性能提升3倍！3.3kVSiCMOS也可以代工了
性能提升3倍！3.3kV SiC MOS也可以代工了
前段时间，我们介绍了一项碳化硅技术，成本仅为硅的1.5倍（.点这里.），第一季度代工订单同比增长47％。
最近，该技术又有了新进展——已经导入到第二家代工厂，成功制造了3.3 kV的SiC MOSFET，其导通电阻低至13.8mΩ/cm2，“是其他最先进技术理想值的3倍”。
建立第二个代工厂
SiC MOSFET电压高达3.3kV
目前，SiC MOSFET成本比硅器件高太多，北卡罗来纳州立大学（NCSU）认为可以通过2个方式去解决。
一是采用硅晶圆代工厂。NCSU杰出教授Jay Baliga表示，80％以上的SiC MOSFET工艺跟硅晶圆代工厂一样，只需升级栅极氧化和离子注入等高温设备，就可以将碳化硅的生产成本大大降低。
二是增加代工量。NCSU开发了PRESiCETM技术，并将它转移到代工厂，帮助器件企业加速生产速度，增加了代工量，也可以显着降低成本。
此前，NCSU已经将PRESiCETM导入到美国X-Fab的6英寸代工厂。今年一季度，X-FAB的碳化硅订单量同比增长47％，季度收入约3922万人民币，同比增长35％。一季度又新增了2个客户，量产客户数量增加到了10个。
为了满足更多器件企业的代工需求，NCSU又将PRESiCETM导入到第二家代工厂SiCamore Semi，并在4英寸生产线中制造了600 V、1.2 kV和2.3 kV的SiC MOSFET。
根据NCSU最新报告，他们的PRESiCETM技术已经发展到第5代，并在SiCamore Semi工厂成功制造了3.3 kV的平面栅极SiC MOSFET，包括累积沟道（ACCUFET）和反型沟道MOSFET（INVFET）两种结构。
经过测量，在Vgs=20 V、Id=1 A的条件下，ACCUFET和INVFET的特定导通电阻(Ron,sp)分别为13.8mΩ/cm2和19.8 mΩ/cm2。与INVFET结构相比，ACCUFET结构的特定导通电阻降低了1.4倍，“是最先进技术理想值的3倍”。
图10.ACCUFET(a)和INVFET的Ron,sp和击穿电压对比。
在漏极电流Id=1mA条件下，ACCUFET和INVFET器件的阈值电压(Vth)分别为2.7V和4.9V。高频性能方面，ACCUFET的HF-FOM比INVFET好1.2倍。
器件结构与制造方法
下图是该SiC MOSFET的结构和尺寸。
其单元间距为 4.2 μm，并采用线性单元拓扑制造，ACCUFET和INVFET的栅极氧化层厚度均为50 nm，有源面积为0.045 cm2。该器件使用厚度为30 μm的外延层和3×1015cm-3的N型掺杂制成，在350 μm N+衬底上生长。
制造方面，首先在整个有源区上进行氮离子注入，以将JFET区域的掺杂水平提高到3×1016cm-3。N+和P+区域具有1×1020 cm-3的高掺杂浓度以形成良好的欧姆接触。P+屏蔽和沟道区与单个Al P型注入同时形成。
ACCUFET器件实现了3×1018 cm-3的峰值P+屏蔽区浓度和3×1016 cm-3的N型沟道浓度。INVFET器件实现了2×1018cm-3的峰值P+屏蔽区浓度和5×1016 cm-3的P型沟道浓度。
离子注入激活退火在1675 ?C下进行 30 分钟，并带有碳帽，以实现掺杂剂激活和晶格恢复。在1100 ?C下进行氧化以形成20 nm厚的牺牲氧化物，然后将其去除以减少由离子注入引起的表面粗糙和损坏。
不过，ACCUFET 和 INVFET 的总良率为34%。该良率是仅运行2批晶圆后获得的，将来会通过改进流程、运行多个批次来提高。
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