本成果成功开发了一种针对 8 英寸 4H-SiC 晶圆的车规级高质量外延生长技术。通过系统优化生长温度、主H2流量及其比例分布、C/Si 比等关键参数，有效抑制了热场与流场分布不均的问题；同时，通过分析缺陷形成机理，优化传片工艺、升降温控制及预刻蚀技术，进一步改善了衬底表面与缓冲层质量，显著降低了外延缺陷密度。该技术使10 μm 外延层的掺杂浓度不均匀性（σ/mean）优化至0.67%，厚度均匀性优于0.81%，表面缺陷数少于 3 个/片。在超过 8000 片晶圆的大规模量产验证中，平均掺杂浓度不均匀性和厚度不均匀性分别控制在约1.59% 和 1.39%，总可用面积达 97.6%。此外，该技术已成功应用于高难度的 3300V 器件（掺杂浓度 3E15 cm-3，厚度 30 μm），其各项性能指标仍保持领先水平，充分展现了该技术广泛的适用性与优异的产业化重复性。

图1 8英寸4H-SiC外延层浓度曲线

图2 基于8000多片外延片的统计结果：(a)掺杂浓度不均匀性，(b)厚度不均匀性，(c) TUA (5 mm × 5 mm)。

学术/产业价值

技术创新性进展：研究团队精准识别了尺度放大过程中面临的热场 / 流场均匀性、背景浓度稳定性等核心挑战，提出了系统性解决方案：通过协同优化主H2流量分布、生长温度及C/Si比（基于C/N位点竞争理论），并改进传片工艺、升降温控制及预刻蚀技术，实现了从“经验摸索”到“理论指导下主动调控”的技术突破，最终形成车规级高质量 SiC 外延生长技术。

关键指标：该技术取得了行业领先的性能数据。在实验层面，掺杂浓度不均匀性优化至0.67%，厚度不均匀性优于0.81%，表面缺陷数少于 3 个/片；在产业化验证中，基于超过 8000 片晶圆的统计结果显示，平均掺杂浓度不均匀性和厚度不均匀性分别稳定在1.59%和1.39%左右，总可用面积（TUA）高达97.6%。更重要的是，该技术成功应用于高难度 3300V功率器件外延层（掺杂浓度3E15 cm-3，厚度 30 μm），其均匀性依然保持优异水平，充分证明了技术具备广泛的工艺窗口。

学术/产业价值：在产业层面，该技术直接突破了高良率、高性能大尺寸 SiC 功率器件制造的核心材料瓶颈。卓越的掺杂与厚度均匀性是保障功率器件（如MOSFET、二极管）击穿电压一致性及低导通电阻的关键基础，而高 TUA 则直接提升芯片产出效率。此项技术为8英寸SiC晶圆的高效、低成本、大规模量产奠定了坚实基础，对推动我国乃至全球宽禁带半导体产业发展具有重要战略意义。

创新指标

本研究开发的车规级高质量SiC外延生长技术，核心创新在于通过多参数协同优化系统，实现了对8英寸4H-SiC外延生长过程中热场、流场及掺杂动力学的精准控制，突破了尺度放大带来的技术瓶颈。其性能指标在实验与大规模量产层面均达到行业领先水平：

卓越的不均匀性与低缺陷控制：经实验优化，掺杂浓度不均匀性（σ/mean）优化至惊人的0.67%，厚度不均匀性优于0.81%，同时将表面缺陷成功控制在3个/片以下。这为功率器件提供了极其稳定的电学性能基础。

优异的量产重复性与高良率：经过超过8000片外延晶圆的大规模量产验证，该技术展现出卓越的稳定性，平均掺杂浓度不均匀性与厚度不均匀性分别稳定在约1.59%和1.39%，并实现97.6% 的高总可用面积，充分证明了其强大的产业化应用能力。

广泛的工艺适用性：该技术成功拓展至高压器件所需的低掺杂（3E15 cm-3）、厚外延层（30μm）挑战性工艺中，相关均匀性指标依然保持优异，证实了其跨越广泛产品平台的普适性。

基于成功研发的8英寸车规级高质量SiC外延生长技术，团队在外延片的掺杂浓度均匀性、厚度均匀性及缺陷控制方面实现了显着突破，为8 英寸车规级功率器件的规模化生产奠定了关键材料基础。该技术所具备的高均匀性与高可靠性，能够保障器件在严苛工况下性能的高度一致与稳定，充分满足新能源汽车等高端应用对器件质量的严格要求。同时，高总可用面积有效提升了晶圆利用率，大幅降低单个器件的制造成本，使得原本受制于成本约束的更多领域——如新能源发电、工业驱动乃至白色家电等——得以规模化导入高性能SiC器件。这不仅从质量层面推动了车规级半导体技术的升级迭代，更从成本角度拓展了SiC技术的应用边界，为我国宽禁带半导体产业的自主可控发展及终端领域能源效率提升注入了强劲动力。

成果发表

期刊：目前已在2025年ICSCRM会议上发表论文“Development of high concentration uniformity epitaxial growth on 200 mm 4H-SiC wafers”；

专利：目前已有3项发明专利和1项实用新型专利：专利号：ZL202411925059.1；202411419773.3；202510885927.6；ZL202422467383.5，以上专利的专利权人都是：瀚天天成电子科技（厦门）股份有限公司。

来源：第三代半导体产业

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