Som vi vet, i halvlederfeltet, er enkeltkrystallsilisium (Si) det mest brukte og største volumet av halvlederbasismaterialet i verden. For tiden er mer enn 90 % av halvlederproduktene produsert ved bruk av silisiumbaserte materialer. Med den økende etterspørselen etter høyeffekt- og høyspentenheter i det moderne energifeltet, har det blitt fremsatt strengere krav til nøkkelparametere for halvledermaterialer som båndgapbredde, elektrisk feltstyrke, elektronmetningshastighet og termisk ledningsevne. Under denne omstendigheten vil halvledermaterialer med brede båndgap representert vedsilisiumkarbid(SiC) har dukket opp som kjæresten til applikasjoner med høy effekttetthet.
Som en sammensatt halvleder,silisiumkarbider ekstremt sjelden i naturen og vises i form av mineralet moissanite. For tiden er nesten alt silisiumkarbid som selges i verden kunstig syntetisert. Silisiumkarbid har fordelene med høy hardhet, høy termisk ledningsevne, god termisk stabilitet og høy kritisk sammenbrudd elektrisk felt. Det er et ideelt materiale for å lage høyspente og høyeffekts halvlederenheter.
Så hvordan produseres halvlederenheter av silisiumkarbid?
Hva er forskjellen mellom produksjonsprosessen for silisiumkarbidenhet og den tradisjonelle silisiumbaserte produksjonsprosessen? Med utgangspunkt i denne utgaven, "Ting omSilisiumkarbidenhetManufacturing” vil avsløre hemmelighetene én etter én.
I
Prosessflyt for produksjon av silisiumkarbidenheter
Produksjonsprosessen for silisiumkarbidenheter er generelt lik den for silisiumbaserte enheter, hovedsakelig inkludert fotolitografi, rengjøring, doping, etsing, filmdannelse, tynning og andre prosesser. Mange produsenter av kraftenheter kan møte produksjonsbehovene til silisiumkarbidenheter ved å oppgradere sine produksjonslinjer basert på den silisiumbaserte produksjonsprosessen. Imidlertid bestemmer de spesielle egenskapene til silisiumkarbidmaterialer at noen prosesser i produksjonen av enheten må stole på spesifikt utstyr for spesiell utvikling for å gjøre det mulig for silisiumkarbidenheter å tåle høy spenning og høy strøm.
II
Introduksjon til spesielle prosessmoduler av silisiumkarbid
De spesielle prosessmodulene for silisiumkarbid dekker hovedsakelig injeksjonsdoping, portstrukturdannelse, morfologietsing, metallisering og tynningsprosesser.
(1) Injeksjonsdoping: På grunn av den høye karbon-silisiumbindingsenergien i silisiumkarbid, er urenhetsatomer vanskelige å diffundere i silisiumkarbid. Ved fremstilling av silisiumkarbidenheter kan doping av PN-kryss bare oppnås ved ioneimplantasjon ved høy temperatur.
Doping utføres vanligvis med urenheter som bor og fosfor, og dopingdybden er vanligvis 0,1μm~3μm. Høyenergi-ionimplantasjon vil ødelegge gitterstrukturen til selve silisiumkarbidmaterialet. Høytemperaturgløding er nødvendig for å reparere gitterskaden forårsaket av ioneimplantasjon og kontrollere effekten av gløding på overflateruhet. Kjerneprosessene er høytemperatur-ionimplantasjon og høytemperaturgløding.
Figur 1 Skjematisk diagram av ioneimplantasjon og høytemperaturglødingseffekter
(2) Portstrukturdannelse: Kvaliteten på SiC/SiO2-grensesnittet har stor innflytelse på kanalmigreringen og portpåliteligheten til MOSFET. Det er nødvendig å utvikle spesifikke gateoksid- og postoksidasjonsglødingsprosesser for å kompensere for de hengende bindingene ved SiC/SiO2-grensesnittet med spesielle atomer (som nitrogenatomer) for å møte ytelseskravene til høykvalitets SiC/SiO2-grensesnitt og høy migrering av enheter. Kjerneprosessene er gate-oksid høytemperaturoksidasjon, LPCVD og PECVD.
Figur 2 Skjematisk diagram av vanlig oksidfilmavsetning og høytemperaturoksidasjon
(3) Morfologietsing: Silisiumkarbidmaterialer er inerte i kjemiske løsemidler, og presis morfologikontroll kan bare oppnås gjennom tørre etsemetoder; maskematerialer, valg av maskeetsing, blandet gass, sideveggkontroll, etsehastighet, sideveggruhet osv. må utvikles i henhold til egenskapene til silisiumkarbidmaterialer. Kjerneprosessene er tynnfilmavsetning, fotolitografi, dielektrisk filmkorrosjon og tørre etseprosesser.
Figur 3 Skjematisk diagram av silisiumkarbidetseprosessen
(4) Metallisering: Kildeelektroden til enheten krever metall for å danne en god ohmsk kontakt med lav motstand med silisiumkarbid. Dette krever ikke bare regulering av metallavsetningsprosessen og kontroll av grensesnitttilstanden til metall-halvlederkontakten, men krever også høytemperaturgløding for å redusere Schottky-barrierehøyden og oppnå ohmsk kontakt av metall-silisiumkarbid. Kjerneprosessene er metallmagnetronsputtering, elektronstrålefordampning og rask termisk utglødning.
Figur 4 Skjematisk diagram av magnetronforstøvningsprinsipp og metalliseringseffekt
(5) Tynningsprosess: Silisiumkarbidmateriale har egenskapene til høy hardhet, høy sprøhet og lav bruddseighet. Slipeprosessen er tilbøyelig til å forårsake sprø brudd på materialet, noe som forårsaker skade på waferoverflaten og underoverflaten. Nye slipeprosesser må utvikles for å møte produksjonsbehovene til silisiumkarbidenheter. Kjerneprosessene er tynning av slipeskiver, filmklistring og avskalling osv.
Figur 5 Skjematisk diagram av wafersliping/fortynningsprinsipp
Innleggstid: 22. oktober 2024