重庆 8 英寸车规碳化硅量产:SiC 外延层膜厚怎么测准

2026-09-04 10:07:57 优尼康
重庆 8 英寸车规碳化硅量产:SiC 外延层膜厚怎么测准 - 行业新闻 | 优尼康科技

1. 重庆车规碳化硅量产意味着什么

2026 年 3 月,位于重庆高新区西永微电园的安意法半导体进入正式量产,这是国内首条 8 英寸车规级碳化硅功率芯片规模化量产线。项目由三安光电与意法半导体合资,总投资约 230 亿元,规划 2028 年满产后年产 8 英寸碳化硅晶圆 48 万片。

碳化硅功率器件主要用在新能源汽车的主驱逆变器、车载充电机、充电桩和光伏逆变器里。一台 800V 高压平台的纯电动车,要搭载上百颗碳化硅器件。重庆这条线一旦放量,直接关系国内车企的碳化硅芯片供应。

但量产不是把晶圆切出来就完事。碳化硅器件能不能稳定工作,关键落在一层膜的厚度上,也就是外延层。

2. SiC 外延层为什么是关键

碳化硅功率器件的工作电压,主要由外延层的厚度和掺杂浓度决定。工作电压越高,外延层越厚,功率器件的外延层厚度从 3 微米到 200 微米不等。

外延层薄了,器件耐压不够,容易击穿;外延层厚了或掺杂不均匀,导通电阻和开关损耗又会上升。所以外延层的厚度和均匀性,是碳化硅器件良率和性能的两道硬指标。

在重庆,这条产业链从衬底到外延到芯片制造已经串起来。衬底端有三安光电配套的 8 英寸碳化硅衬底产线,芯片端有安意法,加上华润微、重庆万国等功率半导体产能。产能越集中,对外延层厚度和整片均匀性的检测需求就越突出。

3. 外延层膜厚测量的三个难点

碳化硅外延层的膜厚测量,难点集中在三点。

难点一:同质外延,界面不分明

碳化硅外延是在碳化硅衬底上生长碳化硅,衬底和外延层是同一种材料,光学上几乎没有界面反射对比度。常规的反射法在这个界面上很难看出差别,测不出厚度。

难点二:微米级厚度

功率器件的外延层是微米量级,比逻辑芯片的纳米级薄膜厚得多。可见光波段的干涉信号对这么厚的膜不敏感,需要把测量波长放到红外波段。

难点三:8 英寸大尺寸均匀性

8 英寸晶圆面积大,外延层厚度要在整片上保持均匀,通常片内不均匀性要控制在 ±3% 以内。单点测量给不出分布,必须做全晶圆 Mapping,才能看出中心到边缘的梯度。

关键判断:碳化硅外延层的膜厚测量,不是"能不能测出厚度"的问题,而是"能不能在微米量级测准、并且给出整片 8 英寸晶圆的厚度分布"的问题。

4. 红外反射光谱法怎么应对

碳化硅外延层的产线主流测量方法是红外反射光谱法(FTIR)。原理是利用红外光在外延层和衬底界面的干涉效应,配合物理模型拟合,反演出外延层厚度。

红外光波长 1 到 20 微米,正好和微米量级的宽禁带半导体外延层厚度相当,能在这个波段拿到清晰的光学特征。FTIR 速度快、非接触、不损伤样品,精度可以到 ±0.1 微米,符合 GB/T 42905-2023 标准。

配合自动载物台做多点扫描,可以快速画出整片 8 英寸晶圆的厚度分布图,直接看出中心到边缘的梯度。

设备能力:Filmetrics F50/F54 系列膜厚仪,用红外反射光谱法测量 SiC 外延层厚度,支持全晶圆自动 Mapping。对于更薄的 SiC 栅氧层(50 到 100 纳米),用光谱椭偏仪(FS-8、UVISEL Plus)测厚度和光学常数,精度到 ±0.1 纳米。

具体某一片样品、某一层外延的实测结果,建议寄样实测验证,以实测数据为准。

5. 给重庆碳化硅产业链的提示

重庆的碳化硅产业链正在放量,本地企业对外延层厚度测量和全晶圆均匀性检测的需求会持续上升。对重庆及周边的碳化硅衬底、外延和器件企业来说,膜厚测量可以从两个角度切入。

一是研发阶段,验证外延层厚度和掺杂对应的均匀性;二是量产阶段,做来料和工艺监控。两方面都可以先寄样实测,确认设备能力再决定配置。

优尼康科技在成都设有服务网点,覆盖重庆、四川、陕西及周边区域,可以就近对接重庆的碳化硅产业链。

重庆 8 英寸车规碳化硅量产,把碳化硅外延层膜厚测量推到了产业前台。外延层厚度决定器件耐压,测量难点在同质界面对比度弱、微米级厚度和 8 英寸均匀性。红外反射光谱法配合全晶圆 Mapping 正好对应这些需求,具体效果以样品实测为准。
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