有效清潔 ， 減少其中的包裹物；填充層使用惰性顆粒 ， 如鉭、鎢等高溫穩定的材料 ， 這些顆粒能夠在氣流通過時吸附或過濾掉不純物質 ， 確保進入生長室的氣流更為純凈；通過設計不同直徑的氣流過孔 ， 優化了氣流的流動路徑 ， 確保過濾效果更加均勻 。 第一氣流過孔較小 ， 有助于阻擋更多包裹物 ， 而第二氣流過孔較大 ， 允許氣流順暢通過；鉭網作為過濾組件 ， 可以有效防止坩堝本體腐蝕顆粒的進入 ， 減少晶體內的雜質含量 。
通過上述的多層過濾設計 ， 尤其是惰性顆粒填充層的使用 ， 顯著減少了晶體生長過程中包裹物的形成 。 測試表明 ， 使用該裝置生長的碳化硅晶體 ， 包裹物的面積明顯低于對比組 。 實施例中的碳化硅單晶電阻率、微管密度和位錯密度都顯著改善 ， 表明晶體質量得到了提升 。 過濾系統能夠有效平穩氣流 ， 減少氣氛的不均勻性 ， 從而為晶體提供更穩定的生長環境 ， 進一步提高晶體的質量和一致性 。
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