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發(fā)布時(shí)間:2022-03-17作者來源:薩科微瀏覽:3182
該技術(shù)的主要發(fā)明人也是IGBT的發(fā)明人,他表示,這些技術(shù)如果成功的話,有一天可以取代IGBT。
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共享工藝、更大晶圓
目標(biāo):成本僅為硅器件的1.5倍
目前SiC器件的成本大約是硅功率器件的5倍多。NCSU杰出教授Jay Baliga表示:“我們的目標(biāo)是將SiC的成本降為硅功率器件的1.5倍。” 他認(rèn)為,相對(duì)于Si IGBT,較高的制造成本成為了市場(chǎng)大規(guī)模采用的障礙。而成本持續(xù)高昂的其中一個(gè)重要原因是,那些已經(jīng)研發(fā)出SiC功率器件的企業(yè)都是單獨(dú)享有制造工藝,從而導(dǎo)致其他企業(yè)難以進(jìn)入該領(lǐng)域,工廠產(chǎn)能無法擴(kuò)大,成本就下不來。 為此,NCSU研究出一項(xiàng)共享技術(shù)——PRESiCETM工藝,來減少企業(yè)進(jìn)入碳化硅領(lǐng)域的障礙,推動(dòng)創(chuàng)新。 Baliga表示:“PRESiCETM將推動(dòng)更多的企業(yè)進(jìn)入SiC市場(chǎng),因?yàn)樗麄儾恍枰獜念^開始去研發(fā)自己的設(shè)計(jì)和制造工藝,這非常昂貴和耗時(shí)。這對(duì)企業(yè)、用戶都很好,如果更多企業(yè)加入到SiC功率器件的制造中,將增加代工廠的產(chǎn)量,從而可以顯著減少成本。” 據(jù)介紹,這項(xiàng)技術(shù)開始于2015年1月,獲得了美國(guó)能源部PowerAmerica資助,2016年就有18家公司參與研發(fā),目前已經(jīng)發(fā)展到第三代。“自2015年以來,許多公司已將其先前開發(fā)的專有SiC功率器件制造工藝流程移植美國(guó)德州的X-Fab代工廠。” 另一個(gè)方式是采用現(xiàn)有的成熟的硅器件代工廠,用大產(chǎn)能、大尺寸晶圓來降低成本。 Baliga表示,SiC功率MOSFET的大多數(shù)工藝步驟(多達(dá)80%)能夠在硅代工廠中去完成,要做的只是升級(jí)碳化硅材料所需的柵極氧化和離子注入退火等高溫設(shè)備。通過X-Fab這種非專有代工廠,“更多企業(yè)生產(chǎn),碳化硅成本將會(huì)給更低”。 從2015年現(xiàn)在,PRESiCE得到了進(jìn)一步改。通過使用內(nèi)部設(shè)備更均勻地執(zhí)行熱離子注入步驟,第三代PRESiCE在6英寸晶圓代工廠中制造的SiC功率器件已經(jīng)成功上市。 下圖為PRESiCE技術(shù)制造的高良率、額定電壓為1.2 kV的JBS二極管、功率MOSFET和JBSFET。
圖1.使用第三代PRESiCE技術(shù)制造的三種類型的SiC功率器件。
據(jù)介紹,PRESiCETM技術(shù)主要特點(diǎn)之一是使用了10次掩膜工藝,看下圖↓↓↓↓圖2.制造SiC功率MOSFET的PRESiCE技術(shù)工藝流程。
工藝鑒定結(jié)果:
良率超過90%
為了鑒定第三代PRESiCETM工藝技術(shù)成果,代工廠X-Fab連續(xù)生產(chǎn)了三批產(chǎn)品,采用的都是相同的工藝步驟。根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)使用第三代 PRESiCETM技術(shù)制造的JBS整流器的良率超過90%、JBS二極管的泄漏電流遠(yuǎn)低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的100 µA。JBS二極管的通態(tài)壓降約為2 V,跟硅基IGBT和SiC功率MOSFET一樣,都適合用作反并聯(lián)二極管。 而PRESiCETM制造的碳化硅功率MOSFET的測(cè)量數(shù)據(jù)顯示:90%的器件的[敏感詞]導(dǎo)通電阻小于典型值的1.3倍,良率超過90%,其閾值電壓也處在數(shù)據(jù)表要求的+/- 30%之內(nèi)。
圖3. SiC JBS整流器在1000V反向偏置下測(cè)得的泄漏電流:晶圓內(nèi)和不同批次內(nèi)的晶圓間差異。
圖4. SiC JBS整流器在1000V反向偏置下測(cè)得的漏電流:漏電流的批次間變化。
圖5.使用Gen-3 PRESiCETM技術(shù)制造的SiC功率JBSFET:漏電流的批次間變化。
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