Kot vemo, je na področju polprevodnikov monokristalni silicij (Si) najpogosteje uporabljen in največje obseg polprevodniškega osnovnega materiala na svetu. Trenutno je več kot 90 % polprevodniških izdelkov izdelanih z uporabo materialov na osnovi silicija. Z naraščajočim povpraševanjem po močnostnih in visokonapetostnih napravah na sodobnem energetskem področju so bile postavljene strožje zahteve za ključne parametre polprevodniških materialov, kot so širina pasovne vrzeli, prebojna električna poljska jakost, stopnja nasičenosti z elektroni in toplotna prevodnost. V teh okoliščinah so polprevodniški materiali s širokim pasovnim razmakom, ki jih predstavljajosilicijev karbid(SiC) so postali ljubljenec aplikacij z visoko gostoto moči.
Kot sestavljeni polprevodnik,silicijev karbidje v naravi izjemno redek in se pojavlja v obliki minerala moissanita. Trenutno je skoraj ves silicijev karbid, ki se prodaja na svetu, umetno sintetiziran. Prednosti silicijevega karbida so visoka trdota, visoka toplotna prevodnost, dobra toplotna stabilnost in visoko kritično razgradno električno polje. Je idealen material za izdelavo visokonapetostnih in močnostnih polprevodniških naprav.
Torej, kako se izdelujejo močnostne polprevodniške naprave iz silicijevega karbida?
Kakšna je razlika med postopkom izdelave naprav iz silicijevega karbida in tradicionalnim postopkom izdelave na osnovi silicija? Začenši s to številko, »Stvari oNaprava iz silicijevega karbidaManufacturing« bo razkrival skrivnosti eno za drugo.
I
Potek procesa izdelave naprav iz silicijevega karbida
Postopek izdelave naprav iz silicijevega karbida je na splošno podoben postopku izdelave naprav na osnovi silicija, predvsem vključuje fotolitografijo, čiščenje, dopiranje, jedkanje, oblikovanje filma, redčenje in druge postopke. Številni proizvajalci napajalnih naprav lahko izpolnijo proizvodne potrebe naprav iz silicijevega karbida z nadgradnjo svojih proizvodnih linij, ki temeljijo na proizvodnem procesu na osnovi silicija. Vendar pa posebne lastnosti materialov iz silicijevega karbida določajo, da se morajo nekateri postopki pri izdelavi naprav zanašati na posebno opremo za poseben razvoj, ki omogoča, da naprave iz silicijevega karbida prenesejo visoko napetost in visok tok.
II
Uvod v posebne procesne module silicijevega karbida
Posebni procesni moduli silicijevega karbida v glavnem pokrivajo injekcijsko dopiranje, oblikovanje vratne strukture, morfološko jedkanje, metalizacijo in postopke redčenja.
(1) Dopiranje z vbrizgavanjem: Zaradi visoke energije vezi ogljik-silicij v silicijevem karbidu je atome nečistoč težko razpršiti v silicijevem karbidu. Pri pripravi naprav iz silicijevega karbida je mogoče dopiranje PN-stikov doseči samo z ionsko implantacijo pri visoki temperaturi.
Dopiranje se običajno izvaja z ioni nečistoč, kot sta bor in fosfor, globina dopiranja pa je običajno 0,1 μm ~ 3 μm. Visokoenergijska ionska implantacija bo uničila mrežno strukturo samega materiala silicijevega karbida. Visokotemperaturno žarjenje je potrebno za popravilo poškodb mreže, ki jih povzroči ionska implantacija, in za nadzor učinka žarjenja na hrapavost površine. Osnovna postopka sta visokotemperaturna ionska implantacija in visokotemperaturno žarjenje.
Slika 1 Shematski diagram učinkov ionske implantacije in visokotemperaturnega žarjenja
(2) Oblikovanje strukture vrat: Kakovost vmesnika SiC/SiO2 ima velik vpliv na prehod kanalov in zanesljivost vrat MOSFET. Treba je razviti posebne postopke žarjenja oksida in postoksidacijskega žarjenja za kompenzacijo visečih vezi na vmesniku SiC/SiO2 s posebnimi atomi (kot so atomi dušika), da bi izpolnili zahteve glede zmogljivosti visokokakovostnega vmesnika SiC/SiO2 in visoke selitev naprav. Osnovni procesi so visokotemperaturna oksidacija vratnega oksida, LPCVD in PECVD.
Slika 2 Shematski diagram nanašanja navadnega oksidnega filma in visokotemperaturne oksidacije
(3) Jedkanje morfologije: materiali iz silicijevega karbida so inertni v kemičnih topilih, natančen nadzor morfologije pa je mogoče doseči le z metodami suhega jedkanja; materiale maske, izbiro jedkanja maske, mešani plin, nadzor stranske stene, stopnjo jedkanja, hrapavost stranske stene itd. je treba razviti glede na značilnosti materialov iz silicijevega karbida. Osnovni postopki so nanašanje tankega filma, fotolitografija, korozija dielektričnega filma in postopki suhega jedkanja.
Slika 3 Shematski diagram postopka jedkanja silicijevega karbida
(4) Metalizacija: Izvorna elektroda naprave zahteva kovino, da tvori dober nizkouporni ohmični stik s silicijevim karbidom. To ne zahteva samo regulacije postopka nanašanja kovin in nadzora stanja vmesnika med kovinsko-polprevodniškim stikom, temveč zahteva tudi visokotemperaturno žarjenje za zmanjšanje višine Schottkyjeve pregrade in doseganje ohmičnega stika kovina-silicijev karbid. Osnovni postopki so kovinsko magnetronsko razprševanje, uparjanje z elektronskim žarkom in hitro termično žarjenje.
Slika 4 Shematski diagram principa magnetronskega razprševanja in učinka metalizacije
(5) Postopek redčenja: material iz silicijevega karbida ima značilnosti visoke trdote, visoke krhkosti in nizke lomne žilavosti. Njegov postopek brušenja je nagnjen k krhkemu lomu materiala, kar povzroči poškodbe površine in podpovršine rezin. Za izpolnitev proizvodnih potreb naprav iz silicijevega karbida je treba razviti nove postopke brušenja. Osnovni postopki so tanjšanje brusilnih plošč, lepljenje in luščenje filma itd.
Slika 5 Shematski diagram principa mletja/redčenja rezin
Čas objave: 22. oktober 2024