SiC晶體具有哪些特性

碳化硅（SiC）在設(shè)計大功率電子器件方面優(yōu)于傳統(tǒng)硅，開發(fā)者們對SiC材料的物理特性還有性能有較多的認(rèn)識，這種高性能化合物半導(dǎo)體的被廣泛采用，但在應(yīng)用中如何控制晶體的缺陷密度仍是一個挑戰(zhàn)。

剩下的問題是，SiC器件的制造成本是否能夠使器件產(chǎn)品在系統(tǒng)應(yīng)用中與硅功率器件競爭。 SiC的特性可以設(shè)計出面積較小的功率器件，或者換句話說，可以設(shè)計用于更大電流密度的器件。與傳統(tǒng)的硅功率器件設(shè)計相比，該優(yōu)點提供了用大量晶體管填充晶片的機會。

晶圓上器件數(shù)量的小幅增加，或與等效指定的硅器件實現(xiàn)器件制造成本均等所需的SiC器件的管芯面積的小幅減少。 SiC的特性，特別是其導(dǎo)熱系數(shù)，允許器件設(shè)計策略實現(xiàn)管芯面積減少2倍。該計算表明，對于Si和SiC，相同尺寸的晶片之間的價格可能會有很大的差異，但是制造器件的成本卻是可比的。

與硅相比，利用SiC的高壓和導(dǎo)熱特性對成功實現(xiàn)設(shè)備和系統(tǒng)設(shè)計至關(guān)重要。為了獲得成功的器件性能，了解SiC晶片的其他特性也很重要：

透明度。 SiC晶圓是透明的，這可能會導(dǎo)致在使用光刻技術(shù)，自動缺陷檢測和自動晶圓處理方面遇到一些困難。自動缺陷檢測可能會將表面下方的特征誤識別為表面缺陷。在晶圓處理中，為不透明材料設(shè)置的傳感器可能會響應(yīng)不正確，從而導(dǎo)致在加載/卸載過程中晶圓破裂。

摻雜劑摻入。 SiC中摻雜原子的注入和活化比硅中摻雜更具挑戰(zhàn)性。與硅相比，摻雜劑的擴散非常小。在SiC中，注入激活需要超過1500°C的溫度，在此過程中，必須使晶片表面不粗糙。激活效率可能低于硅，并且總激活隨總摻雜劑濃度而變化。

基板電阻率。 SiC襯底比硅襯底具有更高的電阻率。由于與硅相比，SiC設(shè)計中使用的外延厚度較小，因此SiC襯底可為器件的串聯(lián)電阻的余量。在SiC晶片上形成歐姆接觸通常需要高溫退火（T》 800°C）。由于退火溫度可能對隨后的器件工藝有害，因此該步驟必須在器件制造流程的早期進(jìn)行。工藝優(yōu)化對于確保將由歐姆接觸引起的串聯(lián)電阻效應(yīng)降至最低至關(guān)重要，并且在SiC二極管和金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）中實現(xiàn)了最佳的低正向壓降性能。

缺陷。與SiC器件相關(guān)的最關(guān)鍵的缺陷是在外延期間在晶片表面形成的多晶表面缺陷。這些致命缺陷可以通過自動光譜技術(shù)輕松檢測到。缺陷的表面突出會導(dǎo)致在光致抗蝕劑層中形成大的壞點，并導(dǎo)致遠(yuǎn)離缺陷的晶圓區(qū)域出現(xiàn)制造故障。檢查光刻膠是確定潛在制造問題的重要工藝步驟。還可能存在其他缺陷，這些缺陷可能會限制設(shè)備的性能。拋光過程造成的輕微光損傷會導(dǎo)致外延表面上的淺線性缺陷，這些缺陷將在金屬化步驟中進(jìn)行修復(fù)。這些缺陷可能導(dǎo)致器件在柵極下方的區(qū)域或邊緣終端區(qū)域中出現(xiàn)一些問題點。

設(shè)備屬性。諸如肖特基二極管和MOSFET之類的SiC器件對狀態(tài)電阻的正向偏置表現(xiàn)出正溫度系數(shù)。文獻(xiàn)中報道了許多結(jié)果，并且設(shè)備供應(yīng)商的應(yīng)用筆記指出，與基于硅的器件相比，SiC器件的傳導(dǎo)損耗和開關(guān)損耗更低。設(shè)計SiC器件時使用了許多模型。但是，這些模型雖然有所改進(jìn)，但仍然顯示出與在制造設(shè)備上測量的實驗數(shù)據(jù)相抵觸的情況。應(yīng)注意確保在模型中輸入的材料屬性與用于制造設(shè)備的材料的屬性一致。應(yīng)該對模型進(jìn)行評估，使其能夠反映出內(nèi)部晶片以及基底與晶片之間的差異以及外延，以配合使用指標(biāo)。