Као што знамо, у области полупроводника, монокристални силицијум (Си) је најшире коришћени и највећи полупроводнички основни материјал на свету. Тренутно се више од 90% полупроводничких производа производи од материјала на бази силицијума. Са све већом потражњом за уређајима велике снаге и високог напона у савременом енергетском пољу, постављени су строжи захтеви за кључне параметре полупроводничких материјала као што су ширина појасног размака, јачина електричног поља при пробоју, брзина засићења електрона и топлотна проводљивост. Под овим околностима, полупроводнички материјали са широким појасом представљени сусилицијум карбида(СиЦ) су се појавили као миљеници апликација велике густине.
Као сложени полупроводник,силицијум карбидаје изузетно ретка у природи и појављује се у облику минерала моисанит. Тренутно је скоро сав силицијум карбид који се продаје у свету вештачки синтетисан. Силицијум карбид има предности високе тврдоће, високе топлотне проводљивости, добре термичке стабилности и високог критичног електричног поља. Идеалан је материјал за израду високонапонских и полупроводничких уређаја велике снаге.
Дакле, како се производе енергетски полупроводнички уређаји од силицијум карбида?
Која је разлика између процеса производње уређаја од силицијум карбида и традиционалног процеса производње заснованог на силицијуму? Почевши од овог издања, „Ствари оУређај од силицијум карбидаМануфацтуринг” откриваће тајне једну по једну.
I
Ток процеса производње уређаја од силицијум карбида
Процес производње уређаја од силицијум карбида је генерално сличан оном код уређаја на бази силицијума, углавном укључујући фотолитографију, чишћење, допирање, нагризање, формирање филма, стањивање и друге процесе. Многи произвођачи енергетских уређаја могу да задовоље производне потребе уређаја од силицијум карбида надоградњом својих производних линија на основу производног процеса заснованог на силицијуму. Међутим, посебна својства материјала од силицијум карбида одређују да се неки процеси у производњи уређаја морају ослањати на посебну опрему за посебан развој како би се омогућило уређајима од силицијум карбида да издрже високи напон и велику струју.
II
Увод у посебне процесне модуле од силицијум карбида
Специјални процесни модули од силицијум карбида углавном покривају допинг убризгавањем, формирање структуре капије, морфолошко нагризање, метализацију и процесе стањивања.
(1) Допинг убризгавањем: Због високе енергије везе угљеник-силицијум у силицијум карбиду, атоми нечистоћа тешко се дифундују у силицијум карбиду. Приликом припреме уређаја од силицијум карбида, допинг ПН спојева се може постићи само јонском имплантацијом на високој температури.
Допинг се обично врши са јонима нечистоћа као што су бор и фосфор, а дубина допинга је обично 0,1 μм ~ 3 μм. Имплантација високоенергетских јона ће уништити решеткасту структуру самог материјала силицијум карбида. Високотемпературно жарење је потребно да се поправи оштећење решетке узроковано имплантацијом јона и контролише ефекат жарења на храпавост површине. Основни процеси су високотемпературна јонска имплантација и високотемпературно жарење.
Слика 1 Шематски дијаграм имплантације јона и ефеката жарења при високим температурама
(2) Формирање структуре капије: Квалитет интерфејса СиЦ/СиО2 има велики утицај на миграцију канала и поузданост гејта МОСФЕТ-а. Неопходно је развити специфичне гејт оксидне и процесе постоксидационог жарења како би се компензовале висеће везе на интерфејсу СиЦ/СиО2 са посебним атомима (као што су атоми азота) да би се испунили захтеви за перформансе висококвалитетног интерфејса СиЦ/СиО2 и високе миграција уређаја. Основни процеси су високотемпературна оксидација оксидом капије, ЛПЦВД и ПЕЦВД.
Слика 2 Шематски дијаграм депозиције обичног оксидног филма и високотемпературне оксидације
(3) Морфолошко јеткање: Материјали од силицијум карбида су инертни у хемијским растварачима, а прецизна контрола морфологије може се постићи само сувим методама јеткања; материјали за маску, избор јеткања маске, мешани гас, контрола бочних зидова, брзина нагризања, храпавост бочне стране, итд. треба да се развијају у складу са карактеристикама материјала од силицијум карбида. Основни процеси су таложење танког филма, фотолитографија, корозија диелектричног филма и процеси сувог јеткања.
Слика 3 Шематски дијаграм процеса јеткања силицијум карбидом
(4) Метализација: Изворна електрода уређаја захтева да метал формира добар омски контакт ниског отпора са силицијум карбидом. Ово не захтева само регулисање процеса таложења метала и контролу стања интерфејса контакта метал-полупроводник, већ захтева и жарење на високој температури да би се смањила висина Шоткијеве баријере и постигао омски контакт метал-силицијум карбид. Основни процеси су распршивање метала магнетроном, испаравање снопа електрона и брзо термичко жарење.
Слика 4 Шематски дијаграм принципа магнетронског распршивања и ефекта метализације
(5) Процес проређивања: Материјал од силицијум карбида има карактеристике високе тврдоће, велике крхкости и ниске жилавости лома. Његов процес млевења је склон да изазове крто ломљење материјала, узрокујући оштећење површине и под-површине плочице. Потребно је развити нове процесе млевења како би се задовољиле потребе производње уређаја од силицијум карбида. Основни процеси су стањивање брусних дискова, лепљење и љуштење филма итд.
Слика 5 Шематски дијаграм принципа млевења/разређивања вафла
Време поста: 22.10.2024