همانطور که می دانیم، در زمینه نیمه هادی، سیلیکون تک کریستال (Si) پرکاربردترین و پرحجم ترین ماده اولیه نیمه هادی در جهان است. در حال حاضر بیش از 90 درصد محصولات نیمه هادی با استفاده از مواد مبتنی بر سیلیکون تولید می شوند. با افزایش تقاضا برای دستگاه های پرقدرت و ولتاژ بالا در زمینه انرژی مدرن، الزامات سخت گیرانه تری برای پارامترهای کلیدی مواد نیمه هادی مانند عرض باند، قدرت میدان الکتریکی شکست، نرخ اشباع الکترون، و هدایت حرارتی مطرح شده است. در این شرایط، مواد نیمه هادی با فاصله باند گسترده نشان داده شده توسطکاربید سیلیکون(SiC) به عنوان محبوب برنامه های کاربردی با چگالی توان بالا ظاهر شده اند.
به عنوان یک نیمه هادی مرکب،کاربید سیلیکوندر طبیعت بسیار نادر است و به شکل ماده معدنی موسانیت ظاهر می شود. در حال حاضر، تقریبا تمام سیلیکون کاربید فروخته شده در جهان به طور مصنوعی سنتز می شود. کاربید سیلیکون دارای مزایای سختی بالا، هدایت حرارتی بالا، پایداری حرارتی خوب و میدان الکتریکی با شکست بحرانی بالا است. این یک ماده ایده آل برای ساخت دستگاه های نیمه هادی با ولتاژ بالا و توان بالا است.
بنابراین، دستگاه های نیمه هادی قدرت کاربید سیلیکون چگونه تولید می شوند؟
تفاوت بین فرآیند تولید دستگاه کاربید سیلیکون و فرآیند تولید سنتی مبتنی بر سیلیکون چیست؟ با شروع از این شماره، «چیزهایی در مورددستگاه سیلیکون کاربیدتولید» اسرار را یکی یکی فاش خواهد کرد.
I
جریان فرآیند ساخت دستگاه کاربید سیلیکون
فرآیند ساخت دستگاه‌های کاربید سیلیکون به طور کلی شبیه به دستگاه‌های مبتنی بر سیلیکون است که عمدتاً شامل فوتولیتوگرافی، تمیز کردن، دوپینگ، اچینگ، تشکیل فیلم، نازک‌کردن و سایر فرآیندها می‌شود. بسیاری از تولیدکنندگان دستگاه های قدرت می توانند نیازهای تولید دستگاه های کاربید سیلیکون را با ارتقای خطوط تولید خود بر اساس فرآیند تولید مبتنی بر سیلیکون برآورده کنند. با این حال، خواص ویژه مواد کاربید سیلیکون مشخص می کند که برخی از فرآیندها در ساخت دستگاه آن نیاز به تکیه بر تجهیزات خاصی برای توسعه ویژه دارند تا دستگاه های کاربید سیلیکون را قادر به مقاومت در برابر ولتاژ بالا و جریان بالا کنند.
II
مقدمه ای بر ماژول های فرآیند ویژه کاربید سیلیکون
ماژول‌های فرآیند ویژه کاربید سیلیکون عمدتاً دوپینگ تزریق، تشکیل ساختار دروازه، اچ کردن مورفولوژی، متالیزاسیون و فرآیندهای نازک‌سازی را پوشش می‌دهند.
(1) دوپینگ تزریقی: به دلیل انرژی بالای پیوند کربن-سیلیکون در کاربید سیلیکون، اتم های ناخالصی به سختی در کاربید سیلیکون پخش می شوند. هنگام تهیه دستگاه های کاربید سیلیکون، دوپینگ اتصالات PN فقط با کاشت یون در دمای بالا امکان پذیر است.
دوپینگ معمولاً با یون های ناخالصی مانند بور و فسفر انجام می شود و عمق دوپینگ معمولاً 0.1μm~3μm است. کاشت یون پر انرژی ساختار شبکه خود ماده کاربید سیلیکون را از بین می برد. بازپخت در دمای بالا برای ترمیم آسیب شبکه ناشی از کاشت یون و کنترل اثر آنیل بر زبری سطح مورد نیاز است. فرآیندهای اصلی عبارتند از کاشت یون در دمای بالا و بازپخت در دمای بالا.
شکل 1 نمودار شماتیک کاشت یون و اثرات بازپخت در دمای بالا
(2) تشکیل ساختار دروازه: کیفیت رابط SiC/SiO2 تأثیر زیادی بر مهاجرت کانال و قابلیت اطمینان گیت MOSFET دارد. برای جبران پیوندهای آویزان در سطح مشترک SiC/SiO2 با اتم‌های خاص (مانند اتم‌های نیتروژن) برای برآورده کردن الزامات عملکرد رابط SiC/SiO2 با کیفیت بالا و بالا، توسعه اکسید گیت و فرآیندهای بازپخت پس از اکسیداسیون ضروری است. مهاجرت دستگاه ها فرآیندهای اصلی عبارتند از اکسیداسیون گیت اکسید در دمای بالا، LPCVD و PECVD.
شکل 2 نمودار شماتیک رسوب فیلم اکسید معمولی و اکسیداسیون در دمای بالا
(3) اچ کردن مورفولوژی: مواد کاربید سیلیکون در حلال های شیمیایی بی اثر هستند و کنترل مورفولوژی دقیق فقط از طریق روش های اچ خشک قابل دستیابی است. مواد ماسک، انتخاب ماسک اچینگ، گاز مخلوط، کنترل دیواره جانبی، سرعت اچینگ، زبری دیواره جانبی و غیره باید با توجه به ویژگی های مواد کاربید سیلیکون توسعه یابند. فرآیندهای اصلی عبارتند از رسوب لایه نازک، فوتولیتوگرافی، خوردگی فیلم دی الکتریک، و فرآیندهای اچ خشک.
شکل 3 نمودار شماتیک فرآیند اچ کردن کاربید سیلیکون
(4) متالیزاسیون: الکترود منبع دستگاه به فلز نیاز دارد تا یک تماس اهمی با مقاومت کم با کاربید سیلیکون ایجاد کند. این نه تنها مستلزم تنظیم فرآیند رسوب فلز و کنترل حالت رابط تماس فلز-نیمه هادی است، بلکه به بازپخت در دمای بالا برای کاهش ارتفاع مانع شاتکی و دستیابی به تماس اهمی کاربید فلز-سیلیکون نیاز دارد. فرآیندهای اصلی عبارتند از کندوپاش مگنترون فلزی، تبخیر پرتو الکترونی، و بازپخت حرارتی سریع.
شکل 4 نمودار شماتیک اصل کندوپاش مگنترون و اثر متالیزاسیون
(5) فرآیند نازک شدن: مواد کاربید سیلیکون دارای ویژگی های سختی بالا، شکنندگی بالا و چقرمگی شکست کم است. فرآیند سنگ زنی آن مستعد ایجاد شکستگی شکننده مواد است که باعث آسیب به سطح ویفر و زیر سطح می شود. برای پاسخگویی به نیازهای تولید دستگاه های کاربید سیلیکون، فرآیندهای آسیاب جدید باید توسعه یابد. فرآیندهای اصلی نازک شدن دیسک های آسیاب، چسبیدن و لایه برداری فیلم و غیره است.
شکل 5 نمودار شماتیک اصل آسیاب / نازک شدن ویفر
زمان ارسال: اکتبر-22-2024