技术前沿｜浅谈国产8英寸SiC外延技术

所属分类：

【概要描述】ETA-Semitech助力国产SiC外延片加速量产，赋能中国SiC产业在全球半导体产业中的竞争优势！

引言

碳化硅（SiC）作为一种宽禁带半导体材料，在半导体领域占据着极为重要的地位。其独特的物理和化学性质，使其在高温、高频、高功率以及抗辐射等应用场景中展现出无可比拟的优势。

近年来，随着新能源汽车市场的爆发式增长，以特斯拉为代表的车企对SiC器件的需求呈现出井喷态势。从2019年到2023年，SiC器件市场规模迅速扩张，全球SiC功率半导体器件在功率半导体器件市场中的渗透率从1.1%攀升至5.8%，并且预计到 2030年将进一步提高至22.6%。与此同时，全球6英寸SiC衬底/外延生产能力快速提升，8英寸SiC衬底/外延片的研发与量产投入也在持续增加。

表1:2019-2025年全球碳化硅外延片销量及增速^[1]

8英寸SiC衬底/外延产业崛起

SiC晶圆尺寸的不断增大是推动产业降低成本、提高效率的重要途径。当前，产业正处于“6英寸向8英寸过渡”的关键阶段。相较于6英寸晶圆，8英寸晶圆的面积增加了78%，这使得单位晶圆的芯片产出量显著提高；成本降低超过30%，能够更好地满足车规级市场的需求。此外，8英寸SiC晶圆的制造技术门槛较高，目前仅有国际头部大厂实现了量产，纯代工厂商尚未涉足。8英寸SiC晶圆的突破，将有效降低器件生产成本，推动SiC材料在更多领域实现大规模应用，进而重塑SiC产业的竞争格局。

表2:全球碳化硅外延行业市场规模^[2]

然而，与传统硅功率器件制作工艺不同，SiC功率器件的制备需建立在具有一定掺杂浓度的同质外延漂移层上，因此SiC外延生长技术是SiC功率器件制备的的核心技术之一，外延层的质量、缺陷率、生长效率和成本都将直接影响到SiC器件最终的性能和竞争力，其成本占芯片制造成本的23%。

表3:碳化硅器件制造成本占比结构图^[3]

SiC外延生长方法

化学气相沉积（CVD）

CVD方法通过气态化合物在高温下分解并在衬底上沉积形成外延层。其优势在于可以精确控制掺杂浓度和生长速率，但面临高温工艺和设备复杂度的问题。

分子束外延（MBE）

MBE是一种在超高真空环境下，通过原子束直接沉积在衬底上的外延生长方法。其具有生长温度低、表面光滑、掺杂精确等优点，但生长速率较低，适用于高精度外延生长。

液相外延（LPE）

LPE方法通过溶液中的SiC在衬底上结晶形成外延层。其优点在于设备简单、成本较低，但难以控制外延层的均匀性和厚度。

目前MOCVD已成为SiC外延生长的主流技术，相较之下，它具有较高生长速率、厚度精确控制、SiC原位掺杂等多种优点。

挑战与痛点

尽管8英寸SiC晶圆具有巨大的潜力，但实现量产仍面临诸多技术和产业链配套方面的挑战。技术上，6英寸转8英寸过程复杂，制程迁移与设备改造需要持续爬坡，良率提升仍需时间，具体体现如下：

温度均匀性：8英寸晶圆的加热区面积相比6英寸大幅增加，导致边缘与中心的温差显著增大，进而使得外延层厚度的不均匀性提高。

缺陷密度：随着晶圆面积的扩大，微管密度恶化，堆垛层错（SF）率上升，影响外延层的质量。

掺杂控制：气态掺杂剂（如N₂）的分布不均匀性加剧，浓度波动范围扩大，增加了掺杂控制的难度。

应力管理：由于热膨胀系数的差异，晶格失配应力增加，容易导致外延层出现裂纹。

设备适配性：传统6英寸MOCVD反应腔无法兼容8英寸外延生产，设备改造成本增加。

ETA-Semitech SiC外延解决方案

ETA-Semitech已在SiC外延领域积累了丰富的技术经验，能够提供完整的成熟的SiC外延生长方案。公司研发的MOCVD设备可兼容6/8英寸SiC晶圆，多项核心技术能有效解决温度均匀性、掺杂均匀性等问题，降低缺陷密度，提升外延片良率，实现降本增效。

图：ETA-Semitech碳化硅外延设备（MOCVD ES600）

展望未来

SiC行业正处于产业变革的关键时期。8英寸SiC衬底/外延片技术凭借降低器件生产成本的显著优势，成为推动行业发展的关键因素。未来，掌握 8 英寸 SiC 产品的核心技术、提高良品率并实现规模量产，将是企业在激烈的市场竞争中脱颖而出的关键。ETA-Semitech作为第三代半导体制程设备提供商，秉持挑战、超越、实现的价值观，坚持正向研发，将助力国产SiC外延片加速量产、赋能中国SiC产业在全球半导体产业中的竞争优势！

资料来源：

[1]华经产业研究院

[2]Yole、灼识咨询

[3]中商产业研究院

技术前沿｜氮化镓外延技术详解：挑战、解决方案与未来展望

技术前沿｜一文解读氧化镓外延技术

技术前沿｜氮化镓外延技术详解：挑战、解决方案与未来展望

技术前沿｜一文解读氧化镓外延技术