近日，由第三代半導體產業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯盟（CASA）、國家半導體照明工程研發(fā)及產業(yè)聯盟（CSA）聯合主辦，北京麥肯橋新材料生產力促進中心有限公司與半導體產業(yè)網共同承辦的第七屆國際第三代半導體論壇暨第十八屆中國國際半導體照明論壇（IFWS & SSLCHINA 2021）在深圳會展中心舉行。

期間， “IFWS& SSLCHINA 2021：碳化硅功率器件與封裝應用論壇“成功召開。會議由蕪湖啟迪半導體有限公司、中國電子科技集團公司第四十八研究所、北京北方華創(chuàng)微電子裝備有限公司、德國愛思強股份有限公司協辦支持。蕪湖啟迪半導體有限公司董事長趙清和復旦大學特聘教授、上海碳化硅功率器件工程技術研究中心主任張清純聯袂主持。

會議現場

主持人：蕪湖啟迪半導體有限公司董事長 趙清

會上，美國電力首席執(zhí)行官兼首席技術官、北卡羅萊納州立大學教授Victor VELIADIS，復旦大學特聘教授、上海碳化硅功率器件工程技術研究中心主任張清純，深圳欣銳科技股份有限公司董事長吳壬華，美國俄亥俄州立大學教授、IEEE會士Anant AGARWAL，中國電子科技集團公司第四十八研究所半導體裝備研究部副主任鞏小亮，大連理工大學教授王德君，北京北方華創(chuàng)微電子裝備有限公司LED及化合物半導體行業(yè)發(fā)展部總經理王顯剛，西安電子科技大學微電子學院教授張藝蒙，蕪湖啟迪半導體有限公司研發(fā)總監(jiān)鈕應喜、德國愛思強股份有限公司中國區(qū)副總經理方子文，廣東佛智芯微電子技術研究有限公司副總經理，廣東省半導體智能裝備與系統集成創(chuàng)新中心首席科學家林挺宇，中國科學院微電子研究所系統封裝與集成研發(fā)中心副研究員侯峰澤，復旦大學張園覽等精英專家們帶來精彩報告，分享前沿研究成果。

美國電力首席執(zhí)行官兼首席技術官、北卡羅萊納州立大學教授Victor VELIADIS在線分享了“碳化硅大規(guī)模商業(yè)化：現狀與障礙”主題報告。他在報告中概述碳化硅 (SiC) 的有利材料特性，這些特性可用于實現外形尺寸和冷卻要求更低的高效功率器件。并展示高影響力的應用機會，其中 SiC 器件正在取代其現有的 Si 器件。在材料和器件制造方面重點是那些不是從成熟的硅制造領域繼承下來的工藝，因此是碳化硅特有的。報告中介紹了平面和溝槽 MOSFET 的設計，它們目前被植入到大多數基于 SiC 的電力電子系統中。并分析了 Fab 模型，展示充滿活力的美國 SiC 制造基礎設施，討論 SiC 大規(guī)模商業(yè)化的障礙。其中包括高于硅器件的成本、可靠性和堅固性問題、降低器件性能的缺陷，以及需要訓練有素的勞動力才能熟練地將 SiC 插入電力電子系統。

復旦大學特聘教授、上海碳化硅功率器件工程技術研究中心主任張清純分享了“SiC器件和模塊的最新進展 ”主題報告。SiC功率器件的典型應用有新能源汽車產業(yè)、充電樁、新能源發(fā)電和儲能，這些產業(yè)都和碳中和息息相關。報告系統介紹了SiC功率器件應用、對低碳發(fā)展的意義以及國內SiC器件代工線最新進展。SiC的電力電子器件包括650伏到1700伏的二極管和MOSFET的研發(fā)和商品化以及如何降低器件的成本及其技術路線圖等內容，并對新一代器件技術的提高途徑和取得的重大進步方面也作了進一步的闡述。

深圳欣銳科技股份有限公司董事長吳壬華博士分享了“SiC器件在新能源汽車產業(yè)中的應用”主題報告。他指出，欣銳科技“十六年磨一劍”專注新能源汽車業(yè)務，從成立之初確定電力電子能量變換技術、數字化實時控制和網絡化監(jiān)控三大核心技術，歷經十六載鍛造的大功率電力電子能量變換技術、第三代半導體SiC應用技術和軟件定義產品技術三大核心技術已經成為公司三個業(yè)務板塊共同的基石。CREE&Wolfspeed早在2013年就曾官宣與欣銳科技開展深度合作。新能源汽車產業(yè)中存在七個SiC器件應用場景，目前欣銳科技在新能源汽車產業(yè)中車載“三電”核心零部件中DC/DC變換器、車載充電機，燃車載燃料電池系統DCF、空氣系統以及地面充電超級充電站、11KW EV 無線充電系統六個應用場景中均取得了全球技術領先優(yōu)勢。

