Kaip žinome, puslaidininkių srityje monokristalinis silicis (Si) yra plačiausiai naudojama ir didžiausio tūrio puslaidininkių pagrindinė medžiaga pasaulyje. Šiuo metu daugiau nei 90 % puslaidininkinių gaminių gaminami naudojant silicio pagrindo medžiagas. Didėjant didelės galios ir aukštos įtampos prietaisų paklausai šiuolaikinėje energijos srityje, buvo keliami griežtesni pagrindiniai puslaidininkinių medžiagų parametrai, tokie kaip juostos tarpo plotis, elektrinio lauko stiprumas, elektronų soties greitis ir šilumos laidumas. Esant tokioms aplinkybėms, plačios juostos puslaidininkinės medžiagos, atstovaujamossilicio karbidas(SiC) tapo didelio galingumo tankio programų numylėtiniu.
Kaip sudėtinis puslaidininkis,silicio karbidasyra labai retas gamtoje ir yra mineralinio moissanito pavidalu. Šiuo metu beveik visas pasaulyje parduodamas silicio karbidas yra dirbtinai susintetintas. Silicio karbidas turi didelio kietumo, didelio šilumos laidumo, gero terminio stabilumo ir didelio kritinio elektrinio lauko pranašumus. Tai ideali medžiaga aukštos įtampos ir didelės galios puslaidininkiniams įtaisams gaminti.
Taigi, kaip gaminami silicio karbido galios puslaidininkiniai įtaisai?
Kuo skiriasi silicio karbido įrenginio gamybos procesas ir tradicinis silicio gamybos procesas? Pradedant nuo šio numerio „Dalykai apieSilicio karbido įtaisasGamyba“ vienas po kito atskleis paslaptis.
I
Silicio karbido prietaisų gamybos proceso eiga
Silicio karbido prietaisų gamybos procesas paprastai yra panašus į silicio pagrindu pagamintų prietaisų gamybos procesą, daugiausia apimantis fotolitografiją, valymą, dopingą, ėsdinimą, plėvelės formavimą, retinimą ir kitus procesus. Daugelis galios įrenginių gamintojų gali patenkinti silicio karbido prietaisų gamybos poreikius atnaujindami savo gamybos linijas pagal silicio gamybos procesą. Tačiau ypatingos silicio karbido medžiagų savybės lemia, kad kai kurie prietaisų gamybos procesai turi būti pagrįsti specialia įranga, skirta specialiai sukurti, kad silicio karbido prietaisai galėtų atlaikyti aukštą įtampą ir didelę srovę.
II
Įvadas į silicio karbido specialius proceso modulius
Silicio karbido specialieji proceso moduliai daugiausia apima įpurškimo dopingo, vartų struktūros formavimo, morfologinio ėsdinimo, metalizavimo ir retinimo procesus.
(1) Įpurškiamas dopingas: dėl didelės anglies ir silicio jungties energijos silicio karbide priemaišų atomus sunku išsklaidyti silicio karbide. Ruošiant silicio karbido prietaisus, PN jungčių legiravimas gali būti pasiektas tik implantuojant jonus aukštoje temperatūroje.
Dopingas paprastai atliekamas su priemaišų jonais, tokiais kaip boras ir fosforas, o dopingo gylis paprastai yra 0,1 μm ~ 3 μm. Didelės energijos jonų implantacija sunaikins pačios silicio karbido medžiagos gardelės struktūrą. Atkaitinimas aukštoje temperatūroje reikalingas norint ištaisyti grotelių pažeidimus, atsiradusius dėl jonų implantacijos, ir kontroliuoti atkaitinimo poveikį paviršiaus šiurkštumui. Pagrindiniai procesai yra aukštos temperatūros jonų implantacija ir aukštos temperatūros atkaitinimas.
1 pav. Jonų implantavimo ir aukštos temperatūros atkaitinimo efektų schema
(2) Vartų struktūros formavimas: SiC/SiO2 sąsajos kokybė turi didelę įtaką MOSFET kanalų migracijai ir vartų patikimumui. Norint kompensuoti kabančias jungtis SiC/SiO2 sąsajoje su specialiais atomais (pvz., azoto atomais), būtina sukurti specifinius vartų oksido ir atkaitinimo po oksidacijos procesus, kad būtų patenkinti aukštos kokybės SiC/SiO2 sąsajos veikimo reikalavimai ir įrenginių migracija. Pagrindiniai procesai yra oksidacija aukštoje temperatūroje, LPCVD ir PECVD.
2 pav. Įprastos oksido plėvelės nusodinimo ir aukštos temperatūros oksidacijos schema
(3) Morfologinis ėsdinimas: silicio karbido medžiagos yra inertiškos cheminiuose tirpikliuose, o tikslią morfologijos kontrolę galima pasiekti tik naudojant sauso ėsdinimo metodus; kaukės medžiagos, kaukės ėsdinimo pasirinkimas, mišrios dujos, šoninės sienelės valdymas, ėsdinimo greitis, šoninės sienelės šiurkštumas ir kt. turi būti tobulinami atsižvelgiant į silicio karbido medžiagų charakteristikas. Pagrindiniai procesai yra plonos plėvelės nusodinimas, fotolitografija, dielektrinės plėvelės korozija ir sauso ėsdinimo procesai.
3 pav. Silicio karbido ėsdinimo proceso schema
(4) Metalizavimas: Prietaiso šaltinio elektrodui reikalingas metalas, kad sudarytų gerą mažos varžos ominį kontaktą su silicio karbidu. Tam reikia ne tik reguliuoti metalo nusodinimo procesą ir valdyti metalo ir puslaidininkio kontakto sąsajos būseną, bet ir atkaitinti aukštoje temperatūroje, kad būtų sumažintas Schottky barjero aukštis ir pasiektas metalo ir silicio karbido ominis kontaktas. Pagrindiniai procesai yra metalo magnetrono purškimas, elektronų pluošto išgarinimas ir greitas terminis atkaitinimas.
4 pav. Magnetroninio dulkinimo principo ir metalizacijos efekto schema
(5) Skiedimo procesas: Silicio karbido medžiaga pasižymi dideliu kietumu, dideliu trapumu ir mažu atsparumu lūžiams. Jo šlifavimo procesas gali sukelti trapią medžiagos lūžį, dėl kurio gali būti pažeistas plokštelės paviršius ir apatinis paviršius. Norint patenkinti silicio karbido prietaisų gamybos poreikius, reikia sukurti naujus šlifavimo procesus. Pagrindiniai procesai yra šlifavimo diskų ploninimas, plėvelės klijavimas ir lupimasis ir kt.
5 pav. Plokščių šlifavimo / skiedimo principo schema
Paskelbimo laikas: 2024-10-22