半导体封装测试展|大尺寸半导体碳化硅材料与功率芯片

大尺寸半导体碳化硅（ SiC）材料主要指直径为 6 英寸甚至更大的碳化硅单晶衬底。利用它们，可以获得高质量的外延薄膜，进而制造高性能的功率芯片。半导体封装测试展了解到，在“双碳”目标的牵引下，半导体碳化硅材料与芯片的大规模化应用正在到来。作为一种四族化合物半导体材料，碳化硅具有禁带宽度大、热导率高、击穿场强高、电子饱和漂移速率高、化学稳定性和热稳定性好等优异特性。作为新兴的功率半导体材料，由于碳化硅所制备的功率器件与硅功率器件相比具有更高的工作温度、更高的击穿电压、更快的开关速度、更低的导通电阻和更好的耐用性，其有望在电力电子领域——特别是新能源相关的电力电子领域——得到规模化应用。

半导体封装测试展了解到，大尺寸半导体碳化硅材料的主要技术创新方向是提高碳化硅单晶的尺寸和厚度，降低碳化硅单晶的缺陷密度，以期获得更低成本和更高质量的碳化硅衬底。碳化硅单晶尺寸在不断增加，使主流碳化硅衬底尺寸发展到目前的 6 英寸。全球科研机构和公司正在竞相发展 8 英寸碳化硅单晶及衬底技术，积极推进其产业化。碳化硅单晶目前厚度普遍在 10~30 mm，发展到硅单晶的米级还有很长的路要走。碳化硅单晶的体缺陷如微管已经基本消除，但是其他缺陷如线缺陷位错还较多，一般在 10^3/cm^2 量级，有待进一步降低。

半导体封装测试展了解到，碳化硅的功率二极管技术已经比较成熟，但是其功率金属 – 氧化物 – 半导体场效应晶体管（ MOSFET）的性能有待大幅提升。首先， MOSFET 注入区的离子激活率亟待提高，这与器件制备过程中离子注入及后续高温退火密切相关。其次，如何优化热氧化及后续退火工艺的关键技术参数，以降低界面缺陷和氧化层缺陷密度，是提升 MOSFET 沟道电子迁移率和栅氧可靠性需要考虑的重要问题。MOSFET 的可靠性必须得到显著改善，这涉及栅氧及后退火改善技术、短路鲁棒性改善技术、抗浪涌和抗雪崩技术、辐照加固技术等。

文章来源：信息与电子工程前沿FITEE