4月26日,浙大杭州科創(chuàng)中心-乾晶半導(dǎo)體聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室宣布,他們成功生長(zhǎng)出直徑為6英寸、厚度達(dá)100 mm的超厚碳化硅單晶!
聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室徐嶺茂研究員表示,“要知道碳化硅單晶的厚度一般約為15-30 mm,我們研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)碳化硅單晶生長(zhǎng)方法進(jìn)行重大改進(jìn),終于生長(zhǎng)出這個(gè)‘大塊頭’的碳化硅單晶!”
具體如何研制出這塊“超厚”的碳化硅單晶?聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室開展了“提拉式物理氣相傳輸法生長(zhǎng)超厚碳化硅單晶的研究”,針對(duì)性解決了晶體的溫度梯度和應(yīng)力控制等難題,具體來看:
● 通過提拉籽晶及已經(jīng)生長(zhǎng)的晶體,使晶體生長(zhǎng)面始終處于一個(gè)合適的徑向溫度梯度下,形成有利于降低晶體應(yīng)力的表面形態(tài);
● 同時(shí),維持晶體生長(zhǎng)面與粉料之間的合適軸向溫度梯度,防止隨著晶體厚度的增加導(dǎo)致晶體生長(zhǎng)速率大幅下降;
● 采用提拉式物理氣相傳輸法,最終成功生長(zhǎng)出直徑為6英寸、厚度突破100 mm的碳化硅單晶。
(a)提拉式物理氣相傳輸法生長(zhǎng)SiC單晶的示意圖;(b)100 mm厚半導(dǎo)體SiC單晶
測(cè)試加工而得的襯底片的結(jié)果顯示,該超厚碳化硅單晶具有單一的4H晶型(圖2a)、結(jié)晶質(zhì)量良好(圖2b),電阻率平均值不超過∼ 30 mΩ·cm。目前該研究團(tuán)隊(duì)已就相關(guān)工作申請(qǐng)了2項(xiàng)發(fā)明專利。
(a)拉曼散射光譜;(b)(0004)面的X射線搖擺曲線
近年來,乾晶半導(dǎo)體在碳化硅單晶生長(zhǎng)方面“光速”取得多個(gè)技術(shù)突破:
● 2021年9月,成功長(zhǎng)出6英寸碳化硅單晶,并且實(shí)現(xiàn)了單晶生長(zhǎng)到晶片加工全線跑通;
● 2022年7月,成功生長(zhǎng)出了厚度達(dá)到50 mm的6英寸碳化硅單晶;
● 2023年5月,聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室采用PVT多段式電阻加熱策略成功研制出厚度達(dá)27毫米的8英寸n型碳化硅單晶錠,并加工獲得了8英寸碳化硅襯底片。
聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室表示,未來他們將繼續(xù)夯實(shí)針對(duì)半導(dǎo)體碳化硅單晶缺陷和雜質(zhì)的基礎(chǔ)研究,開發(fā)碳化硅單晶生長(zhǎng)的缺陷控制新工藝和摻雜新工藝,不斷提高超厚半導(dǎo)體碳化硅單晶的質(zhì)量。
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