6-Zoll-HPSI-SiC-Substratwafer. Halbisolierende SiC-Wafer aus Siliziumkarbid

Zu den gängigen Züchtungsmethoden für SiC-Einkristalle zählen vor allem die Flüssigphasenmethode, die chemische Gasphasenabscheidung bei hohen Temperaturen und die physikalische Dampfphasentransportmethode (PVT). Die PVT-Methode ist die am besten erforschte und ausgereifteste Technologie für das Wachstum von SiC-Einkristallen. Ihre technischen Schwierigkeiten sind:

(1) Bei einer hohen Temperatur von 2300 °C wird der SiC-Einkristall in einer geschlossenen Graphitkammer durch den Rekristallisationsprozess der Umwandlung „fest – gasförmig – fest“ abgeschlossen. Der Wachstumszyklus ist lang, schwer zu kontrollieren und anfällig für Mikrotubuli, Einschlüsse und andere Defekte.

(2) Siliziumkarbid-Einkristalle umfassen mehr als 200 verschiedene Kristalltypen. Im Allgemeinen wird jedoch nur ein Kristalltyp hergestellt. Im Wachstumsprozess kommt es leicht zu einer Umwandlung des Kristalltyps, was zu Einschlussdefekten mehrerer Typen führt. Bei der Herstellung eines einzelnen spezifischen Kristalltyps ist die Stabilität des Prozesses schwer zu kontrollieren. Beispielsweise ist der derzeit am weitesten verbreitete Typ 4H.

(3) Beim Wachstum von Siliziumkarbid-Einkristallen entsteht im thermischen Feld ein Temperaturgradient, der im Kristallwachstumsprozess zu einer natürlichen inneren Spannung führt und Versetzungen, Fehler und andere Defekte hervorruft.

(4) Beim Wachstumsprozess von Siliziumkarbid-Einkristallen muss die Einführung externer Verunreinigungen streng kontrolliert werden, um einen hochreinen halbisolierenden Kristall oder einen gerichtet dotierten leitfähigen Kristall zu erhalten. Bei den in HF-Geräten verwendeten halbisolierenden Siliziumkarbidsubstraten müssen die elektrischen Eigenschaften durch die Kontrolle einer sehr niedrigen Verunreinigungskonzentration und bestimmter Arten von Punktdefekten im Kristall erreicht werden.