PVT物理氣相傳輸法

這是目前最為普遍的制備碳化硅單晶方式，大部分正在大規(guī)模出貨SiC襯底的廠商都采用了PVT法來進(jìn)行晶體生長(zhǎng)。首先是晶體生長(zhǎng)的原料合成，這個(gè)過程是將高純硅粉和高純碳粉按一定配方混合，在2000℃以上的高溫條件下，在反應(yīng)腔室內(nèi)通過特定反應(yīng)工藝，去除反應(yīng)環(huán)境中殘余的、反應(yīng)微粉表面吸附的痕量雜質(zhì)，使硅粉和碳粉按照既定化學(xué)計(jì)量比反應(yīng)合成特定晶型和顆粒度的碳化硅顆粒。再經(jīng)過破碎、篩分、清洗等工序，制得滿足晶體生長(zhǎng)要求的高純度碳化硅粉原料。每一批進(jìn)行取樣測(cè)試純度、顆粒度等。

下一步是碳化硅單晶生長(zhǎng)，目前的PVT法主要是在接近真空的密閉生長(zhǎng)室腔內(nèi)，通過感應(yīng)加熱的方式將碳化硅粉料加熱到2300攝氏度以上，使其升華產(chǎn)生Si、Si2C、SiC2等多種氣相組分的反應(yīng)氣體，并在生長(zhǎng)腔室頂部的碳化硅籽晶表面形成原子沉積，逐漸生長(zhǎng)為碳化硅單晶。

當(dāng)然在這個(gè)過程中，有很多參數(shù)需要進(jìn)行穩(wěn)定控制，作為一個(gè)系統(tǒng)，不同參數(shù)的細(xì)微變動(dòng)，比如控制生長(zhǎng)溫度、溫度梯度、生長(zhǎng)面、料面間距和生長(zhǎng)壓力等，都可能會(huì)導(dǎo)致最終生長(zhǎng)出的晶體晶型改變，或是結(jié)晶缺陷。至于如何控制生長(zhǎng)室腔內(nèi)熱場(chǎng)和溫度梯度等參數(shù)，就是各家襯底廠商的KnowHow了，這也是很多襯底廠商具備自研單晶爐能力的原因。

不過PVT法生長(zhǎng)SiC單晶的速度太慢了，一般生長(zhǎng)出20mm厚的晶體需要7天時(shí)間，而生產(chǎn)1~3米長(zhǎng)的硅晶棒只需要一天時(shí)間。

HTCVD高溫化學(xué)氣相沉積法

HTCVD法實(shí)際上與PVT法類似，是在CVD化學(xué)氣相沉積法的基礎(chǔ)下進(jìn)行改進(jìn)。這種碳化硅單晶生長(zhǎng)方法是利用硅烷（SiH4）和碳?xì)浠衔铮ū热鏑2H4、C3H8）氣體為晶體生長(zhǎng)提供Si和C，在石墨坩堝中，氣體從底部進(jìn)入坩堝，在2100~2300℃的加熱區(qū)中反應(yīng)生成Si和SiC，這些反應(yīng)生成的氣體在坩堝上方旋轉(zhuǎn)的籽晶上生成碳化硅晶體。

HTCVD法的碳化硅晶體生長(zhǎng)速度相對(duì)PVT而言較快，可以達(dá)到每小時(shí)0.3mm~0.6mm。在2020年超芯星就宣布國(guó)內(nèi)首臺(tái)HTCVD碳化硅單晶生長(zhǎng)設(shè)備研制成功，未來也有機(jī)會(huì)成為大尺寸碳化硅晶體的重要生長(zhǎng)方法之一。