Bildiğimiz gibi yarı iletken alanında tek kristal silikon (Si) dünyada en yaygın kullanılan ve en büyük hacimli yarı iletken temel malzemedir. Şu anda yarı iletken ürünlerin %90'ından fazlası silikon bazlı malzemeler kullanılarak üretilmektedir. Modern enerji alanında yüksek güçlü ve yüksek voltajlı cihazlara olan talebin artmasıyla birlikte, bant aralığı genişliği, arıza elektrik alanı kuvveti, elektron doyma oranı ve termal iletkenlik gibi yarı iletken malzemelerin temel parametreleri için daha katı gereksinimler ortaya konmuştur. Bu durumda geniş bant aralıklı yarı iletken malzemeler aşağıdakilerle temsil edilir:silisyum karbür(SiC), yüksek güç yoğunluğu uygulamalarının gözdesi olarak ortaya çıkmıştır.
Bileşik bir yarı iletken olarak,silisyum karbürDoğada oldukça nadir bulunur ve mozanit minerali formunda görünür. Şu anda dünyada satılan silisyum karbürün neredeyse tamamı yapay olarak sentezlenmektedir. Silisyum karbür, yüksek sertlik, yüksek termal iletkenlik, iyi termal stabilite ve yüksek kritik arıza elektrik alanı avantajlarına sahiptir. Yüksek voltajlı ve yüksek güçlü yarı iletken cihazların yapımı için ideal bir malzemedir.
Peki silisyum karbür güç yarı iletken cihazları nasıl üretiliyor?
Silisyum karbür cihaz üretim süreci ile geleneksel silikon bazlı üretim süreci arasındaki fark nedir? Bu sayıdan yola çıkarak “Şunlarla İlgili ŞeylerSilisyum Karbür CihazıÜretim” sırlarını birer birer ortaya çıkaracak.
I
Silisyum karbür cihaz imalatının proses akışı
Silisyum karbür cihazların üretim süreci genel olarak silikon bazlı cihazlarınkine benzer; bunlar arasında fotolitografi, temizleme, katkılama, aşındırma, film oluşumu, inceltme ve diğer işlemler yer alır. Birçok güç cihazı üreticisi, silikon bazlı üretim sürecine dayalı olarak üretim hatlarını yükselterek silisyum karbür cihazların üretim ihtiyaçlarını karşılayabilir. Bununla birlikte, silisyum karbür malzemelerin özel özellikleri, cihaz imalatındaki bazı proseslerin, silisyum karbür cihazların yüksek voltaja ve yüksek akıma dayanabilmesini sağlamak için özel geliştirme için özel ekipmanlara dayanması gerektiğini belirlemektedir.
II
Silisyum karbür özel proses modüllerine giriş
Silisyum karbür özel işlem modülleri esas olarak enjeksiyon katkılama, geçit yapısı oluşturma, morfolojik aşındırma, metalleştirme ve inceltme işlemlerini kapsar.
(1) Enjeksiyon katkısı: Silisyum karbürdeki yüksek karbon-silisyum bağ enerjisinden dolayı, safsızlık atomlarının silisyum karbürde yayılması zordur. Silisyum karbür cihazları hazırlarken PN bağlantılarının katkılanması yalnızca yüksek sıcaklıkta iyon implantasyonuyla sağlanabilir.
Katkılama genellikle bor ve fosfor gibi safsızlık iyonları ile yapılır ve katkılama derinliği genellikle 0,1μm~3μm'dir. Yüksek enerjili iyon implantasyonu silisyum karbür malzemenin kendisinin kafes yapısını yok edecektir. İyon implantasyonunun neden olduğu kafes hasarını onarmak ve tavlamanın yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkisini kontrol etmek için yüksek sıcaklıkta tavlama gerekir. Temel işlemler yüksek sıcaklıkta iyon implantasyonu ve yüksek sıcaklıkta tavlamadır.
Şekil 1 İyon implantasyonunun ve yüksek sıcaklıkta tavlama etkilerinin şematik diyagramı
(2) Kapı yapısı oluşumu: SiC/SiO2 arayüzünün kalitesi, MOSFET'in kanal geçişi ve kapı güvenilirliği üzerinde büyük etkiye sahiptir. Yüksek kaliteli SiC/SiO2 arayüzü ve yüksek performans gereksinimlerini karşılamak için SiC/SiO2 arayüzündeki sarkan bağları özel atomlarla (nitrojen atomları gibi) telafi etmek için özel geçit oksit ve oksidasyon sonrası tavlama işlemlerinin geliştirilmesi gereklidir. cihazların taşınması. Temel işlemler geçit oksit yüksek sıcaklıkta oksidasyon, LPCVD ve PECVD'dir.
Şekil 2 Sıradan oksit film biriktirme ve yüksek sıcaklıkta oksidasyonun şematik diyagramı
(3) Morfoloji aşındırma: Silisyum karbür malzemeler kimyasal çözücüler içinde etkisizdir ve hassas morfoloji kontrolü yalnızca kuru aşındırma yöntemleriyle elde edilebilir; maske malzemeleri, maske aşındırma seçimi, karışım gazı, yan duvar kontrolü, aşındırma oranı, yan duvar pürüzlülüğü vb. silisyum karbür malzemelerin özelliklerine göre geliştirilmesi gerekmektedir. Temel işlemler ince film biriktirme, fotolitografi, dielektrik film korozyonu ve kuru dağlama işlemleridir.
Şekil 3 Silisyum karbür aşındırma işleminin şematik diyagramı
(4) Metalleştirme: Cihazın kaynak elektrodu, silikon karbür ile iyi bir düşük dirençli omik temas oluşturmak için metal gerektirir. Bu sadece metal biriktirme işleminin düzenlenmesini ve metal-yarı iletken temasının arayüz durumunun kontrol edilmesini gerektirmez, aynı zamanda Schottky bariyer yüksekliğini azaltmak ve metal-silisyum karbür ohmik temasını sağlamak için yüksek sıcaklıkta tavlamayı da gerektirir. Temel işlemler metal magnetron püskürtme, elektron ışınının buharlaştırılması ve hızlı termal tavlamadır.
Şekil 4 Magnetron püskürtme prensibinin ve metalizasyon etkisinin şematik diyagramı
(5) İnceltme işlemi: Silisyum karbür malzeme, yüksek sertlik, yüksek kırılganlık ve düşük kırılma tokluğu özelliklerine sahiptir. Öğütme işlemi, malzemenin gevrek kırılmasına neden olarak levha yüzeyine ve alt yüzeye zarar verme eğilimindedir. Silisyum karbür cihazların üretim ihtiyaçlarını karşılamak için yeni taşlama işlemlerinin geliştirilmesi gerekmektedir. Temel işlemler taşlama disklerinin incelmesi, filmin yapışması ve soyulması vb.'dir.
Şekil 5 Gofret öğütme/inceltme prensibinin şematik diyagramı
Gönderim zamanı: 22 Ekim 2024