Както знаем, в областта на полупроводниците монокристалният силиций (Si) е най-широко използваният и с най-голям обем основен полупроводников материал в света. Понастоящем повече от 90% от полупроводниковите продукти се произвеждат с помощта на материали на базата на силиций. С нарастващото търсене на устройства с висока мощност и високо напрежение в съвременната енергийна област бяха поставени по-строги изисквания за ключови параметри на полупроводниковите материали, като ширина на забранената лента, сила на пробивното електрическо поле, степен на насищане с електрони и топлопроводимост. При това обстоятелство полупроводниковите материали с широка забранена лента, представени отсилициев карбид(SiC) се очертаха като любимец на приложенията с висока плътност на мощността.
Като съставен полупроводник,силициев карбиде изключително рядък в природата и се среща под формата на минерала моасанит. В момента почти целият силициев карбид, продаван в света, е изкуствено синтезиран. Силициевият карбид има предимствата на висока твърдост, висока топлопроводимост, добра термична стабилност и високо критично електрическо поле на пробив. Той е идеален материал за производство на високоволтови и мощни полупроводникови устройства.
И така, как се произвеждат силови полупроводникови устройства от силициев карбид?
Каква е разликата между производствения процес на устройства от силициев карбид и традиционния производствен процес на базата на силиций? Започвайки от този брой, „Нещата заУстройство от силициев карбидПроизводство” ще разкрие тайните една по една.
I
Процес на производство на устройства от силициев карбид
Производственият процес на устройствата от силициев карбид като цяло е подобен на този на базираните на силиций устройства, като включва главно фотолитография, почистване, допинг, ецване, образуване на филм, изтъняване и други процеси. Много производители на захранващи устройства могат да отговорят на производствените нужди на устройства със силициев карбид чрез надграждане на производствените си линии въз основа на производствения процес, базиран на силиций. Специалните свойства на материалите от силициев карбид обаче определят, че някои процеси в производството на устройства трябва да разчитат на специфично оборудване за специална разработка, за да могат устройствата от силициев карбид да издържат на високо напрежение и висок ток.
II
Въведение в модулите за специални процеси със силициев карбид
Модулите за специален процес на силициев карбид обхващат главно инжекционно допиране, формиране на структура на затвора, морфологично ецване, метализация и процеси на изтъняване.
(1) Инжекционно допиране: Поради високата енергия на връзката въглерод-силиций в силициевия карбид, примесните атоми трудно могат да дифузират в силициевия карбид. При подготовката на устройства от силициев карбид легирането на PN преходите може да се постигне само чрез имплантиране на йони при висока температура.
Легирането обикновено се извършва с йони на примеси като бор и фосфор, а дълбочината на легиране обикновено е 0,1 μm ~ 3 μm. Имплантирането на високоенергийни йони ще разруши решетъчната структура на самия силициев карбид. Изисква се високотемпературно отгряване, за да се поправи увреждането на решетката, причинено от имплантирането на йони, и да се контролира ефектът от отгряването върху грапавостта на повърхността. Основните процеси са високотемпературна йонна имплантация и високотемпературно отгряване.
Фигура 1 Схематична диаграма на ефектите на йонна имплантация и високотемпературно отгряване
(2) Формиране на структура на порта: Качеството на интерфейса SiC/SiO2 има голямо влияние върху миграцията на канала и надеждността на порта на MOSFET. Необходимо е да се разработят специфични оксидни и постоксидационни процеси на отгряване, за да се компенсират висящите връзки на интерфейса SiC/SiO2 със специални атоми (като азотни атоми), за да се изпълнят изискванията за производителност на висококачествен SiC/SiO2 интерфейс и висока миграция на устройства. Основните процеси са високотемпературно оксидиране на затворен оксид, LPCVD и PECVD.
Фигура 2 Схематична диаграма на обикновено отлагане на оксиден филм и високотемпературно окисление
(3) Морфологично ецване: Материалите от силициев карбид са инертни в химически разтворители и прецизен морфологичен контрол може да се постигне само чрез методи на сухо ецване; материали за маска, избор на ецване на маска, смесен газ, контрол на страничната стена, скорост на ецване, грапавост на страничната стена и т.н. трябва да бъдат разработени в съответствие с характеристиките на материалите от силициев карбид. Основните процеси са отлагане на тънък слой, фотолитография, корозия на диелектрични филми и процеси на сухо ецване.
Фигура 3 Схематична диаграма на процес на ецване на силициев карбид
(4) Метализация: Източникът на електрод на устройството изисква метал, за да образува добър омичен контакт с ниско съпротивление със силициев карбид. Това не само изисква регулиране на процеса на отлагане на метал и контролиране на интерфейсното състояние на контакта метал-полупроводник, но също така изисква високотемпературно отгряване за намаляване на височината на бариерата на Шотки и постигане на омичен контакт метал-силициев карбид. Основните процеси са метално магнетронно разпрашване, изпаряване с електронен лъч и бързо термично отгряване.
Фигура 4 Схематична диаграма на принципа на магнетронно разпръскване и ефекта на метализация
(5) Процес на изтъняване: Материалът от силициев карбид има характеристиките на висока твърдост, висока чупливост и ниска якост на счупване. Неговият процес на смилане е склонен да причини крехко счупване на материала, причинявайки повреда на повърхността и под повърхността на пластината. Трябва да се разработят нови процеси на смилане, за да се отговори на производствените нужди на устройствата със силициев карбид. Основните процеси са изтъняване на шлифовъчни дискове, залепване и отлепване на филма и др.
Фигура 5 Схематична диаграма на принципа на смилане/изтъняване на вафла
Време на публикуване: 22 октомври 2024 г