Proces proizvodnje uređaja od silicij karbida SiC (1)

Kao što znamo, u području poluvodiča, monokristalni silicij (Si) je najrašireniji i najveći volumenski poluvodički osnovni materijal na svijetu. Trenutno se više od 90% poluvodičkih proizvoda proizvodi pomoću materijala na bazi silicija. Uz sve veću potražnju za uređajima velike snage i visokog napona u modernom energetskom polju, postavljeni su stroži zahtjevi za ključne parametre poluvodičkih materijala kao što su širina razmaka, jakost električnog polja proboja, stopa zasićenja elektronima i toplinska vodljivost. Pod ovim okolnostima, poluvodički materijali sa širokim pojasom predstavljeni susilicijev karbid(SiC) postali su miljenici aplikacija visoke gustoće snage.

Kao složeni poluvodič,silicijev karbidizuzetno je rijedak u prirodi i pojavljuje se u obliku minerala moissanita. Trenutno je gotovo sav silicijev karbid koji se prodaje u svijetu umjetno sintetiziran. Silicijev karbid ima prednosti visoke tvrdoće, visoke toplinske vodljivosti, dobre toplinske stabilnosti i visokog kritičnog probojnog električnog polja. Idealan je materijal za izradu poluvodičkih uređaja visokog napona i velike snage.

Dakle, kako se proizvode poluvodički uređaji od silicij karbida?

Koja je razlika između procesa proizvodnje uređaja od silicij-karbida i tradicionalnog procesa proizvodnje na bazi silicija? Počevši od ovog izdanja, “Stvari oUređaj od silicij karbidaManufacturing” otkrit će tajne jednu po jednu.

I

Tijek procesa proizvodnje uređaja od silicijevog karbida

Proces proizvodnje uređaja od silicij-karbida općenito je sličan onom za uređaje na bazi silicija, uglavnom uključujući fotolitografiju, čišćenje, dopiranje, jetkanje, stvaranje filma, stanjivanje i druge procese. Mnogi proizvođači uređaja za napajanje mogu zadovoljiti proizvodne potrebe uređaja od silicij-karbida nadogradnjom svojih proizvodnih linija temeljenih na proizvodnom procesu temeljenom na siliciju. Međutim, posebna svojstva materijala od silicij-karbida određuju da se neki procesi u proizvodnji uređaja moraju oslanjati na posebnu opremu za poseban razvoj kako bi se uređajima od silicij-karbida omogućilo da izdrže visoki napon i jaku struju.

II

Uvod u specijalne procesne module silicijevog karbida

Posebni procesni moduli silicijevog karbida uglavnom pokrivaju injekcijsko dopiranje, formiranje strukture vrata, morfološko nagrizanje, metalizaciju i procese stanjivanja.

(1) Injekcijsko dopiranje: Zbog visoke energije veze ugljik-silicij u silicij karbidu, atomi nečistoća teško se difundiraju u silicij karbidu. Kod pripreme uređaja od silicij karbida, dopiranje PN spojeva može se postići samo ionskom implantacijom na visokoj temperaturi.
Dopiranje se obično vrši ionima nečistoća kao što su bor i fosfor, a dubina dopiranja je obično 0,1 μm~3 μm. Implantacija visokoenergetskih iona uništit će strukturu rešetke samog materijala silicij karbida. Žarenje na visokoj temperaturi potrebno je za popravak oštećenja rešetke uzrokovanog ionskom implantacijom i kontrolu učinka žarenja na hrapavost površine. Osnovni procesi su visokotemperaturna ionska implantacija i visokotemperaturno žarenje.

Slika 1. Shematski dijagram učinaka ionske implantacije i visokotemperaturnog žarenja

(2) Formiranje strukture vrata: Kvaliteta SiC/SiO2 sučelja ima veliki utjecaj na migraciju kanala i pouzdanost vrata MOSFET-a. Neophodno je razviti specifične procese oksidnog žarenja i postoksidacijskog žarenja kako bi se kompenzirale viseće veze na međusklopu SiC/SiO2 s posebnim atomima (kao što su atomi dušika) kako bi se zadovoljili zahtjevi izvedbe visokokvalitetnog sučelja SiC/SiO2 i visoke migracija uređaja. Osnovni procesi su visokotemperaturna oksidacija oksida na vratima, LPCVD i PECVD.

Slika 2. Shematski dijagram običnog taloženja oksidnog filma i visokotemperaturne oksidacije

(3) Jetkanje morfologije: Silicij-karbidni materijali su inertni u kemijskim otapalima, a precizna kontrola morfologije može se postići samo metodama suhog jetkanja; materijali maske, odabir jetkanja maske, miješani plin, kontrola bočne stijenke, brzina jetkanja, hrapavost bočne stijenke itd. moraju se razviti u skladu sa karakteristikama materijala od silicij karbida. Osnovni procesi su taloženje tankog filma, fotolitografija, korozija dielektričnog filma i postupci suhog jetkanja.

Slika 3. Shematski dijagram procesa jetkanja silicijevog karbida

(4) Metalizacija: Izvorna elektroda uređaja zahtijeva metal za stvaranje dobrog omskog kontakta niskog otpora sa silicijevim karbidom. Ovo ne zahtijeva samo regulaciju procesa taloženja metala i kontrolu stanja međupovršine kontakta metal-poluvodič, već također zahtijeva žarenje na visokoj temperaturi da se smanji visina Schottky barijere i postigne omski kontakt metal-silicijev karbid. Osnovni procesi su metalno magnetronsko raspršivanje, isparavanje elektronskim snopom i brzo toplinsko žarenje.

Slika 4. Shematski dijagram principa magnetronskog raspršivanja i efekta metalizacije

(5) Proces stanjivanja: Silicij-karbidni materijal ima značajke visoke tvrdoće, velike krtosti i male otpornosti na lom. Njegov proces mljevenja sklon je uzrokovati krti lom materijala, uzrokujući oštećenje površine i podpovršine pločice. Potrebno je razviti nove procese mljevenja kako bi se zadovoljile potrebe proizvodnje uređaja od silicij karbida. Osnovni procesi su stanjivanje brusnih diskova, lijepljenje i ljuštenje filma, itd.

Slika 5. Shematski dijagram principa mljevenja/stanjivanja oblatni