京大等三家開發(fā)成功SiC外延膜量產(chǎn)技術(shù)

   京都大學(xué)、東京電子、羅姆等宣布，使用“量產(chǎn)型SiC（碳化硅）外延膜生長(zhǎng)試制裝置”，確立對(duì)SiC晶圓進(jìn)行大批量統(tǒng)一處理的技術(shù)已經(jīng)有了眉目。由此具備耐高溫、耐高壓、低損耗、大電流及高導(dǎo)熱系數(shù)等特征的功率半導(dǎo)體朝著實(shí)用化邁出了一大步。目前，三家已經(jīng)開始使用該裝置進(jìn)行功率半導(dǎo)體的試制，面向混合動(dòng)力車的馬達(dá)控制用半導(dǎo)體等環(huán)境惡劣但需要高可靠度的用途，“各廠商供應(yīng)工程樣品，并獲得了好評(píng)”。 

    此次開發(fā)的是SiC外延生長(zhǎng)薄膜的量產(chǎn)技術(shù)。具體來(lái)說(shuō)，是把市售的直徑為3英寸、厚度為1cm左右的SiC底板削薄后，在上面形成具有高均勻度的SiC外延生長(zhǎng)薄膜，再實(shí)施氮（N）摻雜。通過(guò)在300mm晶圓制造裝置內(nèi)排列多個(gè)3～4英寸的SiC晶圓，進(jìn)行統(tǒng)一處理，還可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)?！巴ㄟ^(guò)利用東京電子的仿真系統(tǒng)，分析1600～1700℃的高溫下氣體的流動(dòng)狀況并進(jìn)行控制，能夠?qū)崿F(xiàn)SiC膜均勻成形技術(shù)”。 

    SiC底板的切割方面，三家以與結(jié)晶面成4度的角度切割SiC底板，形成高品質(zhì)薄膜。過(guò)去，以8度的角度切割底板較為常見，以更小的角度進(jìn)行切割時(shí)，“極難形成均勻的膜”（京都大學(xué)工學(xué)研究系電子工學(xué)專業(yè)教授木本恒暢），此次這一問(wèn)題得到了克服。這樣，在使用6英寸等更大的晶圓時(shí)，可以從昂貴的底板上切割出更多的晶圓。 

    雖然形成有SiC外延生長(zhǎng)膜的SiC晶圓可以買到，但是由于“供貨商只有一家美國(guó)風(fēng)險(xiǎn)公司，品質(zhì)上也存在質(zhì)量不均勻問(wèn)題”，因此三家決定自行開發(fā)。 

    200℃高溫下漏電流仍然較小 

    使用上述晶圓開發(fā)半導(dǎo)體元件的業(yè)務(wù)主要由羅姆負(fù)責(zé)（參閱本站報(bào)道）。目前試制完成的有SiC肖特基勢(shì)壘二極管（SBD）、SiCDMOSFET，以及由二者組成的SiC逆變器模塊等。SiCSBD與以往使用Si的高速二極管相比，擁有即使在200℃的高溫下也很少發(fā)生熱失控和漏電流增大現(xiàn)象，且半導(dǎo)體芯片面積較小的特點(diǎn)。“SiC元件能夠以5mm見方的芯片處理100～200A的大電流。Si是做不到的”（羅姆研究開發(fā)本部長(zhǎng)高須秀視）。 

    SiCDMOSFET也具有在200℃以上的溫度下漏電流小，正向電阻的溫度依賴性小等特點(diǎn)。SiDMOS則存在著在150℃以上的溫度下漏電流激增，正向電阻隨溫度升高增大的問(wèn)題。 

    另外，SiC逆變器模塊與使用Si芯片的模塊相比，芯片面積僅為后者的1/6，放熱也僅為后者的1/2。因此可以大幅度縮小使用Si芯片所需的大型散熱片，或是驅(qū)動(dòng)更大的馬達(dá)。