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碳化硅(SiC)芯片的流片过程是将设计好的电路结构通过一系列半导体工艺转移到碳化硅晶圆上,形成功能器件的关键制造环节。由于SiC材料具有宽禁带、高导热性、耐高温高压等特性,其流片工艺与传统硅芯片既有相似之处,也存在因材料特性带来的独特挑战。以下是碳化硅芯片流片的主要流程及关键技术要点: 一、衬底与外延层制备 1. 碳化硅衬底准备 采用物理气相传输法(PVT)生长SiC单晶衬底(常见尺寸为6英寸或8英寸),需控制晶体缺陷(如位错、微管)以提高器件良率。 衬底表面进行化学机械抛光(CMP),确保极高平整度(粗糙度<1 nm),为后续外延生长奠定基础。 2. 外延层生长 通过化学气相沉积(CVD)在衬底上生长多层外延薄膜,包括: 缓冲层:改善衬底与外延层的晶格匹配,减少缺陷; 有源层:根据器件类型(如MOSFET、JBS二极管)设计n型/p型掺杂浓度和厚度,实现导电沟道或耗尽层; 盖帽层:保护表面,防止杂质污染。 外延过程需精确控制温度(1500–2000℃)、气体流量(如SiH₄、C₃H₈、N₂等)和生长速率,确保薄膜均匀性和低缺陷密度。 二、光刻与图形化 1. 光刻胶涂覆 在晶圆表面旋涂光刻胶(通常为负性或正性胶),厚度根据图形尺寸调整(微米级至亚微米级)。 由于SiC硬度高、表面能低,需预处理(如等离子体清洗)以增强光刻胶附着力。 2. 曝光与显影 使用紫外光刻机(UV)**或极紫外光刻机(EUV,未来方向),通过掩膜版将电路图案转移到光刻胶上。 显影后形成所需图形(如有源区、栅极、接触孔等),关键尺寸(CD)控制精度影响器件性能(如栅长决定开关速度)。 三、刻蚀工艺 1. 干法刻蚀(主要方法) 采用反应离子刻蚀(RIE)或电感耦合等离子体刻蚀(ICP),气体组合如SF₆/O₂/Ar,刻蚀SiC材料形成沟槽、隔离区或器件结构。 挑战:SiC刻蚀速率低(约1–2 μm/min),需优化功率、气压和气体比例以平衡刻蚀速率与形貌(垂直侧壁、低粗糙度)。 2. 湿法刻蚀(辅助工艺) 用于表面清洗或非关键区域的粗略刻蚀,如热磷酸(H₃PO₄)刻蚀SiO₂绝缘层。 四、掺杂与激活 1. 离子注入 通过高能离子束(如N⁺、Al⁺)注入特定区域,形成n型(掺氮)或p型(掺铝)掺杂,定义源漏极、沟道区等。 需控制注入能量(数十至数百keV)和剂量,避免穿通效应,
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