| 成果名称: | 六英寸碳化硅晶圆高温氧化炉多片机研发 |
| 完成单位: | 中山大学,中国科学院半导体研究所,北京北方华创微电子装备有限公司,广东汇成真空科技股份有限公司,浙江大学,广东中科半导体微纳制造技术研究院 |
| 主要人员: | 王钢,李健,费泽元,陈伟驱,王杰,罗铁城,何宜聪,申占伟,刘兴昉,闫果果,赵万顺,王雷,崔宁,赵晨峰,李旭刚 等85人 |
| 介绍: | 1. 课题来源与背景：项目来源于广东省重点领域研发计划项目“芯片、软件与计算”专项，其中省专项经费1000万元（已到账800万元），项目组自筹1348.33 万元。SiC因其在高温、高压、高频等条件下的优异性能表现，成为当前最受关注的半导体材料之一。然而，SiC基MOS器件的非理想型界面制约着FET的反型沟道迁移率和介质可靠性的提升，这根本上与MOS界面缺陷和近界面陷阱有直接关联性，因此，氧化炉装备的关键指标直接决定着SiC基MOS栅介质的缺陷闭合调控作用。另一方面，高温氧化处理将极大降低SiC外延材料中的深能级缺陷密度，这将大幅降低SiC基IGBT器件的导通损耗，提升器件的开关特性。因此，氧化炉装备的极限性能指标决定着SiC双极型器件的寿命调控机制。为满足第三代半导体SiC器件的需求，国内几乎全部SiC高温氧化设备是从国外进口。其中，德国Centrotherm公司Oxidator150型SiC高温氧化设备代表着国际先进水平，其氧化温度可以达到1350℃，批处理能力到达50片（6″）。国内主要由季华实验联合北方华创进行SiC高温氧化炉的研发，目前与国际先进设备制造厂家还有一定差距。本项目正是在这一背景下提出，研发高温氧化炉装备，研究降低MOSFET栅介质SiO2与SiC之间的界面态密度的技术，研究混合型IGBT的寿命调制技术，从而降低器件的功耗，取得技术突破，水平达到国际先进国内领先。 2. 技术原理及性能指标。技术原理：项目以6 英寸碳化硅（SiC）晶圆高温氧化炉多片机为研究载体，开展高温氧化工艺设计与开发。对完成氧化工艺后的 SiC 测试图形，采用电学测试表征手段，开展电容 - 电压（C-V） 与电流 - 电压（I-V） 特性测试；从测试曲线中提取界面态密度、沟道迁移率等核心器件参数。通过分析关键参数与氧化工艺温度、工艺时间等条件的关联规律，迭代优化高温氧化工艺参数，最终完成 6 英寸 SiC 晶圆高温氧化炉多片机的氧化工艺能力验证。性能指标：（1）六英寸碳化硅晶圆高温氧化炉多片机整机的研制完成，机台工艺温度最高可达1500℃，温度稳定性≤±1℃；可在1350℃下长期工作，加热速率达到9.91℃/分钟，具有报警及连锁保护功能；支持2"、3"、4"和6"晶圆的批量氧化加工容纳晶圆数量≥50片,可使用O2/NO/N2O/湿氧进行氧化；通过客户使用验证，MTBF≥500h，MTTR≤8h。（2）6英寸SiC晶圆裸片界面态密度可达1E+11cm-2eV-1以下，SiO2介质层击穿场强平均值达11.09MV/cm，载流子迁移率可达61.2255cm2/Vs，氧化层均性达到0.91%。 3. 项目主要创新点：（1）氧化炉内多场耦合协同模拟技术；（2）超高均匀性多温区精准加热技术；（3）高可靠机电一体化自动化控制技术；（4）高性能 SiC 氧化层界面钝化生长技术；（5）三维沟槽 SiC 器件氧化工艺与电学验证技术。 4. 技术的成熟程度：本项目技术就绪度已达到9级，北方华创已批量化生产具有自主知识产权的六英寸碳化硅晶圆高温氧化炉多片机（VERIC O6151A），技术指标达到任务书要求，功能、性能在用户使用中得到充分验证，满足用户需求。5. 应用情况：通过项目实施，促进北方华创和广东汇成极大提升了SiC功率半导体关键工艺装备和磁控溅射镀膜设备的研发能力，并借助公司产业基地的生产能力，可为公司带来上亿的销售增长，赢得直接、可观的经济收益。项目实施期间，实现新增销售收入3,692.04万元，新增利税603.84万元。在某客户端由六英寸碳化硅晶圆高温氧化炉多片机制备的某型号SiC MOSFET器件阈值电压Vth、导通电阻Ron、迁移率等各项电学指标均符合SPEC要求，与国外同类设备处于同一水平。该项目为未来成功实现8吋SiC主流产线提供了技术积累，支撑国内SiC MOS器件制造国产化的持续发展，推动中国本土SiC MOS器件高端装备行业的发展及工艺技术的进步，进一步提高我国SiC MOS器件制造装备的整体水平,突破国外关键半导体设备的技术封锁。同时，培养我国具有自主创新能力的关键设备制造企业，并带动SiC MOS器件产业上下游产业链的发展，形成了我国集成电路产业发展的坚强支柱，可以给5G通讯、高压输运和航空航天等领域提供高质量的器件，为下一代SiC MOS器件设备的发展奠定良好的基础。 |
| 批准登记号: | |
| 登记日期: | 2026-07-23 |
| 研究起止时间: | 2021-09-09至2025-12-31 |
| 所属行业: | 制造业 |
| 所属高新技术类别: | 先进制造 |
| 评价单位名称: | 广东省科学技术厅 |
| 评价日期: | 2026-04-30 |
