中国粉体网讯 在碳化硅单晶生长和外延过程中，不可避免地会产生各种类型的缺陷，这些缺陷对半导体器件的性能会产生显著影响，具体表现为击穿电压降低、漏电流增加以及导通电阻变化等，这些性能的变化不仅会降低器件的效率和可靠性，还可能导致器件完全失效。因此，精准识别、有效控制并减少碳化硅晶体生长缺陷，是提升碳化硅半导体器件良率与核心性能的核心前提，对产业高质量发展至关重要。
碳化硅单晶生长过程中的缺陷类型
根据缺陷在晶体中的位置，SiC缺陷可分为晶体内部缺陷和晶体表面缺陷两类。SiC的晶体内部缺陷主要包括位错、微管和层错等。其中位错是电子设备劣化和故障的主要来源，它是晶体内部的微观缺陷，是原子局部的不规则排列造成的，发生在晶体已滑移部分和未滑移部分的分界线处。SiC晶体中的位错主要包括螺位错、刃位错和基面位错等。
微管是沿单晶生长方向穿透晶体的微小空管，微管的直径通常为0.1~10μm，其数量也因晶体质量的不同从数千个每平方厘米到零点几个每平方厘米不等。这些微管在SiC晶片表面会形成显著的凹坑状特征，对SiC功率器件产生致命的危害，因此，若要生长高质量的SiC晶体，首先要减少微管的数目。
晶体表面或近表面的缺陷主要包括胡萝卜缺陷、划痕、三角形缺陷、台阶聚束等。胡萝卜缺陷是在生长的外延层中出现的主要表面形态缺陷之一，它是一种堆垛层错复合体，密度小于1cm-2。胡萝卜缺陷很容易在抛光划痕、TSD缺陷或基材缺陷处形成。三角形缺陷是SiC外延层中最常见的表面缺陷之一，这种缺陷对SiC器件的良率和可靠性会产生严重的影响。台阶聚束是SiC外延生长过程中形成的一种表面缺陷，对于大功率器件，它是一个关键问题。这种缺陷会导致结界面粗糙，进而引发电场拥挤，最终降低阻断电压。此外，台阶聚束还对沟道迁移率以及MOSFET中的氧化物击穿特性产生显著影响。
碳化硅缺陷检测：无损高效是核心趋势
对SiC晶体进行表征和检测可以确定晶体中缺陷的分布情况，筛选出高质量的单晶，同时有利于后续对生长工艺的优化。因此，通过合理的技术及方法对SiC晶体的结晶质量和缺陷进行表征分析是十分重要的。
SiC缺陷的检测技术可分为非光学检测技术和光学检测技术。非光学检测技术主要包括湿法刻蚀、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）、阴极荧光（CL）无损表征等，这些方法已被广泛用于鉴定碳化硅晶片的质量，在检测碳化硅晶片缺陷方面相对成熟和准确，但非光学检测技术在一定程度上会对SiC样品造成不可逆的伤害。而光学检测技术凭借其能够在快速扫描并保存样品的同时，有效减少对样品的损伤，展现出巨大的潜力和应用前景，基于光学的检测技术包括Ｘ射线形貌技术（XRT）、光学显微镜（OM）、拉曼光谱、PL等。其中，X射线形貌技术（XRT）可精准穿透晶圆，实现内部缺陷的可视化检测，是高端碳化硅晶圆质量管控的核心技术。
奥龙集团-深圳芯基石携手联合开发国产首台X射线形貌仪XRT，作为国内可检测晶圆内部缺陷的XRT设备，它不仅填补了国产高端无损检测设备检测晶圆内部缺陷的空白，更在人工智能与半导体深度融合的今天，为中国晶圆的良率提升与安全自主筑起了一道坚不可摧的“隐形防线”。
2026年5月28日，中国粉体网将在安徽合肥举办“第三代半导体SiC晶体生长及晶圆加工技术研讨会”。届时，奥龙集团-深圳芯基石科技有限责任公司总经理姚磊将带来题为《全国产“X射线形貌仪XRT”助力碳化硅晶圆产业腾飞》的报告，分享国产XRT设备的技术突破、应用价值及产业赋能路径。
参考来源：
杨皓等.碳化硅单晶制备方法及缺陷控制研究进展
（中国粉体网编辑整理/初末）
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