山东大学教授陈秀芳：大尺寸4H-SiC单晶扩径及衬底制备

伴随着SiC材料直径和质量的突破，电力电子器件、光电子等相关器件应运而生，其市场规模逐年增长。全球碳化硅领域以6英寸衬底为主，随着电动汽车等行业发展，对碳化硅需求量急增，为增加产能，降低SiC器件成本，扩大衬底尺寸是重要途径。

在第八届国际第三代半导体论坛（IFWS）第十九届中国国际半导体照明论坛（SSLCHINA）的“碳化硅衬底材料生长与加工及外延技术“分论坛上，南砂晶圆副总经理，山东大学教授陈秀芳带来了题为“大尺寸4H-SiC单晶扩径及衬底制备”的主题报告，分享了8英寸单晶材料进展。

报告指出，当前8英寸4H-SiC晶体制备难点主要涉及高质量8英寸4H-SiC籽晶制备；大尺寸温度场不均匀和成核过程控制；大尺寸晶体生长体系下气相物质组分输运效率和演变规律；大尺寸热应力增大导致的晶体开裂和缺陷增殖。

8英寸籽晶制备方面，为兼顾晶体质量及扩径尺寸，研究设计了合适的温场、流场及扩径装配；以6英寸的碳化硅籽晶为起点，进行籽晶迭代，逐步扩大SiC晶体尺寸直到达8英寸；通过多次晶体生长和加工，逐步优化晶体扩径区域的结晶质量，提升8英寸籽晶的品质。

8英寸导电型晶体和衬底制备方面，研究优化大尺寸晶体生长的温场和流场设计，进行8英寸导电型SiC晶体生长，控制掺杂均匀性。晶体经过粗加工整形后，获得标准直径的8英寸导电型4H-SiC晶锭；经过切割、研磨、抛光后，加工获得520μm厚度的8英寸导电型4H-SiC衬底。8英寸4H-SiC衬底拉曼测试，无6H和15R-SiC等多型，4H晶型面积比例达到100%。

报告指出，未来将研究8英寸衬底中各类型位错密度的分布及控制;提高8英寸衬底生长的质量及稳定性;改善8英寸衬底各项加工步骤的工艺。据透露，目前南砂晶圆公司已成功生长出单一4H晶型8英寸SiC 晶体，加工出8英寸SiC晶片。