Kao što znamo, u polju poluprovodnika, monokristalni silicijum (Si) je najrasprostranjeniji i najveći poluprovodnički osnovni materijal na svetu. Trenutno se više od 90% poluvodičkih proizvoda proizvodi od materijala na bazi silicija. Sa sve većom potražnjom za uređajima velike snage i visokog napona u modernom energetskom polju, postavljeni su stroži zahtjevi za ključne parametre poluvodičkih materijala kao što su širina pojasnog razmaka, jačina električnog polja pri proboju, stopa zasićenja elektrona i toplinska provodljivost. Pod ovim okolnostima, širokopojasni poluprovodnički materijali predstavljeni susilicijum karbida(SiC) su se pojavile kao miljenici aplikacija velike gustine.
Kao složeni poluprovodnik,silicijum karbidaje izuzetno rijedak u prirodi i pojavljuje se u obliku minerala moissanite. Trenutno je gotovo sav silicijum karbid koji se prodaje u svijetu umjetno sintetiziran. Silicijum karbid ima prednosti visoke tvrdoće, visoke toplotne provodljivosti, dobre termičke stabilnosti i visokog kritičnog probojnog električnog polja. Idealan je materijal za izradu visokonaponskih i jakih poluvodičkih uređaja.
Dakle, kako se proizvode energetski poluvodički uređaji od silicijum karbida?
Koja je razlika između procesa proizvodnje uređaja od silicijum karbida i tradicionalnog procesa proizvodnje baziranog na silicijumu? Počevši od ovog izdanja, „Stvari oUređaj od silicijum karbidaManufacturing” će otkrivati tajne jednu po jednu.
I
Tok procesa proizvodnje uređaja od silicijum karbida
Proces proizvodnje uređaja od silicijum karbida općenito je sličan onom kod uređaja na bazi silicija, uglavnom uključuje fotolitografiju, čišćenje, dopiranje, jetkanje, formiranje filma, stanjivanje i druge procese. Mnogi proizvođači energetskih uređaja mogu zadovoljiti proizvodne potrebe uređaja od silicijum karbida nadogradnjom svojih proizvodnih linija na osnovu proizvodnog procesa baziranog na silicijumu. Međutim, posebna svojstva materijala od silicijum karbida određuju da se neki procesi u proizvodnji uređaja moraju oslanjati na posebnu opremu za poseban razvoj kako bi se omogućilo uređajima od silicijum karbida da izdrže visoki napon i veliku struju.
II
Uvod u posebne procesne module od silicijum karbida
Specijalni procesni moduli od silicijum karbida uglavnom pokrivaju doping ubrizgavanjem, formiranje strukture vrata, morfološko jetkanje, metalizaciju i procese stanjivanja.
(1) Dopiranje ubrizgavanjem: Zbog visoke energije veze ugljik-silicij u silicijum karbidu, atomi nečistoća teško se difundiraju u silicijum karbidu. Prilikom pripreme uređaja od silicijum karbida, dopiranje PN spojeva može se postići samo ionskom implantacijom na visokoj temperaturi.
Dopiranje se obično vrši sa nečistoćama kao što su bor i fosfor, a dubina dopinga je obično 0,1 μm~3 μm. Implantacija visokoenergetskih jona će uništiti rešetkastu strukturu samog materijala silicijum karbida. Visokotemperaturno žarenje je potrebno kako bi se popravilo oštećenje rešetke uzrokovano implantacijom jona i kontrolirao učinak žarenja na hrapavost površine. Osnovni procesi su visokotemperaturna ionska implantacija i visokotemperaturno žarenje.
Slika 1 Šematski dijagram ionske implantacije i efekta žarenja pri visokim temperaturama
(2) Formiranje strukture gejta: Kvalitet interfejsa SiC/SiO2 ima veliki uticaj na migraciju kanala i pouzdanost gejta MOSFET-a. Neophodno je razviti specifične gejt oksidne i postoksidacijske procese žarenja kako bi se kompenzirale viseće veze na sučelju SiC/SiO2 sa posebnim atomima (kao što su atomi dušika) kako bi se ispunili zahtjevi performansi visokokvalitetnog sučelja SiC/SiO2 i visoke migracija uređaja. Osnovni procesi su visokotemperaturna oksidacija gate oksida, LPCVD i PECVD.
Slika 2 Šematski dijagram taloženja običnog oksidnog filma i visokotemperaturne oksidacije
(3) Morfološko jetkanje: Materijali od silicijum karbida su inertni u hemijskim rastvaračima, a precizna kontrola morfologije može se postići samo suvim metodama jetkanja; materijale za maske, izbor jetkanja maske, miješani plin, kontrolu bočne stijenke, brzinu jetkanja, hrapavost bočne stijenke, itd. potrebno je razviti u skladu sa karakteristikama materijala od silicijum karbida. Osnovni procesi su taloženje tankog filma, fotolitografija, korozija dielektričnog filma i procesi suhog jetkanja.
Slika 3 Šematski dijagram procesa jetkanja silicijum karbidom
(4) Metalizacija: Izvorna elektroda uređaja zahtijeva metal da formira dobar omski kontakt niskog otpora sa silicijum karbidom. Ovo ne zahtijeva samo reguliranje procesa taloženja metala i kontrolu stanja međusklopa kontakta metal-poluvodič, već također zahtijeva žarenje na visokim temperaturama kako bi se smanjila visina Schottky barijere i postigao omski kontakt metal-silicijum karbid. Osnovni procesi su raspršivanje metala magnetronom, isparavanje snopa elektrona i brzo termičko žarenje.
Slika 4 Šematski dijagram principa magnetronskog raspršivanja i efekta metalizacije
(5) Proces stanjivanja: Materijal od silicijum karbida ima karakteristike visoke tvrdoće, velike krhkosti i niske žilavosti loma. Njegov proces mljevenja je sklon da izazove krhko lomljenje materijala, uzrokujući oštećenje površine i pod-površine pločice. Potrebno je razviti nove procese mljevenja kako bi se zadovoljile potrebe proizvodnje uređaja od silicijum karbida. Osnovni procesi su stanjivanje brusnih diskova, lijepljenje i ljuštenje filma, itd.
Slika 5 Šematski dijagram principa mljevenja/razrjeđivanja vafla
Vrijeme objave: 22.10.2024