碳化硅衬底的制备流程是怎样的？其存在哪些缺陷？

碳化硅衬底由高纯碳粉和硅粉制备而来。

碳化硅衬底的制造需经过原料合成、晶体生长、晶锭加工、晶棒切割及晶片研 磨、抛光、清洗的步骤，其中晶体生长是难度最大、良率最低的环节。

不同于硅基材料，碳化硅材料无法用熔体提拉法制备，主要是因为在现有的实 验条件所能达到的压力条件下，碳化硅没有熔点，只是在 1800℃以上时升华为气态。 因此现有碳化硅单晶的制备常使用 PVT（物理气相传输）法。该方法通过感应加热 的方式在密闭生长腔室内在 2300℃以上高温、接近真空的低压下加热碳化硅粉料， 使其升华产生包含 Si、Si2C、SiC2 等不同气相组分的反应气体，通过固-气反应产生 碳化硅单晶反应源。

为了避免无序的气相结晶形成多晶态碳化硅，生长腔室顶部设置有碳化硅籽晶， 运输至籽晶处的气相组分在气相组组分过饱和的驱动下在籽晶表面原子沉积，生长 为与籽晶晶格一致的碳化硅单晶。

作为现阶段最为成熟的制备碳化硅方法，PVT 法仍会产生较多结晶缺陷拉低生 产良率，此外该方法生长速度慢，导致碳化硅衬底量产成本高企。PVT 法不可实施 监控，相当于黑匣子操作。碳化硅单晶在其结晶取向上的不同密排结构存在多种原 子连接键合方式，从而形成 200 多种碳化硅同质异构体的晶型，极易发生不同晶型 之间的转化，导致生长出来的晶体晶型杂乱、结晶缺陷多，质量难以提高。此外该 方法生长速度较慢，硅单晶的生长速度约为 300mm/h，碳化硅单晶的生长速度约为 400μm/h，两者相差近 800 倍，规模化生产效率低。

碳化硅晶锭和衬底片中均含有多种晶体缺陷，如堆垛层错（SF）、微管（Micropipe）、 贯穿螺型位错（TSD）、贯穿刃型位错（TED）、基平面位错（BPD）等等。在外延生 长过程中，衬底中的 TSD 约 98%转化为 TSD，其余转换为 Frank SFs；TED 则 100% 转化为 TED；BPD 约 95%转化为 TED，少量维持 BPD。

TSD 和 TED 基本不影响最终的碳化硅器件的性能，而 BPD 会引发器件性能的 退化，因此人们对 BPD 的关注度比较高。堆垛层错，胡萝卜缺陷，三角形缺陷，掉 落物等缺陷一旦出现在器件上，即会导致器件测试失败，致使良率降低。

目前微管缺陷已在业界被较好地控制，天岳先进的微管密度也已降低至 0.5??−?以下，达到国际先进水平。TSD/TED/BPD 三种主要的缺陷仍是影响碳化硅 衬底良率的主要因素，其密度在过去大幅降低，使得碳化硅衬底的大规模产业化成 为可能。