碳化硅芯片怎么制造?

2021-08-04 13:27:19 0

文章来源:电气小青年

图片视频来源:浙江大学--先进半导体研究院


碳化硅来了!

宽禁带半导体材料开启新时代

碳化硅氮化镓为代表的宽禁带半导体材料,突破原有半导体材料在大功率、高频、高速、高温环境下的性能限制,在5G通信、物联网、新能源、国防尖端武器装备等前沿领域,发挥重要作用。在摩尔定律遇到瓶颈、中国智造2025的大背景下,宽禁带半导体材料,无疑是中国半导体产业一次好机会!

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碳化硅芯片这样制造

新材料,“芯”未来!碳化硅芯片,取代传统硅基芯片,可以有效提高工作效率、降低能量损耗,减少碳排放,提高系统可靠性,缩减体积、节约空间。


以电动汽车为例,采用碳化硅芯片,将使电驱装置的体积缩小为五分之一,电动汽车行驶损耗降低60%以上,相同电池容量下里程数显著提高。


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面向未来的碳化硅芯片要如何制造?这就不得不提到一个概念:元胞。一般来说,芯片是晶圆切割完成的半成品。每片晶圆集成了数百颗芯片(数量取决于芯片大小),每颗芯片由成千上万个元胞组成。那元胞究竟要如何制造呢?


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第一步

注入掩膜。首先清洗晶圆,淀积一层氧化硅薄膜,接着通过匀胶、曝光、显影等工艺步骤形成光刻胶图形,最后通过刻蚀工艺将图形转移到刻蚀掩膜上。

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第二步

离子注入。将做好掩膜的晶圆放入离子注入机,注入高能离子。之后移除掩膜,进行退火以激活注入离子。

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第三步

制作栅极。在晶圆上依次淀积栅氧层、栅电极层形成门级控制结构。

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第四步

制作钝化层。淀积一层绝缘特性良好的电介质层,防止电极间击穿。

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第五步

制作漏源电极。在钝化层上开孔,并溅射金属形成漏源电极。

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当漏源电极和栅源电极之间加正压时,沟道开启,电子从源极流向漏极,产生从漏极流向源极的电流。至此,一个基本的功率器件即元胞就制作完成了。成千上万的元胞组成芯片,再集成到晶圆衬底,就有了像彩虹一样灿烂的晶圆!

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晶圆的碳化硅衬底,则是由物理气相传输法(PVT)制备,经碳化硅粉料的分解与升华、气体的传输与沉积、切磨抛一系列工序而成。

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