 

欣銳科技率先推出燃料電池商用車FC-PEU大集成解決方案，不僅僅集成度得以大幅度提高，而且可實現“有氫加氫、無氫充電”的遠景。目前已經承接了上汽大通、廣汽埃安LX、長城F7、長安CS75、紅旗H5-FCEV等幾乎所有的國內燃料電池乘用車項目（DCF集成）；并承接了清能客車/重卡項目、上燃專用車項目、杰寧重卡項目、濰柴重卡項目等主要的國內燃料電池商用車項目（基于DCF的FC-PEU大集成）。在超級充電站方面，推出的SHINRY 超級充電模塊&系統解決方案，11KW EV無線充電系統均得到市場認可。

 

美國俄亥俄州立大學教授、IEEE會士Anant AGARWAL通過在線云視頻分享了“碳化硅芯片會在 2025-2030 年被電動汽車廣泛采用的可能性探討”主題報告。他表示，SiC 已成功應用于電源和光伏轉換器行業(yè)，并迅速進入電動汽車市場。碳化硅更高的結溫（硅 IGBT 中為 125°C，而碳化硅 MOSFET 中為 175°C）可用于增加功率密度以及減少車輛熱管理系統。與類似的 Si 系統相比，更高的電流能力可以為上坡駕駛、加速或轉子鎖定條件產生更高的電機扭矩。這些都是引人注目的優(yōu)勢，將推動電動汽車采用 SiC 器件，在未來十年內開辟大約 160億美元的機會。該市場將成為提高 SiC 制造量從而降低成本的關鍵。目前，碳化硅器件的成本主要是碳化硅襯底和外延，主要是因為在這些領域的專業(yè)知識有限，只有極少數組織。隨著新參與者被高需求和潛在商業(yè)案例吸引進入市場，這些成本將大幅下降。正如 Agarwalet al所示，未來5年，隨著 200 mm SiC 的出現，SiC 成本將接近每安培 Si 成本的30%。這假設與相同尺寸的 Si 晶片相比，每個 SiC 晶片的襯底和外延價格有非常溫和的降低，以及越來越高的總電流能力。

第三代半導體已成為半導體前沿技術制高點，是支撐 “新基建”和”中國制造2025“的”核芯“，對國家經濟發(fā)展、產業(yè)轉型升級、國防安全具有重要戰(zhàn)略意義。中國電子科技集團公司第四十八研究所 半導體裝備研究部副主任鞏小亮分享了”SiC功率器件制造工藝特點與核心裝備創(chuàng)新進展”主題報告。他介紹，中國電科48所第三代半導體裝備產業(yè)布局優(yōu)勢明顯，SiC外延生長設備方面，在國內率先開發(fā)出碳化硅器件制造關鍵裝備，并形成成套應用態(tài)勢。截至2020年，SiC設備已在生產線應用/簽訂合同逾20臺套，意向合同多臺套。6英寸單片式機型滿足厚外延、高均勻、低缺陷等工藝發(fā)展需求；SiC高溫高能離子注入機，注入能量、束流、均勻性、穩(wěn)定性和產能持續(xù)提升，批量應用。SiC高溫激活爐滿足量產要求，小批量應用，片內/片間方阻均勻性≤1.5%。SiC高溫氧化爐柵氧厚度均勻性優(yōu)于2%，界面電子遷移率穩(wěn)定在20cm2/Vs以上，生產出的1200V/ 80mΩ MOSFET器件進入下游用戶可靠性測試階段。LPCVD、PVD等Si基通用設備向第三代半導體芯片制造生產線快速滲透；立式LPCVD定制設計：標準8寸機型改兼容6寸，相比臥式LPCVD效果更優(yōu)；已通過多晶硅柵等工藝的在線批產驗證。

大連理工大學王德君教授現場分享了“SiC MOS器件氧化后退火新途徑--低溫再氧化退火技術 ”主題報告。分享了在SiC MOS器件制作過程當中柵氧氧化后處理的一道工序，在柵氧和半導體之間界面會形成大量的缺陷，包括界面的缺陷、固定的電荷、柵氧內部的缺陷、可動離子等不理想因素，尤其是界面的缺陷和近界面處的缺陷會對器件的溝道遷移率會產生影響，近界面的缺陷和電荷會對器件性能的穩(wěn)定性造成影響。報告中介紹了SiC半導體器件制作及可靠性技術領域，一種利用含氯元素的氧化后退火技術改進SiCMOSFET器件性能的方法。通過在氧化中引入氮元素，在退火中引入氯元素，既可以有效消除SiC/SiO2界面附近陷阱，又可以通過氯元素固定SiO2薄膜中的可動離子，從而有效提升SiCMOSFET器件的穩(wěn)定性。

