碳化硅芯片怎么制造？浙大杭州科创中心这条科普宣传片告诉你！

引领未来的浙大杭州科创中心 2023-02-21

芯片是如何制造的？

网络热议的碳化硅芯片与传统硅基芯片有什么区别？

浙江大学杭州国际科创中心（以下简称科创中心）先进半导体研究院研究的宽禁带半导体技术，到底能为我们的生活带来什么巨大改变？

为大家解开谜团，走进神秘的芯片世界。科创中心先进半导体研究院特别推出了一支科普宣传片，让你四分钟，做个芯片通！

碳化硅来了！

宽禁带半导体材料开启新时代

以碳化硅和氮化镓为代表的宽禁带半导体材料，突破原有半导体材料在大功率、高频、高速、高温环境下的性能限制，在5G通信、物联网、新能源等前沿领域，发挥重要作用。在摩尔定律遇到瓶颈、中国智造2025的大背景下，宽禁带半导体材料，无疑是中国半导体产业一次好机会！

碳化硅芯片这样制造

新材料，“芯”未来！碳化硅芯片，取代传统硅基芯片，可以有效提高工作效率、降低能量损耗，减少碳排放，提高系统可靠性，缩减体积、节约空间。

以电动汽车为例，采用碳化硅芯片，将使电驱装置的体积缩小为五分之一，电动汽车行驶损耗降低60%以上，相同电池容量下里程数显著提高。

面向未来的碳化硅芯片要如何制造？这就不得不提到一个概念：元胞。一般来说，芯片是晶圆切割完成的半成品。每片晶圆集成了数百颗芯片（数量取决于芯片大小），每颗芯片由成千上万个元胞组成。那元胞究竟要如何制造呢？

第一步

注入掩膜。首先清洗晶圆，淀积一层氧化硅薄膜，接着通过匀胶、曝光、显影等工艺步骤形成光刻胶图形，最后通过刻蚀工艺将图形转移到刻蚀掩膜上。

第二步

离子注入。将做好掩膜的晶圆放入离子注入机，注入高能离子。之后移除掩膜，进行退火以激活注入离子。

第三步

制作栅极。在晶圆上依次淀积栅氧层、栅电极层形成门级控制结构。

第四步

制作钝化层。淀积一层绝缘特性良好的电介质层，防止电极间击穿。

第五步

制作漏源电极。在钝化层上开孔，并溅射金属形成漏源电极。

当漏源电极和栅源电极之间加正压时，沟道开启，电子从源极流向漏极，产生从漏极流向源极的电流。至此，一个基本的功率器件即元胞就制作完成了。成千上万的元胞组成芯片，再集成到晶圆衬底，就有了像彩虹一样灿烂的晶圆！

而晶圆的碳化硅衬底，则是由物理气相传输法（PVT）制备，经碳化硅粉料的分解与升华、气体的传输与沉积、切磨抛一系列工序而成。

以碳化硅和氮化镓为代表的宽禁带半导体材料给未来带来无限可能！而这，就是科创中心先进半导体研究院聚焦的领域。

研究院立足产学研一体化，从宽禁带半导体材料技术出发，研究下一代高性能宽禁带半导体功率芯片技术，突破宽禁带半导体材料生长、宽禁带芯片工艺、先进封装和应用的技术瓶颈，打破该领域大尺寸晶圆和高端芯片被外国垄断的局面，力争实现我国宽禁带半导体材料与器件技术的自主可控、安全高效发展！

图片视频来源：先进半导体研究院

本文编辑：吴瑶瑶晨曦

校对：晨曦