新突破！国产8英寸SiC外延片亮相！厦门大学成功实现8英寸SiC同质外延生长

原创 DT半导体材料 2023-03-17 18:51

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最近，我国碳基半导体新材料不断突破！不久前，盛新材料成功产出了台湾省首片8英寸SiC衬底，现在，厦门大学成功实现了8英寸（200 mm）碳化硅同质外延生长，成为国内首家拥有并实现该项技术的机构；同时标志着我国已掌握8英寸碳化硅外延生长的相关技术。

厦门大学科研团队负责人表示，通过克服了8英寸衬底应力更大、更易开裂、外延层厚度均匀性更难控制等问题，成功实现了基于国产衬底的碳化硅同质外延生长。外延层厚度为12 um，厚度不均匀性为2.3 %；掺杂浓度为8.4×10¹⁵ cmˉ³，掺杂浓度不均匀性＜7.5 %；表面缺陷（Carrot、Triangle、Downfall、Scratch）密度＜ 0.5 cmˉ²。

厦门大学长期致力于III族氮化物、碳化硅等宽禁带半导体的研究，多年来不断促进我国宽禁带半导体的发展，为产业培养了大批的创新人才。上述科研团队负责人表示，本次突破，标志着我国已掌握8英寸碳化硅外延生长的相关技术。该技术的实现，是厦门大学与瀚天天成电子科技(厦门)有限公司等单位产学研合作的成果，将为我国碳化硅产业的发展注入新的动力，同时推动新能源等相关领域的发展。

据悉，瀚天天成一直致力于研发生产SiC外延片，其“6-8英寸SiC外延晶片研发与产业化项目”被列为厦门市2023年重点项目之一。2022年8月4日，瀚天天成以2610万元竞得厦门市翔安区2022XG09-G工业用地，将在该地新增75条碳化硅外延晶片生产线（配套尾气净化器）、1套纯水机组及其他生产设备，预计新增产能年产碳化硅外延晶片30万片。

SiC进入八英寸时代

相比于第一代和第二代半导体材料，SiC具有一系列优良的物理化学特性，除了禁带宽度，还具有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度和高迁移率等特点。SiC的临界击穿电场是Si的10倍，GaAs的5倍，这提高了SiC基器件的耐压容量、工作频率和电流密度，降低了器件的导通损耗。加上比Cu还高的热导率，器件使用时无需额外散热装置，减小了整机体积。这些均是SiC材料的极大优势。广泛地应用于航空航天、新能源汽车、轨道交通、光伏发电、智能电网等领域。

进入八英寸，每片晶圆中理论上可用的裸片数量（GDPW，又称PDPW）大大增加。目前主流的碳化硅单晶与外延生长还处于6英寸阶段，扩大尺寸成为产业链降本增效的主要路径，然而在迈向8英寸过程中还存在诸多技术难题。

我们知道，以硅基为材料的晶圆已经开始从8英寸迈向了12英寸，硅晶圆的生产经验是否可以助力SiC晶圆向更大面积发展？与硅晶圆相比，8英寸SiC的制造难点主要集中在衬底生长、衬底切割加工、氧化工艺。包括SiC在内的第三代半导体产业链包括包括衬底→外延→设计→制造→封装。其中SiC器件成本高的一大原因就是SiC衬底制造困难。数据显示，衬底成本大约占晶片加工总成本的50%，外延片占25%，器件晶圆制造环节20%，封装测试环节5%。SiC衬底成本高昂，生产工艺还复杂，与硅相比，SiC很难处理。

就国内8英寸SiC产线的发展进程上看，国内已有一些公司和单位取得了量产突破或作为预研项目进行立项。这其中就包括：中电科半导体持股的山西烁科晶体公司8英寸衬底片已经研发成功，并小批量生产；天科合达在2020年也启动了8英寸SiC晶片的研发。

另外，2022年我国在8英寸碳化硅外延片技术上也在不断突破：

2022年9月，昭和电工宣布，他们已成功产出8英寸SiC外延片，并开始提供样品，采用的是自产的8英寸SiC衬底。

2022年4月，天域半导体发布将建设全球首条8英寸碳化硅外延晶片生产线，项目计划2022年动工，预计2025年竣工并投产。

2022年5月，中国科学院物理研究所陈小龙研究团队宣布，已成功研制出单一4H晶型的8英寸SiC晶体，晶坯厚度接近19.6 mm，同时加工出了厚度约2mm的8英寸SiC晶片，相关工作已申请了三项中国发明专利。

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目前，碳化硅行业，产学研合作不断深入，科研成果也将为我国碳化硅产业的发展注入新的动力，同时推动新能源等相关领域的发展，推动中国芯动力！