Ako vieme, v oblasti polovodičov je monokryštálový kremík (Si) najpoužívanejším a najobjemnejším polovodičovým základným materiálom na svete. V súčasnosti sa viac ako 90 % polovodičových produktov vyrába z materiálov na báze kremíka. S rastúcim dopytom po vysokovýkonných a vysokonapäťových zariadeniach v modernej energetickej oblasti boli predložené prísnejšie požiadavky na kľúčové parametre polovodičových materiálov, ako je šírka pásma, intenzita elektrického poľa, rýchlosť saturácie elektrónov a tepelná vodivosť. Za týchto okolností sú širokopásmové polovodičové materiály reprezentovanékarbid kremíka(SiC) sa ukázali ako miláčik aplikácií s vysokou hustotou výkonu.
Ako zložený polovodič,karbid kremíkaje v prírode mimoriadne vzácny a objavuje sa vo forme minerálu moissanit. V súčasnosti je takmer všetok karbid kremíka predávaný na svete umelo syntetizovaný. Karbid kremíka má výhody vysokej tvrdosti, vysokej tepelnej vodivosti, dobrej tepelnej stability a vysokého kritického prierazného elektrického poľa. Je to ideálny materiál na výrobu vysokonapäťových a vysokovýkonných polovodičových súčiastok.
Ako sa teda vyrábajú výkonové polovodičové zariadenia z karbidu kremíka?
Aký je rozdiel medzi výrobným procesom zariadenia z karbidu kremíka a tradičným výrobným procesom na báze kremíka? Počnúc týmto vydaním: „Veci oZariadenie z karbidu kremíkaVýroba“ odhalí tajomstvá jedno po druhom.
I
Procesný tok výroby zariadenia z karbidu kremíka
Výrobný proces zariadení z karbidu kremíka je vo všeobecnosti podobný procesu zariadení na báze kremíka, vrátane fotolitografie, čistenia, dopovania, leptania, tvorby filmu, riedenia a iných procesov. Mnoho výrobcov energetických zariadení dokáže splniť výrobné potreby zariadení z karbidu kremíka modernizáciou svojich výrobných liniek založených na výrobnom procese na báze kremíka. Špeciálne vlastnosti materiálov z karbidu kremíka však určujú, že niektoré procesy pri výrobe ich zariadení sa musia spoliehať na špeciálne vybavenie na špeciálny vývoj, aby zariadenia z karbidu kremíka odolali vysokému napätiu a vysokému prúdu.
II
Úvod do špeciálnych procesných modulov karbidu kremíka
Špeciálne procesné moduly karbidu kremíka pokrývajú hlavne vstrekovacie dopovanie, formovanie hradlovej štruktúry, morfologické leptanie, metalizáciu a procesy riedenia.
(1) Vstrekovacie dopovanie: V dôsledku vysokej energie väzby uhlík-kremík v karbide kremíka je ťažké difundovať atómy nečistôt v karbide kremíka. Pri príprave zariadení z karbidu kremíka možno dotovanie PN prechodov dosiahnuť iba implantáciou iónov pri vysokej teplote.
Dopovanie sa zvyčajne vykonáva iónmi nečistôt, ako je bór a fosfor, a hĺbka dopovania je zvyčajne 0,1 μm ~ 3 μm. Implantácia vysokoenergetických iónov zničí mriežkovú štruktúru samotného materiálu karbidu kremíka. Vysokoteplotné žíhanie je potrebné na opravu poškodenia mriežky spôsobeného implantáciou iónov a kontrolu účinku žíhania na drsnosť povrchu. Hlavnými procesmi sú vysokoteplotná implantácia iónov a vysokoteplotné žíhanie.
Obrázok 1 Schematický diagram implantácie iónov a efektov vysokoteplotného žíhania
(2) Formovanie štruktúry brány: Kvalita rozhrania SiC/SiO2 má veľký vplyv na migráciu kanálov a spoľahlivosť brány MOSFET. Je potrebné vyvinúť špecifické procesy hradlového oxidového a postoxidačného žíhania, aby sa kompenzovali visiace väzby na rozhraní SiC/SiO2 so špeciálnymi atómami (ako sú atómy dusíka), aby sa splnili výkonnostné požiadavky na vysokokvalitné rozhranie SiC/SiO2 a vysoké migrácia zariadení. Hlavnými procesmi sú vysokoteplotná oxidácia hradlovým oxidom, LPCVD a PECVD.
Obrázok 2 Schematický diagram nanášania obyčajného oxidového filmu a vysokoteplotnej oxidácie
(3) Morfologické leptanie: Materiály z karbidu kremíka sú inertné v chemických rozpúšťadlách a presnú kontrolu morfológie možno dosiahnuť iba metódami suchého leptania; materiály masky, výber leptania masky, zmiešaný plyn, riadenie bočnej steny, rýchlosť leptania, drsnosť bočnej steny atď. je potrebné vyvinúť podľa charakteristík materiálov z karbidu kremíka. Hlavnými procesmi sú nanášanie tenkých vrstiev, fotolitografia, korózia dielektrického filmu a suché leptanie.
Obrázok 3 Schematický diagram procesu leptania karbidu kremíka
(4) Metalizácia: Zdrojová elektróda zariadenia vyžaduje kov, aby vytvoril dobrý ohmický kontakt s nízkym odporom s karbidom kremíka. To si vyžaduje nielen reguláciu procesu nanášania kovu a riadenie stavu rozhrania kontaktu kov-polovodič, ale vyžaduje si to aj vysokoteplotné žíhanie na zníženie výšky Schottkyho bariéry a dosiahnutie ohmického kontaktu kov-karbid kremíka. Hlavnými procesmi sú kovové magnetrónové naprašovanie, odparovanie elektrónovým lúčom a rýchle tepelné žíhanie.
Obrázok 4 Schematický diagram princípu magnetrónového naprašovania a efektu metalizácie
(5) Proces riedenia: Materiál karbidu kremíka má vlastnosti vysokej tvrdosti, vysokej krehkosti a nízkej lomovej húževnatosti. Jeho proces brúsenia je náchylný spôsobiť krehké lámanie materiálu, čo spôsobuje poškodenie povrchu plátku a podpovrchu. Je potrebné vyvinúť nové procesy brúsenia, aby sa splnili výrobné potreby zariadení z karbidu kremíka. Hlavnými procesmi sú stenčovanie brúsnych kotúčov, lepenie a odlupovanie filmu atď.
Obrázok 5 Schematický diagram princípu mletia/riedenia plátkov
Čas odoslania: 22. októbra 2024