Nagu me teame, on pooljuhtide valdkonnas monokristallräni (Si) kõige laialdasemalt kasutatav ja suurima mahuga pooljuhtide põhimaterjal maailmas. Praegu toodetakse enam kui 90% pooljuhttoodetest ränipõhiseid materjale kasutades. Kuna tänapäevases energiavaldkonnas kasvab nõudlus suure võimsusega ja kõrgepingeseadmete järele, on pooljuhtmaterjalide põhiparameetritele, nagu ribalaius, läbilöögi elektrivälja tugevus, elektronide küllastusmäär ja soojusjuhtivus, kehtestatud rangemad nõuded. Sellises olukorras on laia ribalaiusega pooljuhtmaterjalid esindatudränikarbiid(SiC) on kujunenud suure võimsustihedusega rakenduste lemmikuks.
Liitpooljuhinaränikarbiidon looduses äärmiselt haruldane ja esineb mineraalse moissaniidi kujul. Praegu on peaaegu kogu maailmas müüdav ränikarbiid kunstlikult sünteesitud. Ränikarbiidi eelisteks on kõrge kõvadus, kõrge soojusjuhtivus, hea termiline stabiilsus ja suur kriitiline elektriväli. See on ideaalne materjal kõrgepinge ja suure võimsusega pooljuhtseadmete valmistamiseks.
Niisiis, kuidas ränikarbiidist võimsusega pooljuhtseadmeid toodetakse?
Mis vahe on ränikarbiidi seadme tootmisprotsessil ja traditsioonilisel ränipõhisel tootmisprotsessil? Alates sellest numbrist „Asjad umbesRänikarbiidi seadeTootmine” paljastab saladused ükshaaval.
I
Ränikarbiidi seadme valmistamise protsessivoog
Ränikarbiidist valmistatud seadmete tootmisprotsess on üldiselt sarnane ränipõhiste seadmete omaga, hõlmates peamiselt fotolitograafiat, puhastamist, dopingut, söövitamist, kile moodustamist, lahjendamist ja muid protsesse. Paljud toiteseadmete tootjad suudavad rahuldada ränikarbiidist seadmete tootmisvajadusi, uuendades oma tootmisliine ränipõhisel tootmisprotsessil. Ränikarbiidmaterjalide eriomadused määravad aga selle, et mõned seadmete tootmise protsessid peavad toetuma spetsiaalsetele seadmetele, et võimaldada ränikarbiidist seadmetel vastu pidada kõrgele pingele ja suurele voolule.
II
Sissejuhatus ränikarbiidi eriprotsessimoodulitesse
Ränikarbiidi spetsiaalsed protsessimoodulid hõlmavad peamiselt sissepritse dopingut, värava struktuuri moodustamist, morfoloogilist söövitamist, metalliseerimist ja lahjendamist.
(1) Sissepritsega doping: ränikarbiidi suure süsinik-räni sideme energia tõttu on lisandi aatomeid ränikarbiidis raske difundeeruda. Ränikarbiidist seadmete valmistamisel saab PN-ühenduste dopingut saavutada ainult kõrgel temperatuuril ioonide implanteerimisega.
Doping tehakse tavaliselt lisandiioonidega, nagu boor ja fosfor, ning dopingu sügavus on tavaliselt 0,1 μm ~ 3 μm. Suure energiaga ioonide implanteerimine hävitab ränikarbiidi materjali enda võrestruktuuri. Kõrgtemperatuuriline lõõmutamine on vajalik, et parandada ioonide siirdamisest põhjustatud võrekahjustusi ja kontrollida lõõmutamise mõju pinna karedusele. Põhiprotsessid on kõrgtemperatuuriline ioonide implanteerimine ja kõrgtemperatuuriline lõõmutamine.
Joonis 1 Ioonide implanteerimise ja kõrgtemperatuurse lõõmutamise efektide skemaatiline diagramm
(2) Värava struktuuri moodustamine: SiC/SiO2 liidese kvaliteet mõjutab oluliselt MOSFETi kanalite migratsiooni ja värava töökindlust. On vaja välja töötada spetsiifilised paisoksiidi ja oksüdatsioonijärgse lõõmutamise protsessid, et kompenseerida rippuvaid sidemeid SiC/SiO2 liidesel spetsiaalsete aatomitega (näiteks lämmastikuaatomitega), et täita kvaliteetse SiC/SiO2 liidese ja kõrge jõudlusnõudeid. seadmete migratsioon. Põhiprotsessid on paisoksiidi kõrgtemperatuuriline oksüdatsioon, LPCVD ja PECVD.
Joonis 2 Tavalise oksiidkile sadestamise ja kõrgtemperatuurse oksüdatsiooni skemaatiline diagramm
(3) Morfoloogia söövitus: ränikarbiidi materjalid on keemilistes lahustites inertsed ja täpset morfoloogiat saab kontrollida ainult kuivsöövitusmeetoditega; maski materjalid, maski söövitamise valik, segagaas, külgseina juhtimine, söövituskiirus, külgseina karedus jne tuleb välja töötada vastavalt ränikarbiidmaterjalide omadustele. Põhiprotsessid on õhukese kile sadestamine, fotolitograafia, dielektrilise kile korrosioon ja kuivsöövitusprotsessid.
Joonis 3 Ränikarbiidi söövitusprotsessi skemaatiline diagramm
(4) Metalliseerimine: seadme lähteelektroodi jaoks on vaja metalli, et moodustada ränikarbiidiga hea madala takistusega oomiline kontakt. See ei nõua mitte ainult metalli sadestamise protsessi reguleerimist ja metalli-pooljuhi kontakti liidese oleku kontrollimist, vaid nõuab ka kõrgtemperatuurset lõõmutamist, et vähendada Schottky barjääri kõrgust ja saavutada metall-ränikarbiidi oomiline kontakt. Põhiprotsessid on metalli magnetroni pihustamine, elektronkiire aurustamine ja kiire termiline lõõmutamine.
Joonis 4 Magnetroni pihustamise põhimõtte ja metalliseerimise efekti skemaatiline diagramm
(5) Vedeldamisprotsess: ränikarbiidi materjalil on kõrge kõvadus, kõrge rabedus ja madal purunemiskindlus. Selle lihvimisprotsess võib põhjustada materjali rabedat purunemist, mis kahjustab vahvli pinda ja aluspinda. Ränikarbiidist seadmete tootmisvajaduste rahuldamiseks tuleb välja töötada uued lihvimisprotsessid. Põhiprotsessideks on lihvketaste õhendamine, kile kleepimine ja koorimine jne.
Joonis 5 Vahvli lihvimise/hõrenemise põhimõtte skemaatiline diagramm
Postitusaeg: 22.10.2024