與已有技術相比，本發(fā)明通過在氧化中引入氮元素，在退火中引入氯元素，既可以有效消除SiC/SiO 2界面附近陷阱，又可以通過氯元素固定SiO 2薄膜中的可動離子，從而有效提升SiC MOSFET器件的穩(wěn)定性。更重要的是，氮，氫和氯三種元素的最佳處理時間并不相同，通過氧化引入大量的N可以有效的消除陷阱，隨后引入的氫和氯元素可以巧妙的調整處理時間，使其既能鈍化剩余缺陷以及固定可動離子，同時不會產生對柵氧絕緣層的劣化。

主持人：復旦大學特聘教授、上海碳化硅功率器件工程技術研究中心主任張清純

北京北方華創(chuàng)微電子裝備有限公司LED及化合物半導體行業(yè)發(fā)展部總經理王顯剛分享了“化合物半導體工藝設備解決方案”主題報告，北京北方華創(chuàng)微電子裝備有限公司經過二十年的發(fā)展，北方華創(chuàng)已成為國內領先的半導體裝備制造與服務商。在化合物半導體領域，NAURA定制開發(fā)了化合物半導體刻蝕機、PECVD系統、槽式清洗系統和臥式擴散/氧化系統，為客戶提供全面的設備及工藝解決方案。北方華創(chuàng)專注器件工藝研發(fā)，包括SiN/GaN 慢速低損傷刻蝕設備，SiC通孔高速刻蝕設備，高致密、低應力的PECVD薄膜沉積設備等均已在國內多條主流生產線上批量應用。在SiC量產線上，應用于SiC功率器件的Etch、PVD、清洗設備、PEVCD、臥式爐等關鍵工藝設備在國內主流產線上也已大規(guī)模應用。國內首臺量產型SiC高溫氧化退火/高溫激活立式爐在客戶端實現量產應用；公司的SiC長晶爐已在客戶端批量投入使用。

新能源汽車、高鐵機車、智能電網等民用電能轉化裝置對中高壓大功率、高可靠性SiC器件的迫切需求。航天電源系統、輻照探測系統、脈沖功率系統對抗輻照、高功率密度、高可靠性SiC功率器件的迫切需求。西安電子科技大學微電子學院教授張藝蒙分享了“SiC 功率MOSFET器件的可靠性研究”主題報告。報告分享了關于結終端技術、高可靠碳化硅功率器件終端調制技術、低導通電阻技術、高功率密度提升技術與器件的可靠性研究。其中，結終端技術可以緩解主結邊緣的電場集中效應，提高擊穿效率的同時，降低漏電和面積消耗、降低電荷敏感性。高可靠碳化硅功率器件終端調制技術可提出并實現了單次注入多臺階JTE終端，通過不同厚度Al掩模實現臺階注入，優(yōu)值注入窗口相比傳統結構提升8倍，簡化工藝，顯著提升工藝可靠性，最終實現了11kV SiC PIN器件。為了修正JTE終端邊緣的“尖銳”電場，通過漸變摻雜尾區(qū)修正構造出微型多區(qū)效應，弱化邊界曲率，實現擊穿效率高達99%，并極大的提高了器件的高壓穩(wěn)定性。提出了“高頻刻蝕”的思路，結合多層掩模多步刻蝕技術，實現了無微溝槽的臺面刻蝕形貌，最終獲得固化的高穩(wěn)定性干法刻蝕工藝，利用該工藝獲得滿足高壓穩(wěn)定性要求的臺面終端。經仿真及實驗驗證，溝槽FLRs終端可有效提升FLRs終端最小間距工藝容限，降低終端面積，可以在不提升工藝復雜度下提高器件可靠性。

蕪湖啟迪半導體有限公司研發(fā)總監(jiān)鈕應喜分享了“第三代半導體碳化硅器件產業(yè)化關鍵技術及發(fā)展進展”主題報告。SiC裝置具備提高轉換效率、減小能量損耗、增加功率容量、減小體積重量、提高可靠性等應用優(yōu)勢，對于提升效率降低裝置損耗，SiC對于提升效率降低裝置損耗，實現“碳中和、碳達峰”具有重要意義!碳化硅外延發(fā)展至今從理論、設備、工藝技術等方面已經取得很大的進展。理論方面：首先是臺階流模型的提出，其次是引入TCS生長體系，在理論基礎上，設備應從硅烷體系發(fā)展到了氯基體系，外延設備也陸續(xù)實現國產替代；再次就是未來4H-SiC外延生長將向多片式、大尺寸、高均勻性、低缺陷方向發(fā)展；最后，為了使器件的性能能夠進一步提升，通過外延來實現部分器件結構，主要是開發(fā)SiC外延溝槽填充技術，進一步降低器件的導通電阻；在高壓應用方面，厚膜生長技術比較滯后，未來需要解決的技術有：厚膜少子壽命，缺陷控制，材料的均勻性。鈕應喜博士建議，當前在SiC晶體段，應優(yōu)化技術，降低成本，加快6英寸產能擴充，突破8英寸技術攻關；在SiC外延領域，應加快8英寸外延生長技術及設備的研制，針對高壓領域，突破厚膜外延產業(yè)化技術；在芯片端，應加快高端車規(guī)級產品的量產技術。

