提升200%！国产SiC MOSFET又有新技术
提升200%！国产SiC MOSFET又有新技术
SiC MOSFET的制造难题让很多国内企业感到困扰，亟需新的技术。
今天，西安交通大学官网宣布，他们与郝跃院士合作，开发了一种新的技术，能够大幅解决SiC MOSFET的技术瓶颈，沟道迁移率提升200%。而且，该技术还与现有的标准SiC MOSFET 制造工艺兼容，方便商业化。
这项研究成果论文最近发表在第67届IEEE国际电子器件会议（IEDM）上。
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SiC MOSFET核心难题：
沟道迁移率比期望值低100倍
目前，SiC MOSFET发核心技术瓶颈集中在栅氧层界面质量差，从而导致沟道迁移率（通常低于10 cm2/V·s）和阈值电压稳定性，远逊于Si基MOSFET，使得SiC MOSFET能源转换效率严重受限，优势还远未得到发挥。
目前业界有2个技术方向来解决SiC MOSFET迁移率低的问题：
一是从平面结构走向沟槽结构。
由于平面SiC MOSFET的沟道形成于(0001)Si面上，沟道迁移率较低（?1cm2/V·s，比期望值低100倍），同时还存在JFET 区域，导致器件的导通电阻很难得到进一步降低。
而沟槽型 MOSFET结构通过在沟槽侧壁形成沟道，不仅可以提高沟道迁移率，还能消除JFET 区域，实现降低器件导通电阻的目的，但要考虑如何降低沟槽底部氧化层电场强度。
第二个方向是聚焦处理界面缺陷密度。
根据日本京都大学的研究，SiC热氧化往往会使界面处出现残留碳，从而导致产生大量缺陷，SiC 与SiO2界面的缺陷是Si与SiO2界面的100倍，这会导致出现较大功率损耗和效率损失，大大限制SiC晶体管的性能和可靠性（.点这里.）。
京都大学通过氮气显着降低SiC/SiO2界面缺陷密度，能够将Si与SiO2界面的缺陷密度降低90%。并在A面上创建SiC MOSFET，将沟道迁移率提升6倍以上，达到131 cm2/ Vs。
而最近，西安交通大学又提出另一种技术，可将沟道迁移率大幅提高200%。
西交大新技术：
沟道迁移率提升200%
据西安交通大学介绍，目前，在一氧化氮 (NO) 或一氧化二氮 (N2O) 中高温退火，是降低SiC MOSFET栅氧层界面缺陷的标准程序，这被称为后氧化退火 (POA)，其典型温度范围为 1000°C至1500°C。
然而这样的高温钝化工艺，无法避免界面处再氧化而导致额外缺陷，从而严重限制了界面质量的提升效果。
此外，在磷基环境中进行高温退火和使用沉积的高 k 电介质（如三氧化二铝）来代替热氧化物等技术方案，则往往导致栅氧层可靠性的降低和较高的漏电流。
为解决以上技术瓶颈，西安交通大学微电子学院耿莉教授、刘卫华教授团队与西安电子科技大学郝跃院士共同合作，提出了一种使用低温超临界二氧化碳(SCCO2) 或超临界一氧化二氮 (SCN2O) 流体的低温退火工艺，以提高4H-SiC MOSFET中4H-SiC/SiO2界面的质量。
低温超临界流体设备和横向硅（Si）面SiC MOSFET器件示意图
据介绍，通过增加压力，二氧化碳（CO2）和 一氧化二氮（N2O） 在接近室温时更容易进入超临界流体 (SCF) 状态。SCF态是物质的一种特殊相，它具有气体一样的高渗透能力和液体一样的高溶解度，几乎没有表面张力，因此，可以将 SCCO2或 SCN2O 流体引入界面来减小陷阱，而不会造成新的损伤。
西电的实验证明，使用SCF在120°C下进行的退火工艺在提高 MOSFET 器件中的 4H-SiC/SiO2质量方面非常有效，在 (0001) Si 面上制造的横向 4H-SiC MOSFET的峰值场效应迁移率高达72.3 cm2/V · s，大约是氮氧后氧化退火工艺的最新结果的两倍。
超临界流体工艺处理后获得高质量的SiO2/SiC界面和高迁移率的SiC MOSFET
而且低温避免了高温的再氧化和材料分解问题，因而显着提高了介电层的可靠性。该研究成果不仅实现了高质量的SiO2/SiC界面、高的沟道迁移率和介电可靠性，更令人鼓舞的是，他们所提出的高效低温退火工艺与标准SiC MOSFET 制造工艺兼容，为制备高性能SiC MOSFET器件提供了新的有效方法，方便用于商用器件的制备。
神户大学新研究：
预测氮原子层结构模型
此外，“三代半风向”还发现，日本又有一项新的技术，能够进一步推进SiC MOSFET破解栅氧层界面技术难题。
12月2日，日本神户大学表示，他们与日本北海道大学取得了新成果，将有助于更好地了解氮退火在SiC器件的制造过程中是如何工作的。这一研究成果于11月30日发表在日本物理学会杂志上。
神户大学认为，到目前为止，通过氮退火渗入SiC中的氮原子在原子尺度上呈现出什么样的结构还没有得到很好的理解。
为此，他们利用计算机模拟，对SiC中形成的高密度氮原子层的结构进行了理论预测，并证实可以获得与实验一致的结果。
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