SiC厚膜外延
碳化硅（SiC）功率器件制造要求和耐压等级不断提高，使得SiC外延材料不断向低缺陷、厚外延方向发展。我司可供N型和P型碳化硅厚膜外延生长服务，薄膜厚度范围为30um~200um。
1. SiC厚膜外延参数
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4H-SiC厚膜外延技术参数 |
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| 项目 | 参数 | ||
| 衬底 | |||
| 晶型 | 4H | ||
| 晶向 | （0001）正晶向/偏晶向 | ||
| 导电类型 | N型（氮掺）；半绝缘型（钒掺） | ||
| 电阻率 | 0.01~0.03 ohm.cm；>1E7 ohm.cm | ||
| 表面粗糙度 | Si面CMP：<0.5nm; C面：<1nm | ||
| 微管密度 | ≤0.5cm-2 | ||
| 外延层 | |||
| 导电类型 | N型 | P型 | |
| 表面粗糙度 | ≤1nm | ≤2nm | |
| 表面缺陷密度 | ≤1cm-2 | ||
| 厚度 | 范围 | 30~200um | |
| 公差 | ±6% | ||
| 均匀性 | ≤2% | ||
| 载流子浓度 | 范围 | 1E14~5E15cm-3 | 2E14~5E17cm-3 |
| 公差 | ±15% | ±25% | |
| 均匀性 | ≤6% | ≤15% | |
2. SiC厚膜生长的意义
厚外延层通过增加耗尽层扩展空间，使器件能够承受10kV以上的超高阻断电压。以20kV级IGBT器件为例，其漂移区厚度需要达到200µm，才能满足纵向电场强度（2-3 MV/cm）的分布要求，避免提前发生雪崩击穿。
此外，在双极型器件中，载流子寿命与厚度呈现正相关关系。当外延层厚度达到100µm以上时，可维持>5µs的载流子寿命，使电导率调制效应提升40%以上，显著降低导通损耗。
从热管理角度来看，厚膜结构可将热流密度从传统薄膜的500W/cm2降低至200W/cm2以下。其中，外延层厚度每增加50µm，热阻会降低约15%；在300A/cm2工作条件下，相比100um厚外延层，200um厚外延层能使器件结温升幅减少30K。
3. 氯化物基CVD生长的超厚4H-SiC外延层研究
化学气相沉积法（CVD）是使用最为普遍的4H-SiC同质外延的方法。该方法能够很好地控制生长过程中的气体源流量、反应室温度、压力，改变生长环境，此外还能精确控制外延厚度、掺杂浓度与类型，具有可重复性。CVD法在提高生长速率与质量的同时，能够生长出高质量的SiC厚膜。
有研究团队通过优化氯化物化学气相沉积工艺，在8°偏轴Si面SiC衬底上成功制备出200um厚、低掺杂浓度的4H-SiC外延层，其生长速率突破100um/h且表面形貌优异。实验发现，当采用四氯化硅（SiCl₄）基工艺并优化原位刻蚀条件时，可实现140um/h高速率下生长的150um厚外延层，同时保持表面粗糙度低至纳米级，掺杂浓度稳定在10¹⁴ cm⁻³量级。突破150um厚度限制的关键在于降低C/Si比，采用该策略成功制备出190um厚外延层并保持优良形貌特征。对于硅烷（SiH₄）基工艺体系，降低C/Si比同样显著改善表面质量：在高掺杂（10¹⁴ cm⁻³）条件下生长出230um厚外延层，低掺杂（10¹⁴ cm⁻³）条件下获得180um厚高质量外延层。形貌优异的外延层均表现出强烈的近带边发光峰（NBE），表明外延层具有高晶体质量。而在具有形貌缺陷外延薄膜通过光致发光谱则检测到堆垛层错相关发光信号。
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