Bildiyimiz kimi, yarımkeçiricilər sahəsində monokristal silisium (Si) dünyada ən çox istifadə edilən və ən böyük həcmli yarımkeçirici əsas materialdır. Hazırda yarımkeçirici məhsulların 90%-dən çoxu silikon əsaslı materiallardan istifadə etməklə istehsal olunur. Müasir enerji sahəsində yüksək güclü və yüksək gərginlikli cihazlara artan tələbatla yarımkeçirici materialların bant genişliyi, parçalanma elektrik sahəsinin gücü, elektron doyma dərəcəsi və istilik keçiriciliyi kimi əsas parametrlərinə daha sərt tələblər irəli sürülür. Bu vəziyyətdə, geniş bant aralığı ilə təmsil olunan yarımkeçirici materiallarsilisium karbid(SiC) yüksək güc sıxlığı tətbiqlərinin sevimlisi kimi ortaya çıxdı.
Mürəkkəb yarımkeçirici kimi,silisium karbidtəbiətdə olduqca nadirdir və mineral mozanit şəklində görünür. Hazırda dünyada satılan demək olar ki, bütün silisium karbidləri süni şəkildə sintez olunur. Silikon karbid yüksək sərtlik, yüksək istilik keçiriciliyi, yaxşı istilik sabitliyi və yüksək kritik parçalanma elektrik sahəsinin üstünlüklərinə malikdir. Yüksək gərginlikli və yüksək güclü yarımkeçirici cihazların istehsalı üçün ideal materialdır.
Beləliklə, silikon karbid güc yarımkeçirici cihazları necə istehsal olunur?
Silikon karbid cihazının istehsalı prosesi ilə ənənəvi silikon əsaslı istehsal prosesi arasında fərq nədir? Bu saydan başlayaraq, “HaqqındaSilikon Karbid CihazıManufacturing” sirlərini bir-bir açacaq.
I
Silikon karbid qurğusunun istehsalı prosesi
Silikon karbid cihazlarının istehsal prosesi ümumiyyətlə silisium əsaslı cihazlara bənzəyir, o cümlədən əsasən fotolitoqrafiya, təmizləmə, dopinq, aşındırma, plyonka əmələ gəlməsi, inceltmə və digər proseslər. Bir çox güc qurğusu istehsalçısı silikon əsaslı istehsal prosesi əsasında istehsal xətlərini təkmilləşdirməklə silikon karbid cihazlarının istehsal ehtiyaclarını ödəyə bilər. Bununla belə, silisium karbid materiallarının xüsusi xassələri müəyyən edir ki, onun cihaz istehsalında bəzi proseslər, silisium karbid cihazlarının yüksək gərginliyə və yüksək cərəyana tab gətirə bilməsi üçün xüsusi inkişaf üçün xüsusi avadanlıqdan istifadə etməlidir.
II
Silikon karbid xüsusi proses modullarına giriş
Silikon karbid xüsusi proses modulları əsasən inyeksiya dopinqi, qapı strukturunun formalaşdırılması, morfologiyanın aşındırılması, metalizasiya və incəlmə proseslərini əhatə edir.
(1) Enjeksiyon dopinqi: Silisium karbidində yüksək karbon-silisium bağ enerjisi səbəbindən, çirkli atomların silisium karbidində yayılması çətindir. Silikon karbid cihazlarını hazırlayarkən, PN birləşmələrinin dopinqi yalnız yüksək temperaturda ion implantasiyası ilə əldə edilə bilər.
Dopinq adətən bor və fosfor kimi çirk ionları ilə aparılır və dopinq dərinliyi adətən 0,1μm~3μm olur. Yüksək enerjili ion implantasiyası silisium karbid materialının qəfəs strukturunu məhv edəcək. İon implantasiyası nəticəsində yaranan qəfəs zədəsini təmir etmək və tavlamanın səth pürüzlülüyünə təsirinə nəzarət etmək üçün yüksək temperaturda yumşalma tələb olunur. Əsas proseslər yüksək temperaturda ion implantasiyası və yüksək temperaturda tavlamadır.
Şəkil 1 İon implantasiyası və yüksək temperaturda yumşalma effektlərinin sxematik diaqramı
(2) Qapı strukturunun formalaşması: SiC/SiO2 interfeysinin keyfiyyəti MOSFET-in kanal miqrasiyasına və qapı etibarlılığına böyük təsir göstərir. Yüksək keyfiyyətli SiC/SiO2 interfeysinin performans tələblərinə cavab vermək üçün SiC/SiO2 interfeysindəki sallanan bağları xüsusi atomlarla (məsələn, azot atomları) kompensasiya etmək üçün xüsusi qapı oksidi və oksidləşmədən sonrakı yumşalma proseslərini inkişaf etdirmək lazımdır. cihazların miqrasiyası. Əsas proseslər qapı oksidinin yüksək temperaturlu oksidləşməsi, LPCVD və PECVD-dir.
Şəkil 2 Adi oksid təbəqəsinin çökməsinin və yüksək temperaturda oksidləşmənin sxematik diaqramı
(3) Morfoloji aşındırma: Silikon karbid materialları kimyəvi həlledicilərdə təsirsizdir və dəqiq morfologiyaya nəzarət yalnız quru aşındırma üsulları ilə əldə edilə bilər; silisium karbid materiallarının xüsusiyyətlərinə uyğun olaraq maska materialları, maska aşındırma seçimi, qarışıq qaz, yan divara nəzarət, aşındırma dərəcəsi, yan divar pürüzlülüyü və s. Əsas proseslər nazik təbəqənin çökməsi, fotolitoqrafiya, dielektrik filmin korroziyası və quru aşındırma prosesləridir.
Şəkil 3 Silisium karbidinin aşındırma prosesinin sxematik diaqramı
(4) Metallaşma: Cihazın mənbə elektrodu, silikon karbid ilə yaxşı aşağı müqavimətli ohmik əlaqə yaratmaq üçün metal tələb edir. Bu, təkcə metal çökmə prosesinin tənzimlənməsini və metal-yarımkeçirici kontaktının interfeys vəziyyətinin idarə edilməsini tələb etmir, həm də Schottky maneə hündürlüyünü azaltmaq və metal-silisium karbid ohmik kontaktına nail olmaq üçün yüksək temperaturda yumşalma tələb edir. Əsas proseslər metal maqnetron püskürməsi, elektron şüasının buxarlanması və sürətli termal yumşalmadır.
Şəkil 4 Magnetron püskürtmə prinsipi və metallaşma effektinin sxematik diaqramı
(5) İncəlmə prosesi: Silikon karbid materialı yüksək sərtlik, yüksək kövrəklik və aşağı qırılma möhkəmliyi xüsusiyyətlərinə malikdir. Onun üyüdülməsi prosesi materialın kövrək qırılmasına səbəb olur və vafli səthinə və alt səthinə ziyan vurur. Silikon karbid cihazlarının istehsal ehtiyaclarını ödəmək üçün yeni üyüdmə prosesləri inkişaf etdirilməlidir. Əsas proseslər daşlama disklərinin incəlməsi, filmin yapışması və soyulması və s.
Şəkil 5 Gofret üyütmə/incəlmə prinsipinin sxematik diaqramı
Göndərmə vaxtı: 22 oktyabr 2024-cü il