月初，行业新闻报道，新洁能拟以2500万元投资常州臻晶半导体。
新闻一出立马引起行业热议，主要原因是因为常州臻晶是一家专业从事第三代半导体碳化硅(SiC)液相法晶体研发、生产和销售的企业，这一则新闻，把液相法长晶等词条的搜索热度推向新一波高潮。
据常州臻晶称公司采用液相法生长的P型衬底，良率可从50%提高到75%，长晶效率可提升2-5倍，大幅降低碳化硅衬底成本。
目前，商用的SiC衬底主要有PVT、HT-CVD和LPE，3种生长方式。
PVT是目前市场上最常见的主流长晶方法，但PVT长晶仍存在部分问题，例如：
1.合成原料成本高➔衬底成本高
2.原材料纯度低➔衬底纯度低
3.颗粒尺寸小➔晶棒比较薄➔衬底产能低
4.长晶炉、SiC原材料和工艺不匹配，良率低
这是目前整体碳化硅衬底行业面临的几个主要问题。
液相法主要优势
从生产角度看液相法生长的主要生长条件，其实和气相法生长碳化硅很相似。在石墨坩埚里面装上硅和一些金属专业成分，通过外面一个线圈进行加热，然后在顶上放上籽晶，使之向上逐渐生长；在这一过程中向上提拉晶体，其中的碳源主要是从坩埚里提取。
一般在临近坩埚的地方温度要高一点，在顶层温度要低一点，这样底下的温度低可以实现碳溶解，把石墨坩埚里碳溶解到溶液中。由于部分上下有一个温差，就会形成一个对流，把下面溶液带到上面籽晶的地方，这里相对来说温度比较低，这样刚才吸进来的碳就会与硅结合，重新进行结晶，这样碳化硅就重新析出，形成一个周而复始的循环，实现碳化硅的生长过程。
住友溶液生长技术-MPZ（多参数和区域控制）
在本月徐州举办的产业会议上，北京晶格领域半导体有限公司总经理张泽盛解读了液相法生长大尺寸硅单晶碳的优势所在：“液相法的优势首先是成本上的降低，一是生长原料是通过单体的硅和合金组成的，这样就省去了传统气相法生长过程中制备高纯碳化硅晶体粉末需要，原料相对来说可以节约一部分成本；二是液相法生长的温度更低，节能上有一定优势；三是液相法由于温度低，整个过程相对来说比较稳定，重复性和可靠性相对较好，良率有望得到提升。综合下来，我们认为降低30%左右的成本还是可以实现的。”
液相法主流企业研究进展-晶格领域
晶格领域在此次徐州会议上发布的液相法生长的六寸碳化硅衬底，据晶格称，公司已经实现了4英寸和6英寸晶体和晶片的生长，整体晶体表面比较平整，稳定性还可以，包括晶体里边的包裹已经基本消除，位错等方面的数据基本符合市场的需求，相变也稳定在4H晶体类别。
液相法主流企业研究进展-日本住友
去年，日本住友公布了液相法长晶的进展：公司利用MPZ技术，生长了高质量、低成本的SiC衬底和SiC外延片，消除了表面缺陷和基面位错(BPD)，无缺陷区（DFA）达到99%。
▲6英寸SiC衬底，几乎无缺陷，可用面积达到99%以上。
▲相比PVT法，SiC长晶速度提高了5倍左右，相比普通的LPE法速度提升了200倍。
▲SiC晶体没有基面位错，晶体螺旋位错减少到100个或更少。
住友液相法长晶主要手段
1、选择更好的溶剂：SiC溶液生长法最常用的溶剂是Si，但由于在1800°C时，溶解到Si熔液中的碳含量只有1at%，甚至更少，导致SiC的生长速度极慢，一般在10μm/h以下。而住友选择了Si-Ti和Si-Cr溶剂，成功将SiC单晶生长速度提升至2mm/h（2000μm/h），相比之下，PVT法的生长速度约为400um/h。
2、是抑制多晶和溶剂夹杂缺陷：住友使用顶部种子溶液生长法（TSSG）来生长4H-SiC单晶，但会有2个问题。
1）籽晶浸入溶液时，石墨夹持轴端会接触溶液，从而导致石墨表面发生SiC成核，形成了不良晶体。
住友将晶体与溶液表面接触，然后将它提拉至溶液表面上方约0.2-1.0mm处，以形成弯液面，这样就避免了石墨接触溶液，可以完全抑制了不良晶体的生长。
2）要抑制不良晶体的形成，要优化晶体生长炉的热区隔热材料结构，使溶液中的温度均匀。但是如果籽晶附近的热量也均匀化，也会减缓晶体生长速度。住友借助仿真技术来优化温度分布，并通过晶体夹持轴将热量从籽晶背面释放，来促进单晶生长，除单晶生长部分外，溶液中的温差保持在4°C左右，这样不良晶体就不会出现在溶液中和石墨坩埚内壁，可实现近100小时的长时间生长。
3、降低晶面粗糙度，抑制溶剂夹杂物。通常，在溶液中生长SiC晶体时，晶体增厚，表面就会粗糙，如果形成几百微米到几毫米的的凹凸，溶剂就会留在细小凹处，从而形成溶剂夹杂缺陷，容易引发功率器件失效。为了使晶体生长保持表面光滑，住友提出了新的方法—使晶体的生长界面向内弯曲。实践发现，生长界面为凹面时，溶液流与台阶向前移动的方向相反，这样就可以显著降低表面粗糙度。
4、通过氮掺杂降低电阻。住友发现，使用Si-Ti或Si-Cr溶剂还有个好处—在气氛气体中加入少量的氮，可以对SiC晶体进行氮掺杂。通过测算，溶液生长晶体的比电阻几乎与PVT法相同—N型晶体的电阻率为15-20mΩ∙cm。
但到目前为止，液相法相比PVT长晶在量产道路上仍有重重挑战，期待液相法长晶企业早日有新的进展公布！
