中科院基于新型SiC复合衬底的低成本MOSFET取得重要进展

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中科院微电子所刘新宇研究员团队与合作伙伴成功研制出高性能低成本1200V SiC MOSFET，该成果基于新型6英寸SiC复合衬底。

SiC晶圆产业面临产能扩张与高质量衬底成品率低的挑战（40%-60%）。大量低质量衬底被浪费，导致成本居高不下（通常超过MOSFET总成本的50%），并造成高碳排放。

该团队创新性地提出并实现了6英寸单晶SiC复合衬底，利用表面活化键合和离子注入剥离技术，将高质量SiC薄层转移到低质量衬底上，实现低质量衬底的有效利用。每个高质量SiC晶圆可重复使用超过30次，预计成本降低40%。

该复合衬底缺陷密度低，界面热阻低至2.8 +1.4/-0.7 m²K/GW（国际最低值），且键合界面电场强度小。基于该衬底制造的6英寸SiC外延层，无致命缺陷良率高达99.2%。最终制成的1200V、20mΩ SiC MOSFET器件良率超过70%。

相关研究成果已于12月10日在第70届国际电子器件大会(IEDM 2024)上以口头报告形式发表。

图1. 6英寸SiC-SiC键合制造工艺流程图

图2. 6英寸工程衬底和外延层上SiC MOSFET沟道区域高分辨率透射电镜(HRTEM)图像

图3. VGS= -4V，VDS=1200V条件下，6英寸晶圆上器件IGSS分布图 (图a良率90%，图b良率70%)

图4. 浪涌电路测试结果：(a)电路原理图；(b)理想波形；(c)浪涌电流测试装置照片；(d)不同浪涌电流水平下器件电流电压波形；(e)失效器件引脚间电阻。

文章来源：中国科学院微电子研究所

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