5G功率元件用碳化矽基板簡介

矽晶圓上長氮化鎵做功率元件,因矽與氮化鎵的晶格常數與熱膨脹係數的差異大(17%與54%),容易讓氮化鎵產生缺陷,甚至破裂。而碳化矽(特別是4H-SiC)與氮化鎵的晶格常數與熱膨脹係數的差異只有3.5%與25%, 遠小於矽晶圓,因此碳化矽是較好的選擇 。

在這應用的碳化矽基板晶體結構必須是單晶,無法用燒結碳化矽方式製成。目前碳化矽單晶基板的主要製造方式有 :

1.化學氣相傳輸(Chemical Vapor Transportation; CVT)法:把多晶的碳化矽粉放在石墨坩堝中,在真空(或低Ar氣氛)與高溫環境下,讓多晶的碳化矽分解昇華,並且沿著碳化矽單晶晶種長成單晶塊。這是最主流的製程方式。

2.高溫化學氣象沉積法(HTCVD):把高純度的氣相矽源與碳源,通入高溫爐中進行反應,再將反應物帶入低溫區,再沿著碳化矽單晶晶種長成單晶塊。

3.液相磊晶法(LPE) : :把固態的矽粉與碳粉放在石墨坩堝中,在高溫環境下,讓矽粉與碳粉熔融反應,並且沿著旋轉棒前端的碳化矽單晶晶種,向上提拉長成單晶塊。這樣製程方式缺陷較多。

不管是CVT或是HTCVD或是LPE,都需要碳化矽單晶晶種,這單晶晶種對純度與雜質控制等有一定的要求。而CVT法還需要多晶的碳化矽粉做昇華的原料,這多晶粉體除了要有純度、雜質控制、粒徑等的要求外,還要注意其結晶相選擇。