最後更新:2026年10月8日晶圓製造・基板加工化合物基板(SiC・GaN・藍寶石)中國大陸:PVT法(物理气相传输法)

PVT 法(昇華法)是什麼

PVT (Physical Vapor Transport) Method

PVT 法(昇華法)是將原料在超過 2,000℃ 下昇華,利用溫差輸送蒸氣並使其在晶種上再結晶的晶體成長技術,用於無法從熔液拉晶的 SiC 與 AlN。成長速度每小時僅約 0.1~1mm,晶棒長度也只有數十mm,1 根可切出的片數少,是 SiC 基板比矽晶圓貴上一個數量級的最大原因。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

PVT 法(Physical Vapor Transport:物理氣相傳輸法、昇華法、改良 Lely 法)是將原料在高溫下昇華,利用溫差輸送蒸氣,使其在晶種上再結晶以長成單晶的晶體成長技術。用於如 SiC(碳化矽)、AlN(氮化鋁)等在常壓下不具液態,或熔點極高的材料。

以 SiC 為例,在坩堝下部放置 SiC 粉末原料、上部放置晶種,整體加熱至 2,000~2,500℃。讓原料端溫度稍高、晶種端稍低,昇華出的 Si、Si₂C、SiC₂ 等氣體物種便會沿溫度梯度上升,在晶種表面達到過飽和並析出成晶體。成長速度每小時約 0.1~1mm,非常緩慢,1 根晶棒需要數天。

與矽的 CZ 法相比,決定性的差異在於成長慢、晶棒短。CZ 法可在數十小時內拉出 2m 級的晶棒,而 PVT 法的 SiC 晶棒長度僅有數十mm。1 根晶棒可切出的晶圓片數少得多(相差一個數量級以上),是 SiC 基板比矽晶圓貴一個數量級以上的最大原因。

品質方面的課題是 SiC 特有的晶體缺陷。過去貫穿孔狀的微管(micropipe)是致命缺陷,但透過改善成長條件已幾乎消除。目前的主要課題是基面差排(BPD),它會在通電中擴展為疊差,使導通電阻隨時間上升,因此會搭配在磊晶成長階段將 BPD 轉換為刃狀差排的技術來降低。防止多型(4H/6H)混雜的溫度與壓力控制也很重要。

近年也在研究速度更快的溶液成長法(Top Seeded Solution Growth)與高溫 CVD 法,但量產主流仍是 PVT 法。設備由 PVA TePla 等供應,基板廠商則有 Wolfspeed、Coherent、SK Siltron、Resonac、住友電工等相互競爭。目前正朝 8 吋(200mm)化推進,口徑擴大是降低 SiC 元件成本的關鍵。

PVT 法(昇華法)的常見問題

SiC 為什麼不能用 CZ 法製造?
因為 SiC 在常壓下不具液態,加熱時不會熔化而是直接昇華。從熔液拉晶的 CZ 法在原理上無法使用,因此採用以溫差輸送昇華蒸氣、使其在晶種上再結晶的 PVT 法(昇華法)。
SiC 基板為什麼比矽晶圓貴?
因為成長速度每小時僅約 0.1~1mm,晶棒長度也只有數十mm,1 根可切出的晶圓片數遠少於矽(相差一個數量級以上)。此外,其硬度僅次於鑽石,切割與研磨也耗費時間並造成材料損耗。
基面差排(BPD)為什麼是問題?
因為通電中 BPD 會擴展為疊差,使導通電阻隨時間上升(雙極劣化)。要在基板端完全消除很困難,因此會搭配在磊晶成長階段將 BPD 轉換為危害較小之刃狀差排的技術來降低。

相關設備・材料

比較文章

所屬主題