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碳化硅电力电子器件发展中的难题分析

文章出处:原创网责任编辑:胡尊芳作者:王彤人气:-发表时间:2017-05-18 16:25:00

1.碳化硅晶片的微管缺陷密度。微管是一种肉眼都可以看得见的宏观缺陷,在碳化硅晶体生长技术发展到能彻底消除微管缺陷之前,大功率电力电子器件就难以用碳化硅来制造。尽管优质晶片的微管密度已达到不超过15cm-2 的水平。但器件制造要求直径超过100mm的碳化硅晶体,微管密度低于0.5cm-2 。

2.外延工艺效率低。碳化硅的气相同质外延一般要在1500℃以上的高温下进行。由于有升华的问题,温度不能太高,一般不能超过1800℃,因而生长速率较低。液相外延温度较低、速率较高,但产量较低。
3.掺杂工艺有特殊要求。如用扩散方法进行惨杂,碳化硅扩散温度远高于硅,此时掩蔽用的SiO2层已失去了掩蔽作用,而且碳化硅本身在这样的高温下也不稳定,因此不宜采用扩散法掺杂,而要用离子注入掺杂。如果p型离子注入的杂质使用铝。由于铝原子比碳原子大得多,注入对晶格的损伤和杂质处于未激活状态的情况都比较严重,往往要在相当高的衬底温度下进行,并在更高的温度下退火。这样就带来了晶片表面碳化硅分解、硅原子升华的问题。目前,p型离子注入的问题还比较多,从杂质选择到退火温度的一系列工艺参数都还需要优化。
4.欧姆接触的制作。欧姆接触是器件电极引出十分重要的一项工艺。在碳化硅晶片上制造金属电极,要求接触电阻低于10- 5Ωcm2,电极材料用Ni和Al可以达到,但在100℃ 以上时热稳定性较差。采用Al/Ni/W/Au复合电极可以把热稳定性提高到600℃、100h ,不过其接触比电阻高达10- 3Ωcm2 。所以要形成好的碳化硅的欧姆接触比较难。
5.配套材料的耐温。碳化硅芯片可在600℃温度下工作,但与其配套的材料就不见得能耐此高温。例如,电极材料、焊料、外壳、绝缘材料等都限制了工作温度的提高。
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