碳化硅芯片的五大关键工艺步骤

来源：电气小青年

芯片是如何制造的？

碳化硅芯片与传统硅基芯片有什么区别？

碳化硅，又叫宽禁带半导体，第三代半导体

以碳化硅和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弯道超车的一次好机会！

Tips：第一代半导体材料包括Si（硅）、Ge（锗）等，Si以优异性能、低廉价格及成熟的工艺，在大规模集成电路领域地位不可撼动；Ge是半导体发明初期使用的材料；第二代半导体材料包括GaAs（砷化镓）、InP（磷化铟）等，GaAs主要用于大功率发光电子器件和射频器件，例如半导体激光器；第三代导体材料包括SiC（碳化硅）、GaN（氮化镓）等，GaN主要用于光电器件和微波射频器件，例如充电器；SiC主要用于功率器，例如电源产品。

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。

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？

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。

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。

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。

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。

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。

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！

而晶圆的碳化硅衬底，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。

最后我们来看一下浙大科创中心先进半导体研究院特别推出的一支科普宣传片，能让我们初步了解宽禁带半导体材料和碳化硅芯片的制造过程。

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