德國愛思強股份有限公司中國區(qū)副總經理方子文分享了“促進寬禁帶半導體產業(yè)化的關鍵外延技術”主題報告。他表示，在全球數字化和汽車電氣化大趨勢背景下，寬禁帶半導體材料以其性能優(yōu)勢催生眾多市場應用場景，在中短期內被越來越多的消費產品采用。為了在第三代半導體在消費市場取得進一步成功，實現器件的優(yōu)良性能，外延層的制備至關重要，不僅性能，而且成本和大批量生產能力都將成為關鍵性因素。方子文博士分析了寬禁帶半導體外延批量生產技術的最新進展，包括用于SiC外延的AIX G5 WWC和用于GaN外延的AIX G5+ C批量生產解決方案。AIX G5 WW C MOCVD使用基于經過量產客戶驗證的AIXTRON行星式反應器平臺，并導入全自動化卡匣式（C2C）晶圓傳輸系統，實現了業(yè)內單腔最大片數(8 x 6英寸)及最大產能。它同時提供了靈活的6英寸和4英寸配置，旨在將生產成本壓縮到最低，同時保持優(yōu)良的產品質量。另外，2022年愛思強也將會在市場推出200mm（8英寸）設備。

廣東佛智芯微電子技術研究有限公司副總經理，廣東省半導體智能裝備與系統集成創(chuàng)新中心首席科學家林挺宇分享了“先進封裝大板扇出研發(fā)及功率器件封裝應用”主題報告。他表示，根據Yole的最新預測，在未來五年間，全球先進封裝的規(guī)模將會達到8.2%的年度復合增長率，而對應的傳統封裝，則只有2.4%的增長速度。預計到2024年，先進封裝的營收規(guī)模將能夠占據行業(yè)營收的50%左右，總體市場規(guī)模在2024年達到3052億元人民幣。佛智芯i-FOSATM 工藝特色的優(yōu)勢特點，可概括為三“高”，兩“佳”，一“低”。即：高良率，低成本。良率高達99%，成本預期較晶圓級低30%以上；高可靠性，高國產化率。純銅柱結構，不使用鐳射打孔，裝備材料國產化率超50%，減少設備依賴，總投入減少30%；兼容性佳，拓展性佳。工藝可全面兼容垂直芯片和單面IO芯片，可拓展成不同材料器件異質集成結構，多芯片封裝工藝的最佳解決方案。

中國科學院微電子研究所系統封裝與集成研發(fā)中心副研究員侯峰澤分享了“高可靠功率系統集成的發(fā)展和挑戰(zhàn)”主題報告。不同的需求拉動著電源和熱模塊的發(fā)展。嵌入式元件封裝技術可應用于GaN、RF等WBG/ultra-WBG器件。隨著對更緊湊的電力電子系統的需求不斷增加，功率SiP技術將成為發(fā)展趨勢之一。嵌入式電源芯片提供了在基板的頂層放置柵極驅動器和無源元件的可能性。 它們也可以與功率器件一起嵌入基板中。具有兩相流的單面 MHS 已被證明是高熱通量電子設備的有效冷卻解決方案。將從應用的角度考慮封裝設計和冷卻成本之間的權衡分析。

在諸如結勢壘肖特基(JBS)二極管等功率器件應用中，盡可能地降低由導通損耗、開關損耗和關態(tài)損耗組成的總功耗至關重要。復旦大學張園覽分享了“基于P區(qū)反序摻雜策略的高效碳化硅結勢壘肖特基二極管的研究”主題報告，為進一步改善器件的綜合性能，該研究了一種新的P區(qū)反序摻雜策略(RPS)在碳化硅結勢壘肖特基二極管的應用，并提出了一個新的優(yōu)值(FOM, VF×IR×QC)來綜合評估4H-SiC JBS二極管表現，基于這種新穎的RPS策略，JBS二極管在室溫下實現了VF (1.58 V @20 A)、IR (0.4 霢 @1200 V)和QC (94.3 nC @1200 V,1 MHz)的高效率，定義的FOM指數僅為57.2。更重要的是，我們制備的碳化硅肖特基二極管即使在175 ℃的工作溫度下也能保持非常高的器件效率，而不會降低所有這些重要特性。報告提出的P區(qū)反序摻雜策略和FOM優(yōu)值為進一步發(fā)展SiC功率器件提供了一種新型器件結構設計思路和有效的評估方法。

 

（內容根據現場資料整理，如有出入敬請諒解）