Kuten tiedämme, puolijohdealalla yksikidepii (Si) on laajimmin käytetty ja tilavuudeltaan suurin puolijohteen perusmateriaali maailmassa. Tällä hetkellä yli 90 % puolijohdetuotteista valmistetaan silikonipohjaisista materiaaleista. Kun suuritehoisten ja suurjännitelaitteiden kysyntä nykyaikaisella energiakentällä kasvaa, puolijohdemateriaalien avainparametreille, kuten kaistan leveydelle, sähkökentän voimakkuudelle, elektronien kyllästymisnopeudelle ja lämmönjohtavuudelle, on asetettu tiukempia vaatimuksia. Tässä tilanteessa laajakaistaisia puolijohdemateriaaleja edustavatpiikarbidi(SiC) on noussut suuritehoisten sovellusten suosikkina.
Yhdistelmäpuolijohteena,piikarbidion luonnossa erittäin harvinainen ja esiintyy mineraali moissaniitin muodossa. Tällä hetkellä lähes kaikki maailmassa myytävä piikarbidi on keinotekoisesti syntetisoitua. Piikarbidin etuna on korkea kovuus, korkea lämmönjohtavuus, hyvä lämmönkestävyys ja suuri kriittinen läpilyöntisähkökenttä. Se on ihanteellinen materiaali suurjännite- ja suuritehoisten puolijohdelaitteiden valmistukseen.
Joten, miten piikarbidin tehopuolijohdelaitteita valmistetaan?
Mitä eroa on piikarbidilaitteen valmistusprosessin ja perinteisen piipohjaisen valmistusprosessin välillä? Tästä numerosta alkaen "Things aboutPiikarbidilaiteValmistus” paljastaa salaisuudet yksi kerrallaan.
I
Piikarbidilaitteiden valmistuksen prosessivirta
Piikarbidilaitteiden valmistusprosessi on yleensä samanlainen kuin piipohjaisten laitteiden valmistusprosessi, joka sisältää pääasiassa fotolitografiaa, puhdistusta, dopingia, syövytystä, kalvon muodostusta, ohentamista ja muita prosesseja. Monet teholaitevalmistajat voivat vastata piikarbidilaitteiden valmistustarpeisiin päivittämällä tuotantolinjojaan piipohjaiseen valmistusprosessiin. Piikarbidimateriaalien erityisominaisuudet määräävät kuitenkin sen, että jotkin sen laitevalmistusprosessit tarvitsevat erityisiä laitteita erityiskehitystä varten, jotta piikarbidilaitteet kestävät korkeaa jännitettä ja suurta virtaa.
II
Johdatus piikarbidin erikoisprosessimoduuleihin
Piikarbidin erikoisprosessimoduulit kattavat pääasiassa ruiskuseostuksen, porttirakenteen muodostamisen, morfologisen syövytyksen, metalloinnin ja ohennusprosessit.
(1) Injektioseostus: Piikarbidin korkean hiili-pii-sidosenergian vuoksi epäpuhtausatomeja on vaikea diffundoida piikarbidissa. Piikarbidilaitteita valmistettaessa PN-liitosten seostus voidaan saada aikaan vain ioni-istutuksella korkeassa lämpötilassa.
Doping tehdään yleensä epäpuhtausioneilla, kuten boorilla ja fosforilla, ja seostussyvyys on yleensä 0,1 μm ~ 3 μm. Suurienerginen ioni-istutus tuhoaa itse piikarbidimateriaalin hilarakenteen. Korkean lämpötilan hehkutusta tarvitaan korjaamaan ioni-istuttamisen aiheuttamia hilavaurioita ja hallitsemaan hehkutuksen vaikutusta pinnan karheuteen. Ydinprosessit ovat korkean lämpötilan ioni-istutus ja korkean lämpötilan hehkutus.
Kuva 1 Kaaviokaavio ioni-istutuksesta ja korkean lämpötilan hehkutusvaikutuksista
(2) Porttirakenteen muodostuminen: SiC/SiO2-rajapinnan laadulla on suuri vaikutus MOSFETin kanavien siirtymiseen ja portin luotettavuuteen. On tarpeen kehittää erityisiä hilaoksidi- ja hapettumisen jälkeisiä hehkutusprosesseja kompensoimaan roikkuvat sidokset SiC/SiO2-rajapinnassa erityisillä atomeilla (kuten typpiatomeilla), jotta ne täyttäisivät korkealaatuisen SiC/SiO2-rajapinnan suorituskykyvaatimukset ja korkeat laitteiden siirto. Ydinprosessit ovat hilaoksidikorkean lämpötilan hapetus, LPCVD ja PECVD.
Kuva 2 Kaaviokuva tavallisesta oksidikalvopinnoituksesta ja korkean lämpötilan hapettumisesta
(3) Morfologinen syövytys: Piikarbidimateriaalit ovat inerttejä kemiallisissa liuottimissa, ja tarkka morfologian hallinta voidaan saavuttaa vain kuivaetsausmenetelmillä; maskimateriaalit, maskin etsauksen valinta, kaasuseos, sivuseinien ohjaus, etsausnopeus, sivuseinän karheus jne. on kehitettävä piikarbidimateriaalien ominaisuuksien mukaan. Ydinprosessit ovat ohutkalvopinnoitus, fotolitografia, dielektrinen kalvokorroosio ja kuivaetsausprosessit.
Kuva 3 Piikarbidin etsausprosessin kaavio
(4) Metallointi: Laitteen lähdeelektrodi vaatii metallin muodostamaan hyvän matalaresistanssisen ohmisen piikarbidin kanssa. Tämä ei edellytä vain metallin saostusprosessin säätelyä ja metalli-puolijohdekoskettimen rajapintatilan hallintaa, vaan vaatii myös korkean lämpötilan hehkutusta Schottky-sulun korkeuden pienentämiseksi ja metalli-piikarbidi-ohmisen kosketuksen saavuttamiseksi. Ydinprosessit ovat metallimagnetronisputterointi, elektronisuihkuhaihdutus ja nopea lämpöhehkutus.
Kuva 4 Magnetronisputterointiperiaatteen ja metallointivaikutuksen kaavio
(5) Ohennusprosessi: Piikarbidimateriaalilla on korkea kovuus, korkea hauraus ja alhainen murtumissitkeys. Sen hiontaprosessi on taipuvainen aiheuttamaan materiaalin hauraita murtumia, mikä vaurioittaa kiekon pintaa ja alustaa. Uusia jauhatusprosesseja on kehitettävä vastaamaan piikarbidilaitteiden valmistustarpeita. Ydinprosesseja ovat hiomalaikkojen ohennus, kalvon kiinnittäminen ja kuoriminen jne.
Kuva 5 Kaavamainen kaavio kiekkojen hionta/harvennusperiaatteesta
Postitusaika: 22.10.2024