江苏集芯8英寸液相法碳化硅单晶研制成功

江苏集芯成功出炉首枚8英寸液相法高质量碳化硅单晶，完成液相法工艺从6英寸到8英寸的研发跨越。

据报道，近日，江苏集芯先进材料有限公司成功出炉首枚8英寸液相法（LPE）高质量碳化硅单晶。经检测，晶体面型、晶型与结晶质量均达到预期目标，标志着江苏集芯在第三代半导体核心材料领域再下一城。

液相法碳化硅长晶基本原理是碳（溶质）被溶解在硅和助溶剂组成的高温液体（溶剂）中，碳（溶质）因过饱和而在碳化硅籽晶处析出，同时因晶格库伦场的作用携带出硅原子，实现SiC晶体的生长。具有生长温度低而结晶质量高、生长速度快而容易长厚、便于扩径而容易长大和容易实现Al掺杂而获得p型低阻衬底等优势。从长远来看，液相法是制备高质量SiC晶体的一种有前途的方法，低温溶液生长法由于生长过程具有更好的可控性和稳定性，提高了良率，可以有效降低衬底晶片成本超过30%。

江苏集芯仅用半年便完成液相法工艺从6英寸到8英寸的研发跨越。相比PVT，液相法在生产效率、材料利用率、成本控制及大尺寸扩径等方面优势显著，被公认为下一代碳化硅长晶的核心路线。全球范围内，仅极少数顶尖机构曾试制出液相法晶体，真正迈入8英寸级仍属罕见。

截至目前，江苏集芯已布局专利167件，其中发明专利83件，覆盖晶体生长等全流程。之前，江苏集芯申请专利可减少包裹物的碳化硅晶体生长装置。

在现有的碳化硅单晶生长过程中，由于原料中的杂质、气流中的碳颗粒以及硅的优先升华等因素，碳化硅晶体内部会形成包裹物。这些包裹物会导致晶体质量下降，影响后续器件的性能。如何减少或消除晶体中的包裹物，提高碳化硅单晶的质量，一直是技术领域中的难题。

该技术方案通过优化碳化硅晶体生长装置的结构，设置多个过滤组件和填充层来减少包裹物的产生。

上坩埚和坩埚本体：上坩埚限定了一个底部敞开的晶体生长室，顶壁设置籽晶。坩埚本体限定了一个顶部敞开的粉料腔，并与上坩埚通过螺纹连接。坩埚内壁设有两个环形台阶，用于安装石墨过滤件。

石墨过滤件：装置包含两个石墨过滤件，分别为第一和第二石墨过滤件。第一石墨过滤件位于下方，第二石墨过滤件位于上方。两者通过环形台阶固定，并在中部分别设有气流过孔。第一气流过孔的直径小于第二气流过孔的直径。

惰性颗粒填充层：第一石墨过滤件和第二石墨过滤件之间铺设了惰性颗粒填充层，这些惰性颗粒能有效吸附和过滤气流中的碳包裹物，减少它们进入晶体生长区域。

钽网：在第一石墨过滤件和坩埚本体的内壁之间还设置了钽网，钽网可以阻挡坩埚本体腐蚀产生的颗粒进入长晶气氛，从而进一步减少包裹物。

该方案的创新之处在于通过在上下方向设置第一和第二石墨过滤件，气流经过这些过滤件时会被有效清洁，减少其中的包裹物；填充层使用惰性颗粒，如钽、钨等高温稳定的材料，这些颗粒能够在气流通过时吸附或过滤掉不纯物质，确保进入生长室的气流更为纯净；通过设计不同直径的气流过孔，优化了气流的流动路径，确保过滤效果更加均匀。第一气流过孔较小，有助于阻挡更多包裹物，而第二气流过孔较大，允许气流顺畅通过；钽网作为过滤组件，可以有效防止坩埚本体腐蚀颗粒的进入，减少晶体内的杂质含量。

通过上述的多层过滤设计，尤其是惰性颗粒填充层的使用，显著减少了晶体生长过程中包裹物的形成。测试表明，使用该装置生长的碳化硅晶体，包裹物的面积明显低于对比组。实施例中的碳化硅单晶电阻率、微管密度和位错密度都显著改善，表明晶体质量得到了提升。过滤系统能够有效平稳气流，减少气氛的不均匀性，从而为晶体提供更稳定的生长环境，进一步提高晶体的质量和一致性。

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