碳化硅襯底的制備流程是怎樣的？其存在哪些缺陷？

碳化硅襯底由高純碳粉和硅粉制備而來。

碳化硅襯底的制造需經過原料合成、晶體生長、晶錠加工、晶棒切割及晶片研 磨、拋光、清洗的步驟，其中晶體生長是難度最大、良率最低的環節。

不同于硅基材料，碳化硅材料無法用熔體提拉法制備，主要是因為在現有的實 驗條件所能達到的壓力條件下，碳化硅沒有熔點，只是在 1800℃以上時升華為氣態。 因此現有碳化硅單晶的制備常使用 PVT（物理氣相傳輸）法。該方法通過感應加熱 的方式在密閉生長腔室內在 2300℃以上高溫、接近真空的低壓下加熱碳化硅粉料， 使其升華產生包含 Si、Si2C、SiC2 等不同氣相組分的反應氣體，通過固-氣反應產生 碳化硅單晶反應源。

為了避免無序的氣相結晶形成多晶態碳化硅，生長腔室頂部設置有碳化硅籽晶， 運輸至籽晶處的氣相組分在氣相組組分過飽和的驅動下在籽晶表面原子沉積，生長 為與籽晶晶格一致的碳化硅單晶。

作為現階段最為成熟的制備碳化硅方法，PVT 法仍會產生較多結晶缺陷拉低生 產良率，此外該方法生長速度慢，導致碳化硅襯底量產成本高企。PVT 法不可實施 監控，相當于黑匣子操作。碳化硅單晶在其結晶取向上的不同密排結構存在多種原 子連接鍵合方式，從而形成 200 多種碳化硅同質異構體的晶型，極易發生不同晶型 之間的轉化，導致生長出來的晶體晶型雜亂、結晶缺陷多，質量難以提高。此外該 方法生長速度較慢，硅單晶的生長速度約為 300mm/h，碳化硅單晶的生長速度約為 400μm/h，兩者相差近 800 倍，規模化生產效率低。

碳化硅晶錠和襯底片中均含有多種晶體缺陷，如堆垛層錯（SF）、微管（Micropipe）、 貫穿螺型位錯（TSD）、貫穿刃型位錯（TED）、基平面位錯（BPD）等等。在外延生 長過程中，襯底中的 TSD 約 98%轉化為 TSD，其余轉換為 Frank SFs；TED 則 100% 轉化為 TED；BPD 約 95%轉化為 TED，少量維持 BPD。

TSD 和 TED 基本不影響最終的碳化硅器件的性能，而 BPD 會引發器件性能的 退化，因此人們對 BPD 的關注度比較高。堆垛層錯，胡蘿卜缺陷，三角形缺陷，掉 落物等缺陷一旦出現在器件上，即會導致器件測試失敗，致使良率降低。

目前微管缺陷已在業界被較好地控制，天岳先進的微管密度也已降低至 0.5??−?以下，達到國際先進水平。TSD/TED/BPD 三種主要的缺陷仍是影響碳化硅 襯底良率的主要因素，其密度在過去大幅降低，使得碳化硅襯底的大規模產業化成 為可能。