Tulad ng alam natin, sa larangan ng semiconductor, ang nag-iisang kristal na silikon (Si) ay ang pinakamalawak na ginagamit at pinakamalaking-volume na semiconductor na pangunahing materyal sa mundo. Sa kasalukuyan, higit sa 90% ng mga produktong semiconductor ay ginawa gamit ang mga materyales na nakabatay sa silikon. Sa pagtaas ng demand para sa mga high-power at high-voltage na device sa modernong larangan ng enerhiya, mas mahigpit na mga kinakailangan ang iniharap para sa mga pangunahing parameter ng mga semiconductor na materyales tulad ng lapad ng bandgap, breakdown na lakas ng electric field, electron saturation rate, at thermal conductivity. Sa ilalim ng sitwasyong ito, ang malawak na bandgap na mga semiconductor na materyales ay kinakatawan ngsilikon karbid(SiC) ay lumitaw bilang ang mahal ng mga high-power density application.
Bilang isang compound semiconductor,silikon karbiday napakabihirang sa kalikasan at lumilitaw sa anyo ng mineral na moissanite. Sa kasalukuyan, halos lahat ng silicon carbide na ibinebenta sa mundo ay artipisyal na na-synthesize. Ang Silicon carbide ay may mga pakinabang ng mataas na tigas, mataas na thermal conductivity, magandang thermal stability, at mataas na kritikal na breakdown electric field. Ito ay isang mainam na materyal para sa paggawa ng mga high-voltage at high-power na semiconductor device.
Kaya, paano ginagawa ang mga aparatong semiconductor ng kapangyarihan ng silicon carbide?
Ano ang pagkakaiba sa pagitan ng proseso ng pagmamanupaktura ng aparatong silicon carbide at ng tradisyonal na proseso ng pagmamanupaktura na nakabatay sa silikon? Simula sa isyung ito, “Bagay tungkol saSilicon Carbide DeviceAng pagmamanupaktura” ay isa-isang ibubunyag ang mga sikreto.
I
Ang daloy ng proseso ng paggawa ng aparatong silicon carbide
Ang proseso ng pagmamanupaktura ng mga aparatong silicon carbide ay karaniwang katulad ng sa mga aparatong nakabatay sa silikon, pangunahin kasama ang photolithography, paglilinis, doping, pag-ukit, pagbuo ng pelikula, pagnipis at iba pang mga proseso. Maaaring matugunan ng maraming tagagawa ng power device ang mga pangangailangan sa pagmamanupaktura ng mga silicon carbide device sa pamamagitan ng pag-upgrade ng kanilang mga linya ng produksyon batay sa proseso ng pagmamanupaktura na batay sa silicon. Gayunpaman, tinutukoy ng mga espesyal na katangian ng mga materyal na silicon carbide na ang ilang mga proseso sa pagmamanupaktura ng device nito ay kailangang umasa sa mga partikular na kagamitan para sa espesyal na pag-unlad upang paganahin ang mga aparatong silicon carbide na makatiis sa mataas na boltahe at mataas na kasalukuyang.
II
Panimula sa mga module ng espesyal na proseso ng silicon carbide
Ang mga module ng espesyal na proseso ng silicon carbide ay pangunahing sumasakop sa doping ng iniksyon, pagbuo ng istraktura ng gate, pag-ukit ng morpolohiya, metalisasyon, at mga proseso ng pagnipis.
(1) Injection doping: Dahil sa mataas na carbon-silicon bond energy sa silicon carbide, mahirap i-diffuse ang impurity atoms sa silicon carbide. Kapag naghahanda ng mga aparatong silicon carbide, ang doping ng mga PN junction ay maaari lamang makamit sa pamamagitan ng pagtatanim ng ion sa mataas na temperatura.
Ang doping ay karaniwang ginagawa gamit ang mga impurity ions tulad ng boron at phosphorus, at ang lalim ng doping ay karaniwang 0.1μm~3μm. Sisirain ng high-energy ion implantation ang lattice structure ng silicon carbide material mismo. Ang mataas na temperatura na pagsusubo ay kinakailangan upang ayusin ang pinsala sa sala-sala na dulot ng pagtatanim ng ion at kontrolin ang epekto ng pagsusubo sa pagkamagaspang sa ibabaw. Ang mga pangunahing proseso ay high-temperature ion implantation at high-temperature annealing.
Figure 1 Schematic diagram ng ion implantation at high-temperature annealing effect
(2) Pagbuo ng istraktura ng gate: Ang kalidad ng interface ng SiC/SiO2 ay may malaking impluwensya sa paglipat ng channel at pagiging maaasahan ng gate ng MOSFET. Kinakailangang bumuo ng mga partikular na gate oxide at post-oxidation annealing na proseso upang mabayaran ang mga nakabitin na mga bono sa interface ng SiC/SiO2 na may mga espesyal na atom (tulad ng nitrogen atoms) upang matugunan ang mga kinakailangan sa pagganap ng mataas na kalidad na interface ng SiC/SiO2 at mataas. paglipat ng mga aparato. Ang mga pangunahing proseso ay gate oxide high-temperature oxidation, LPCVD, at PECVD.
Figure 2 Schematic diagram ng ordinaryong oxide film deposition at high-temperature oxidation
(3) Morphology etching: Ang mga silicone carbide na materyales ay hindi gumagalaw sa mga kemikal na solvent, at ang tumpak na kontrol sa morpolohiya ay makakamit lamang sa pamamagitan ng mga dry etching na pamamaraan; mask materyales, mask etching pagpili, halo-halong gas, sidewall control, etching rate, sidewall pagkamagaspang, atbp ay kailangang binuo ayon sa mga katangian ng silicon carbide materyales. Ang mga pangunahing proseso ay thin film deposition, photolithography, dielectric film corrosion, at dry etching process.
Figure 3 Schematic diagram ng proseso ng silicon carbide etching
(4) Metallization: Ang pinagmumulan ng electrode ng device ay nangangailangan ng metal upang bumuo ng magandang low-resistance ohmic contact na may silicon carbide. Ito ay hindi lamang nangangailangan ng pag-regulate ng proseso ng pag-deposito ng metal at pagkontrol sa estado ng interface ng metal-semiconductor contact, ngunit nangangailangan din ng mataas na temperatura na pagsusubo upang mabawasan ang Schottky barrier height at makamit ang metal-silicon carbide ohmic contact. Ang mga pangunahing proseso ay metal magnetron sputtering, electron beam evaporation, at mabilis na thermal annealing.
Figure 4 Schematic diagram ng magnetron sputtering principle at metallization effect
(5) Proseso ng paggawa ng malabnaw: Ang materyal na Silicon carbide ay may mga katangian ng mataas na tigas, mataas na brittleness at mababang bali na kayamutan. Ang proseso ng paggiling nito ay madaling magdulot ng malutong na pagkabali ng materyal, na nagiging sanhi ng pinsala sa ibabaw ng wafer at sub-surface. Ang mga bagong proseso ng paggiling ay kailangang mabuo upang matugunan ang mga pangangailangan sa pagmamanupaktura ng mga aparatong silicon carbide. Ang mga pangunahing proseso ay paggawa ng malabnaw ng paggiling ng mga disc, film sticking at pagbabalat, atbp.
Figure 5 Schematic diagram ng wafer grinding/thinning principle
Oras ng post: Okt-22-2024