浙大杭州科創(chuàng)中心研制出首批碳化硅晶圓

文／尹維娜

科技創(chuàng)新的大潮，下一個風(fēng)口會在哪里？

今年兩會，我國“十四五”規(guī)劃《綱要》明確提出，要加速推動以碳化硅、氮化鎵為代表的寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。

5月上旬，浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng)中心（以下簡稱科創(chuàng)中心）研制出首批碳化硅晶圓，這是繼2020年11月首個碳化硅單晶錠成功制備后，取得的又一重要進(jìn)展，標(biāo)志著科創(chuàng)中心擁有了在碳化硅晶圓加工方面開展高水平研究的能力。

先進(jìn)半導(dǎo)體研究院首個碳化硅單晶誕生

2020年11月，浙大杭州科創(chuàng)中心先進(jìn)半導(dǎo)體研究院首爐碳化硅單晶成功“出爐”，這是研究院的半導(dǎo)體材料研究室在科創(chuàng)中心首席科學(xué)家楊德仁院士指導(dǎo)下取得的階段性成果，這標(biāo)志著經(jīng)過前期緊鑼密鼓的準(zhǔn)備，科創(chuàng)中心在寬禁帶半導(dǎo)體材料研究方面已經(jīng)正式進(jìn)入快車道。

碳化硅單晶是一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有禁帶寬度大、飽和漂移速度高、臨界擊穿場強(qiáng)大、熱導(dǎo)率高等諸多特點(diǎn)，是半導(dǎo)體業(yè)內(nèi)公認(rèn)的“未來材料”，無論是在軍用領(lǐng)域還是在民用市場，都是世界各國爭奪的戰(zhàn)略陣地。

不僅半導(dǎo)體材料研究室已有了喜人成果，功率芯片研究室也在積極開展新型碳化硅功率器件和氮化鎵功率器件的研發(fā)工作；同時，針對碳化硅器件封裝與應(yīng)用的研究工作也正在逐步開展。目前，先進(jìn)半導(dǎo)體研究院正著力于布局寬禁帶半導(dǎo)體材料和器件的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，力爭取得重大突破。

備受關(guān)注的4H碳化硅晶圓

我們熟知的各種電路元件結(jié)構(gòu)大多都是在晶圓的基礎(chǔ)上制作而成的。目前，在高壓、高頻、高溫電子器件領(lǐng)域，4H碳化硅晶圓是當(dāng)之無愧的重要角色。例如，基于4H碳化硅晶圓制作的MOSFET、MESFET器件、肖特基二極管等功率模組被視為新能源汽車電機(jī)控制器功率密度和效率提升的關(guān)鍵要素。

據(jù)了解，這批碳化硅晶圓由科創(chuàng)中心先進(jìn)半導(dǎo)體研究院半導(dǎo)體材料研究室研制，碳化硅晶圓的晶型為4H，導(dǎo)電類型為半絕緣型，直徑為100mm，厚度為515μm。其總厚度變化（TTV）≤4μm、翹曲度（warp）≤10μm，表面粗糙度（Ra）為0.2nm。這些碳化硅晶圓的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到了領(lǐng)域內(nèi)的先進(jìn)水平。

科研人員表示，近年來，作為至關(guān)重要的寬禁帶半導(dǎo)體，碳化硅受到了美國、歐洲和日本等國家和地區(qū)的高度重視。由于硬度高、脆性大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，傳統(tǒng)半導(dǎo)體晶圓加工方法不完全適用于碳化硅。碳化硅晶圓的加工涉及切、磨、拋等關(guān)鍵工藝，開發(fā)高表面質(zhì)量的碳化硅晶圓加工技術(shù)對實(shí)現(xiàn)高性能半導(dǎo)體碳化硅器件至關(guān)重要。

在各種晶型的碳化硅中，4H碳化硅因綜合性能優(yōu)良而被格外青睞。目前，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)界對低阻的導(dǎo)電類型為n型的4H碳化硅和導(dǎo)電類型為半絕緣型的4H碳化硅具有迫切需求。前者主要用于功率半導(dǎo)體器件，其主流晶圓的尺寸已達(dá)150mm。后者主要用于射頻半導(dǎo)體器件，其主流晶圓的尺寸為100mm?？苿?chuàng)中心首批100mm半絕緣型4H碳化硅晶圓的成功研制是科創(chuàng)中心在半導(dǎo)體碳化硅研發(fā)道路上又邁出的堅實(shí)一步。

搶占未來！打造寬禁帶半導(dǎo)體材料與器件平臺

寬禁帶半導(dǎo)體是半導(dǎo)體業(yè)內(nèi)公認(rèn)的“未來材料”，無論是在軍用領(lǐng)域還是在民用市場，都是世界各國爭奪的戰(zhàn)略陣地。

面向國家重大戰(zhàn)略，目前，科創(chuàng)中心先進(jìn)半導(dǎo)體研究院正致力于打造以碳化硅為代表的具有國際先進(jìn)水平的寬禁帶半導(dǎo)體材料和器件研究平臺，為我國寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供有力支撐。

研究院在首席科學(xué)家楊德仁院士的帶領(lǐng)下力爭不斷取得寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域的新突破，以寬禁帶半導(dǎo)體材料、功率芯片和射頻芯片的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化為核心，以封裝測試和應(yīng)用技術(shù)作為服務(wù)支撐，重點(diǎn)突破寬禁帶半導(dǎo)體材料生長、寬禁帶半導(dǎo)體功率芯片和射頻芯片的新型結(jié)構(gòu)設(shè)計、先進(jìn)工藝技術(shù)開發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，解決一批半導(dǎo)體領(lǐng)域的“卡脖子”技術(shù)難題，推動半導(dǎo)體材料、芯片、集成封測產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的快速發(fā)展，提高我國在寬禁帶半導(dǎo)體領(lǐng)域的國際競爭力和影響力。