Siliciumcarbide (SiC) poeder is een cruciaal upstream materiaal voor de kristalgroei van halfgeleiders van de derde generatie. De zuiverheid, deeltjesmorfologie en het verdampingsgedrag beïnvloeden direct de stabiliteit van de sublimatiesnelheid, de defectvorming en de algehele kristalkwaliteit voor 6–12 inch wafers. Tegenwoordig domineren twee gangbare syntheseroutes de industrie: Chemical Vapor Deposition (CVD) en de traditionele Acheson Si+C vastestofreactie. Deze review biedt een technische vergelijking van hun mechanismen, poedereigenschappen, compatibiliteit met lange kristallen en toekomstige ontwikkelingstrends.

1. Procesprincipes en belangrijke mechanistische verschillen

CVD-route

Gasfase reactie met behulp van hoogzuiver silaan (SiH₄) en koolwaterstoffen (CH₄/C₂H₂) bij 1200–1600 °C.
Belangrijkste kenmerken:
• Volledig gasfasemechanisme minimaliseert onzuiverheidsbronnen.
• SiC-deeltjes vormen zich direct zonder mechanisch vermalen.
• Nauwkeurige deeltjesgroottecontrole van 40 nm tot enkele micrometers.
• Stabiele morfologie en uitstekende kristalliniteit.

Acheson-route (Si + C vastestofreactie)

Vastestofdiffusie tussen siliciumpoeder en roet bij 2000–2500 °C, gevolgd door vermaling en classificatie.
Belangrijkste kenmerken:
• Volwassen, high-throughput methode.
• Vereist nabewerking, wat leidt tot een bredere deeltjesverdeling.
• Hogere slijtage van de oven en zuurstofopname.
• Deeltjesgroottes van ~10 µm tot enkele millimeters.

2. Vergelijking van poederkwaliteit en impact op kristalgroei

Implicaties voor sublimatiekristalgroei:
Kristalgroei van grote diameter (8–12 inch) SiC vereist extreem lage onzuiverheidsniveaus en stabiele sublimatiesnelheden. CVD-poeders bieden superieure uniformiteit en zuiverheid, terwijl grove Acheson-korrels een betere bedpermeabiliteit bieden. Als gevolg daarvan worden hybride mengsels (CVD fijn poeder + Acheson grof poeder) vaak gebruikt om de uniformiteit van de sublimatie en de thermische stabiliteit in evenwicht te brengen.

3. Procesmatching en poederselectiestrategie

≤6-inch SiC kristalgroei

Acheson hoogzuivere poeders blijven voldoende vanwege bredere groeivensters en lagere gevoeligheid voor onzuiverheidsfluctuaties.

8-inch sublimatieovens

Een gemengd poedersysteem wordt voordelig:
• 20–40% CVD fijn poeder verbetert de zuiverheid en uniforme sublimatie.
• Grove Acheson-korrels behouden een optimale permeabiliteit en thermische stroming.

12-inch R&D-lijnen

Hogere afhankelijkheid van CVD-poeder:
• 60–100% CVD fijn poeder gebruikt om ultra-lage defectdichtheden te bereiken.
• Zorgt voor een stabiele verdeling van dampsoorten en minimaliseert zuurstofopname.

4. Technologische evolutie en toekomstige trends

CVD kostenbesparingspaden

• Lokalisatie van hogetemperatuur CVD-reactoren en corrosiebestendige hot-zone materialen
• Gesloten-lus terugwinning van H₂ en SiHx bijproducten
• Plasma-ondersteunde CVD om de afzettingstemperatuur met 100–200 °C te verlagen

Acheson procesoptimalisatie

• Gekoppelde continue vacuümreiniging en geavanceerde zuuruitloging
• Doelzuiverheid verbetering naar 7N niveaus
• Verminderde zuurstofopname door geoptimaliseerd ovenontwerp

Intelligent poedermengen

• Machine-learning-gebaseerde controle van sublimatiecurves
• Real-time aanpassing van de fijnpoederverhoudingen
• Voorspellende modellering van de permeabiliteit van het poederbed en de kristalmorfologie

Industrie vooruitzichten

Naarmate SiC de 8–12 inch periode ingaat, wordt verwacht dat het marktaandeel van CVD-poeder snel zal toenemen vanwege:
• Strengere zuiverheids- en uniformiteitseisen
• Verbeterde kostenstructuren aangezien CVD onder de drempelwaarde komt waar het ≤2× de kosten van Acheson-poeder is
• Betere correlatie tussen een hoge CVD-fractie en de opbrengst van kristallen met grote diameter

Deze verschuiving geeft aan dat toekomstige high-end SiC-kristalgroei in toenemende mate afhankelijk zal zijn van CVD-gebaseerde of hybride-ontworpen poedersystemen geoptimaliseerd voor sublimatiestabiliteit, defectonderdrukking en schaalbare waferproductie.