推动8吋SiC量产，国内企业又解决一大难题

业界普遍认为，SiC MOSFET大规模替代的硅基IGBT的临界点是价差缩小至2.5倍以下，而实现这一预期的关键在于降低SiC衬底成本，而高质量、大直径的8英寸SiC衬底片是降低SiC MOSFET器件成本的有效途径。

截止目前，全球已有26家企业实现了8吋SiC单晶生长的研发突破，其中包括16家中国企业。然而8吋SiC晶体的批量生产难度较大，还有众多技术难题需要克服，直径从6英寸增加到8英寸，除了缺陷会增多外，衬底电阻率的不均匀性也是一大难题。

根据山东大学的说法，碳化硅企业通常是通过PVT法在4°偏角籽晶上生长8英寸N型4H-SiC单晶。电阻率测绘评估结果显示，标准的6英寸衬底片电阻率不均匀性通常为1.2%，而常见的8英寸SiC衬底片的电阻率不均匀性则高达4.8%。

而最近，山东大学和南砂晶圆团队宣布，他们实现了8吋SiC单晶生长技术新的突破，其电阻率不均匀性已接近6英寸衬底。

根据该团队于1月17日发布在国际期刊上的最新文献，8英寸SiC晶体电阻率不均匀现象产生的原因是：随着SiC晶体直径的增加，热场的不连续性会导致形成小面（facet）。由于小面效应，从而导致小面区域的氮掺杂浓度高于其他区域。

而他们通过调整生长条件优化热场，获得了近乎平坦且微凸的8英寸SiC晶体生长界面。所生长的8英寸SiC衬底片电阻率均匀性显著改善，不均匀性降低至1.6%，相较于之前的4.8%约降低了66.66%，与标准6英寸衬底片非常接近。

电阻率均匀性是用于功率器件的4H-SiC衬底的关键参数。4H-SiC衬底不均匀性较大时，在制造器件时会导致垂直SiC功率器件的导通电阻发生变化。由于氮掺杂浓度的不均匀性而引起的衬底电阻率的不均匀性，也会导致衬底与外延层之间存在较大的失配，从而导致外延层中引入失配位错。因此，为了确保功率器件的高性能，必须获得表面电阻率均匀径向分布的导电衬底。

值得注意的是，8英寸导电SiC的电阻率受生长过程中温度的影响，在较高温度下，氮掺杂量显著减少，从而会导致SiC的电阻增加。晶体生长表面的径向温度梯度会导致晶体边缘的氮掺杂量比中心低，电阻率比中心高。而且随着晶体直径的增大，径向温度梯度增大，这使得氮掺杂和电阻率不均匀的问题更加明显。因此，在8英寸N型SiC量产中实现均匀的电阻率是一个需要解决的重大挑战。

为了成功克服生长8英寸N型SiC晶体的挑战，必须精确控制物理环境，特别是热场。此外，必须仔细设计和优化晶体生长坩埚，并建立适当的生长工艺参数，以获得高质量的晶体。

该团队在文献中表示，他们借助VR-PVT软件获得的热场模拟结果，对组装结构进行优化，成功生长出表面几乎平坦、只有小面的8英寸SiC单晶。

值得注意的是，几乎平坦的微凸表面降低了非表面区域的台阶高度，从而减少了杂质进入这些区域，导致载流子浓度增加并改善了晶体的电阻率均匀性。

测试结果表明，他们的8英寸SiC衬底片电阻率均匀性良好，最大电阻率为0.02187 Ω-cm，最小电阻率为0.02069 Ω-cm。电阻率变化仅为1.61%，分布更加均匀，满足0.015~0.025Ω-cm的行业要求。这些结果表明，晶体不同区域的电阻率没有显著变化，表现出良好的整体电阻率均匀性。