中國粉體網(wǎng)訊 在半導體產(chǎn)業(yè)鏈中，以先進陶瓷為代表的關鍵零部件是支撐半導體設備實現(xiàn)先進制造的重要載體，也是目前國產(chǎn)化替代的重要領域。同時，以碳化硅為代表的第三代半導體材料已展現(xiàn)出極其重要的戰(zhàn)略性應用價值，其中碳化硅單晶制備占據(jù)價值鏈最核心位置。4月25日，由中國粉體網(wǎng)主辦的“第三屆半導體行業(yè)用陶瓷材料技術研討會暨第三代半導體SiC晶體生長技術交流會”在江蘇蘇州隆重開幕，會議期間，我們邀請到眾多專家學者做客“對話”欄目，圍繞先進陶瓷在半導體行業(yè)的應用研究及碳化硅單晶生長技術及產(chǎn)業(yè)化進行了訪談交流。本期，我們邀請到的是天津理工大學功能晶體研究院徐永寬副院長。
中國粉體網(wǎng)：徐院長您好，目前三種主流的碳化硅單晶生長方法中，您認為哪一個最具有發(fā)展前景或最具有實用價值？為什么？
徐院長：現(xiàn)在就判定哪一種方法最好，還為時過早。在短期內(nèi)PVT法仍將是主流，但PVT法如果不能解決成品率低、生產(chǎn)效率低、綜合成本高的問題，很可能會被HTCVD法和熔液法替代，但是如果PVT法徹底解決這些問題，實現(xiàn)重大突破，留給HTCVD法和熔液法的空間就很小了。與PVT類似，HTCVD法和熔液法也面臨著一些自己的問題，這里面有科學問題，但大部分是工程問題，我們可以參考光伏中：多晶硅生產(chǎn)中的西門子法多晶硅和硅烷法多晶硅的競爭，電池板的多晶路線和單晶路線的競爭，有時候是此消彼長，有時候是各自對應不同的應用方向，但發(fā)展是硬道理，不存在一個路線的優(yōu)勢可以一勞永逸存續(xù)。
中國粉體網(wǎng)：徐院長，針對大尺寸碳化硅單晶生長，我們目前面臨著哪些技術難題？該如何解決？
徐院長：目前主流都是PVT法，它面臨的技術問題：一是感應爐控功率模式造成的成品率太低的問題；二是優(yōu)于碳化硅非化學計量比升華造成的單晶生長速率低和晶體太短的問題，現(xiàn)在行業(yè)里每臺單晶爐每年生產(chǎn)晶片不超過500片，不提高生產(chǎn)效率，靠大量增加爐子數(shù)量，是沒有前途的。針對成品率問題，我認為，采用上下可以分別控制溫度的雙溫區(qū)電阻單晶爐或雙線圈感應爐，是未來發(fā)展的必然。針對生長速率低、晶體太短的問題，目前行業(yè)里大家已經(jīng)通過使用碳化鉭涂層和多孔石墨來改進，但要從根本上解決還需要科研人員進一步發(fā)揮自己的聰明才智。
中國粉體網(wǎng)：徐院長，針對不同的制備工藝，碳化硅單晶生長對設備和原材料有哪些特殊需求？
徐院長：PVT法設備最關鍵的就是要能夠穩(wěn)定的控制溫度和壓力，最好坩堝上下溫度能夠分別穩(wěn)定的控制，對于碳化硅粉料，目前來看需要粉料的粒徑要大，要達到毫米級的粒徑，這樣才不容易燒結(jié)，升華才相對穩(wěn)定。
對于HTCVD法設備，關鍵是要能實現(xiàn)2500℃以上的高溫，而且要雙溫區(qū)。原料材料是氣體，目前都沒問題。關鍵是石墨件和保溫材料要碳化鉭涂層，而且需要低成本化。
對于熔液法，后面關鍵是要發(fā)展帶攪拌磁場的電阻法爐子，把加熱和電磁攪拌分開。原輔材料方面，最關鍵的是坩堝怎么降成本，一是如何實現(xiàn)低成本的一次性使用的坩堝，二是如何實現(xiàn)多次利用。
中國粉體網(wǎng)：徐院長，能否分享一下目前您和您的團隊在碳化硅單晶生長技術方面的研究進展。
徐院長：我們開發(fā)了新一代6英寸、8英寸的雙溫區(qū)電阻單晶爐，上下溫度可以穩(wěn)定精確控制，基于這樣的爐子，我們可以實現(xiàn)6天生長3cm左右的晶體，這比行業(yè)普通水平提高2倍以上。同時我們正在開發(fā)下一代的爐子，有希望把生產(chǎn)效率提高一個數(shù)量級。
在熔液法方面，我們在仿真模擬、工藝研究、配方探索方面做了一些工作。在學校里我們可以生長出4英寸單晶，在熱場設計和基本工藝方面是完全掌握的。另外我們探索了適合N型碳化硅單晶生長熔液配方。
在HVPE方面主要開展了仿真模擬的工作，搭建一臺HTCVD設備，但是學校條件限制，還沒開展工藝實驗。
中國粉體網(wǎng)：徐院長，請展望一下碳化硅單晶生長工藝在未來可能的發(fā)展方向。
徐院長：碳化硅單晶生長工藝肯定是向著低成本化、高效率化方向發(fā)展，首先從價格上未來6英寸碳化硅襯底的售價有希望降低到1000元人民幣以下，應用場景及市場規(guī)模會非常巨大，碳化硅將在半導體襯底方面占據(jù)主導地位，其他化合物半導體基本是通過外延或鍵合方式，在碳化硅襯底上使用。
生產(chǎn)效率方面，碳化硅單晶長度將比現(xiàn)在更長，但是受材料特性影響，估計單晶長度最多也就是達到10厘米。要進一步提高生產(chǎn)效率，就是向橫向發(fā)展，例如單晶尺寸向12英寸、16英寸發(fā)展，或者向一個坩堝生長多個晶體方向發(fā)展。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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