在新能源產業強勁需求下，全球SiC產業步入高速成長期，推升了對SiC襯底產能的需求。8英寸襯底相比6英寸可以提升1.9倍的工作芯片，邊緣浪費降低7％，在降低器件成本、增加產能供應方面擁有巨大的潛力。為搶占先機，國內外SiC襯底廠商都在加速推進8英寸襯底的研發。我國作為全球最大的SiC器件應用市場，需要加緊研究8英寸SiC襯底技術，以搶占市場，實現國產替代。

近日，第九屆國際第三代半導體論壇（IFWS）&第二十屆中國國際半導體照明論壇（SSLCHINA）于廈門召開。期間，“碳化硅襯底、外延生長及其相關設備技術”上，山東大學副教授/南砂晶圓技術總監楊祥龍大尺寸SiC單晶的研究進展，報告主要介紹山東大學/廣州南砂晶圓半導體技術有限公司近期8英寸SiC單晶襯底的研究進展。

一代材料，一代芯片。碳化硅材料可以滿足軍、民應用對電力電子系統的要求，包括高功率、高溫、高頻、高集成度、高效率、高抗輻射等。碳化硅器件是未來電動汽車的“心臟。SiC MOSFET與Si基IGBT相比可以減少整車重量，降低成本；降低損耗，提升續航能力。在新能源產業強勁需求下，全球SiC產業步入高速成長期。預計2027年全球電動汽車碳化硅市場空間約50億美元。

上游襯底材料是SiC產業的基礎原材料，將持續強勁增長。8英寸SiC襯底在降低器件成本、增加產能供應方面擁有巨大潛力。相比于6英寸襯底，同等條件下從8英寸襯底切出的芯片數會提升將近90%。8英寸單片襯底制備的器件成本降低30%左右。5年內, SiC進入全面8英寸時代。

業界將SiC產業鏈降本增效目標鎖定在8英寸襯底上，國外大廠加速推進，產能提升，搶占先機。國內8英寸進展方面，從2022年開始，目前已有十余家企業與機構公布8英SiC襯底開發成功，整體處于小批量驗證導入量產進程中，加快產能提升，縮小與國外差距。8英寸4H-SiC晶體制備難點涉及高質量8英寸4H-SiC籽晶制備，溫度場不均勻和成核過程控制，氣相物質組分輸運效率和演變規律，熱應力增大導致的晶體開裂和缺陷增殖，大尺寸晶圓的超精密加工及面型控制等。

報告分享了8英寸SiC研究進展，涉及核心裝備自主研發，8英寸SiC籽晶制備，8英寸溫場優化，8英寸單晶襯底制備，8英寸襯底微管缺陷，8英寸襯底性能表征，8英寸襯底位錯缺陷，TSD向外延層延伸轉化，同步輻射觀察晶體中TSD，晶體中TSD增殖的影響因素，晶體生長過程中TSD行為，8英寸襯底BPD缺陷控制，8英寸襯底（500um）面型參數控制等。

研究結果顯示，以6英寸籽晶為起點，每次設定一定的擴徑尺寸進行單晶生長與加工，得到直徑變大的新籽晶。通過多次迭代，逐步擴大SiC晶體的尺寸直到達到8英寸。制備了8英寸導電型4H-SiC晶體，加工出了8英寸4H-SiC襯底；經拉曼測試，無6H和15R等多型，4H晶型面積比例達到100%，實現了8英寸4H-SiC單一晶型控制。

繼續迭代優化，減少了6英寸以外的擴徑區域的微管缺陷數量；8英寸襯底微管密度穩定控制在0.1cm-2以下，與6英寸襯底量產水平一致。8英寸SiC襯底要實現量產，提升市場份額，還需要進一步降低位錯缺陷密度；TSD和BPD對器件性能影響較大，TED對器件性能影響相對較小。襯底中的TSD作為貫穿型缺陷，大部分直接延伸到外延層中，小部分發生轉化。

晶體生長過程中二維成核、異相包裹物等因素，誘發TSD 成核產生，造成TSD的增殖。晶體生長過程中位錯間相互作用或轉化導致TSD合并或湮滅。南砂晶圓公司聯合山東大學實現了近“零螺位錯”密度的8英寸導電型4H-SiC單晶襯底制備。

廣州南砂晶圓半導體技術有限公司于2018年9月21日在廣州南沙自貿區成立，是一家集碳化硅單晶材料研發、生產與銷售于一體的國家高新技術企業；公司以山東大學近年來研發的最新碳化硅單晶生長和襯底加工技術成果為基礎，同山東大學開展全方位產學研合作。2022年9月南沙總部基地投入使用，擴產SiC單晶生長和加工產線。2023年啟動濟南中晶芯源基地建設，增加8英寸比例。8英寸N型碳化硅產品產能正在爬坡，已交付多家客戶。

報告指出，在應用升級和政策驅動的雙重帶動下，我國8英寸SiC發展進入快車道；需要上下游通力合作，搶抓機遇，提升國產8英寸SiC材料和器件的技術成熟度，搶占市場份額，實現國產化。

審核編輯：劉清