中國粉體網(wǎng)訊 在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈中，以先進(jìn)陶瓷為代表的關(guān)鍵零部件是支撐半導(dǎo)體設(shè)備實(shí)現(xiàn)先進(jìn)制造的重要載體，也是目前國產(chǎn)化替代的重要領(lǐng)域。同時(shí)，以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體材料已展現(xiàn)出極其重要的戰(zhàn)略性應(yīng)用價(jià)值，其中碳化硅單晶制備占據(jù)價(jià)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(dǎo)體行業(yè)用陶瓷材料技術(shù)研討會(huì)暨第三代半導(dǎo)體SiC晶體生長技術(shù)交流會(huì)”在江蘇蘇州隆重開幕，會(huì)議期間，我們邀請到眾多專家學(xué)者做客“對話”欄目，圍繞先進(jìn)陶瓷在半導(dǎo)體行業(yè)的應(yīng)用研究及碳化硅單晶生長技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行了訪談交流。本期，我們邀請到的是天津理工大學(xué)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(rèn)為哪一個(gè)最具有發(fā)展前景或最具有實(shí)用價(jià)值？為什么？
徐院長：現(xiàn)在就判定哪一種方法最好，還為時(shí)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(huì)被HTCVD法和熔液法替代，但是如果PVT法徹底解決這些問題，實(shí)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(xué)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(shí)候是此消彼長，有時(shí)候是各自對應(yīng)不同的應(yīng)用方向，但發(fā)展是硬道理，不存在一個(gè)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(shù)難題？該如何解決？
徐院長：目前主流都是PVT法，它面臨的技術(shù)問題：一是感應(yīng)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(xué)計(jì)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(tái)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(rèn)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(yīng)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(jìn)，但要從根本上解決還需要科研人員進(jìn)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(shè)備和原材料有哪些特殊需求？
徐院長：PVT法設(shè)備最關(guān)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(dá)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(shè)備，關(guān)鍵是要能實(shí)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(guān)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(guān)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(guān)鍵的是坩堝怎么降成本，一是如何實(shí)現(xiàn)低成本的一次性使用的坩堝，二是如何實(shí)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(tuán)隊(duì)在碳化硅單晶生長技術(shù)方面的研究進(jìn)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(shí)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(shí)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(gè)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(xué)校里我們可以生長出4英寸單晶，在熱場設(shè)計(jì)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(tái)HTCVD設(shè)備，但是學(xué)校條件限制，還沒開展工藝實(shí)驗(yàn)。
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(jià)格上未來6英寸碳化硅襯底的售價(jià)有希望降低到1000元人民幣以下，應(yīng)用場景及市場規(guī)模會(huì)非常巨大，碳化硅將在半導(dǎo)體襯底方面占據(jù)主導(dǎo)地位，其他化合物半導(dǎo)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(jì)單晶長度最多也就是達(dá)到10厘米。要進(jìn)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(gè)坩堝生長多個(gè)晶體方向發(fā)展。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）
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