碳化硅(SiC)功率器件因其优异的物理特性，如高击穿场强、高热导率和高电子饱和漂移速度，已成为新一代功率电子器件的理想选择。下面将详细介绍SiC功率器件的制作流程。

一、SiC衬底制备

SiC功率器件的制作始于高质量的SiC衬底制备。目前主要采用物理气相传输(PVT)法生长SiC单晶：

原料准备：将高纯度SiC粉末置于石墨坩埚中

晶体生长：在2000-2500℃高温下，通过温度梯度使SiC气相传输并在籽晶上沉积

晶圆加工：将生长的SiC晶锭切割、研磨、抛光成所需厚度的晶圆(常见4英寸或6英寸)

二、外延生长

在SiC衬底上生长高质量外延层是关键步骤：

清洗处理：使用RCA标准清洗工艺去除衬底表面污染物

外延生长：采用化学气相沉积(CVD)法，在1500-1600℃下生长n型或p型SiC外延层

掺杂控制：通过调节硅烷(SiH₄)、丙烷(C₃H₈)和掺杂气体(如氮气N₂或三甲基铝TMA)的流量控制掺杂浓度

三、器件制造工艺

1. 离子注入与激活退火

SiC的高键能使得掺杂难以通过扩散实现，必须采用离子注入：

使用铝(Al)进行p型掺杂，氮(N)或磷(P)进行n型掺杂

注入后需在1600-1700℃高温下退火以激活掺杂剂

2. 栅介质形成

SiC MOSFET的关键是高质量的SiO₂/SiC界面：

采用干氧氧化或湿氧氧化在1200-1300℃下生长栅氧化层

后续进行氮退火处理以减少界面态密度

3. 金属化工艺

欧姆接触：

n型SiC通常采用Ni基合金，在950-1050℃下退火形成

p型SiC常用Al/Ti合金

栅电极：多晶硅或金属叠层(如Al/TiN)

背面金属化：蒸发或溅射厚金属层(如Ti/Ni/Ag)以降低接触电阻

4. 钝化与保护

沉积SiN₃或SiO₂钝化层保护器件表面

使用聚酰亚胺等材料进行最后的表面钝化

四、测试与封装

电性测试：包括IV、CV特性测试，评估击穿电压、导通电阻等参数

可靠性测试：高温反偏(HTRB)、高温栅偏(HTGB)等测试

封装工艺：采用适合高功率、高温应用的封装技术，如银烧结、铜线键合等

随着工艺的不断进步，SiC功率器件在新能源汽车、智能电网、轨道交通等领域的应用前景将更加广阔。未来发展方向包括更高电压等级器件、集成化模块以及成本降低技术等。

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