厚度達(dá)100 mm，碳化硅單晶生長(zhǎng)取得新進(jìn)展

近日，據(jù)浙大杭州科創(chuàng)中心官微消息，浙江大學(xué)杭州國(guó)際科創(chuàng)中心（簡(jiǎn)稱(chēng)科創(chuàng)中心）先進(jìn)半導(dǎo)體研究院-乾晶半導(dǎo)體聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室（簡(jiǎn)稱(chēng)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室）宣布，經(jīng)過(guò)近兩年的努力，首次生長(zhǎng)出厚度達(dá)100 mm的超厚碳化硅單晶。

碳化硅單晶的厚度一般約為15-30 mm，若要將碳化硅單晶厚度顯著提升，必須解決晶體的溫度梯度和應(yīng)力控制等難題。為了解決難題，聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)碳化硅單晶生長(zhǎng)方法進(jìn)行重大改進(jìn)，開(kāi)展了提拉式物理氣相傳輸（Pulling Physical Vapor Transport, PPVT）法生長(zhǎng)超厚碳化硅單晶的研究（圖1a）。? ?

圖1 (a)提拉式物理氣相傳輸法生長(zhǎng)半導(dǎo)體碳化硅（SiC）單晶的示意圖；(b)100 mm厚半導(dǎo)體SiC單晶。

“我們通過(guò)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，晶體生長(zhǎng)速率大幅下降。”徐嶺茂研究員解釋道。

采用提拉式物理氣相傳輸法，聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室成功生長(zhǎng)出直徑為6英寸（即150 mm）的碳化硅單晶，其厚度突破了100 mm。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(guò)～ 30 mΩ·cm。目前研究團(tuán)隊(duì)已就相關(guān)工作申請(qǐng)了2項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利。? ?

圖2 (a)拉曼散射光譜；(b)(0004)面的X射線(xiàn)搖擺曲線(xiàn)。

先進(jìn)半導(dǎo)體研究院副院長(zhǎng)、聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室主任皮孝東教授表示，接下來(lái)實(shí)驗(yàn)室將在科創(chuàng)中心首席科學(xué)家楊德仁院士的指導(dǎo)下，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(kāi)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。

另外，同樣據(jù)浙大杭州科創(chuàng)中心官微消息，4月24日，杭州市創(chuàng)業(yè)投資協(xié)會(huì)聯(lián)合微鏈共同發(fā)布了《2024杭州獨(dú)角獸&準(zhǔn)獨(dú)角獸企業(yè)榜單》。浙江大學(xué)杭州國(guó)際科創(chuàng)中心首批自主孵育的科學(xué)公司杭州乾晶半導(dǎo)體有限公司被認(rèn)定為“杭州準(zhǔn)獨(dú)角獸企業(yè)”。

成立3年來(lái)，乾晶半導(dǎo)體圍繞半導(dǎo)體碳化硅材料的應(yīng)用研究和成果轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵核心技術(shù)的重大進(jìn)展并成功開(kāi)啟產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，是集半導(dǎo)體碳化硅單晶生長(zhǎng)、晶片加工和設(shè)備開(kāi)發(fā)為一體的高新技術(shù)企業(yè)。其核心團(tuán)隊(duì)來(lái)自硅及先進(jìn)半導(dǎo)體材料全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，并與科創(chuàng)中心先進(jìn)半導(dǎo)體研究院成立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，共同推動(dòng)碳化硅襯底材料的產(chǎn)業(yè)化任務(wù)，助力我國(guó)第三代半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。? ?

去年10月，乾晶半導(dǎo)體中試線(xiàn)主廠房結(jié)頂。今年，6/8英寸碳化硅單晶生長(zhǎng)和襯底加工的中試基地將正式運(yùn)行，為今后實(shí)現(xiàn)6-8寸碳化硅襯底批量供給能力奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

此外，對(duì)于構(gòu)建碳化硅單晶生長(zhǎng)的熱場(chǎng)的高純碳材料，科創(chuàng)中心也作出了相應(yīng)探索。4月22日，科創(chuàng)中心宣布與嵊州市西格瑪科技有限公司聯(lián)合成立碳材料聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，旨在充分發(fā)揮雙方優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)高純國(guó)產(chǎn)碳材料在以碳化硅為代表的半導(dǎo)體行業(yè)的深入應(yīng)用。

西格瑪科技有限公司幾十年來(lái)一直致力于半導(dǎo)體行業(yè)用高純碳材料的研制，產(chǎn)品包括高純等靜壓石墨部件、高純石墨涂層部件、高純碳素保溫材料等，是國(guó)內(nèi)高端半導(dǎo)體行業(yè)碳材料產(chǎn)品領(lǐng)先企業(yè)。

高純碳材料構(gòu)建的熱場(chǎng)位于兩千多度的碳化硅單晶生長(zhǎng)爐中，碳化硅粉料受熱升華而成氣態(tài)分子，被傳輸?shù)降蜏刈丫^(qū)域內(nèi)結(jié)晶，可實(shí)現(xiàn)碳化硅單晶的生長(zhǎng)。接下來(lái)，碳材料聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室將在國(guó)產(chǎn)化石墨組件開(kāi)發(fā)及可靠性驗(yàn)證、國(guó)產(chǎn)化石墨熱場(chǎng)開(kāi)發(fā)、碳化硅耐腐蝕組件及石墨表面高溫防護(hù)涂層開(kāi)發(fā)驗(yàn)證等方面開(kāi)展聯(lián)合研究，共同打造高質(zhì)量國(guó)產(chǎn)高純碳材料并應(yīng)用于碳化硅單晶生長(zhǎng)中，助力我國(guó)高端碳材料國(guó)產(chǎn)化及半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

資料來(lái)源：浙大杭州科創(chuàng)中心

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