SiC szilícium-karbid eszköz gyártási folyamata (1)

Mint tudjuk, a félvezető területen az egykristályos szilícium (Si) a legszélesebb körben használt és legnagyobb térfogatú félvezető alapanyag a világon. Jelenleg a félvezető termékek több mint 90%-a szilícium alapú anyagok felhasználásával készül. A modern energiaterületen a nagy teljesítményű és nagyfeszültségű eszközök iránti növekvő kereslet miatt szigorúbb követelményeket támasztanak a félvezető anyagok olyan kulcsfontosságú paramétereivel kapcsolatban, mint a sávszélesség, az elektromos térerősség, az elektrontelítési arány és a hővezető képesség. Ilyen körülmények között a széles sávszélességű félvezető anyagokat aszilícium-karbid(SiC) a nagy teljesítménysűrűségű alkalmazások kedvencévé váltak.

Mint összetett félvezető,szilícium-karbidrendkívül ritka a természetben, és moissanit ásvány formájában jelenik meg. Jelenleg a világon szinte minden eladott szilícium-karbid mesterségesen szintetizált. A szilícium-karbid előnyei a nagy keménység, a nagy hővezetőképesség, a jó hőstabilitás és a nagy kritikus áttörési elektromos tér. Ideális anyag nagyfeszültségű és nagy teljesítményű félvezető eszközök készítéséhez.

Tehát hogyan készülnek a szilícium-karbid teljesítmény-félvezető eszközök?

Mi a különbség a szilícium-karbid eszköz gyártási folyamata és a hagyományos szilícium alapú gyártási eljárás között? Ebből a számból kiindulva: „Things aboutSzilícium-karbid készülékGyártás” egyenként fedi fel a titkokat.

I

A szilícium-karbid készülékgyártás folyamata

A szilícium-karbid eszközök gyártási folyamata általában hasonló a szilícium alapú eszközökéhez, főként fotolitográfiát, tisztítást, adalékolást, maratást, filmképzést, hígítást és egyéb folyamatokat. Számos teljesítményeszköz-gyártó képes kielégíteni a szilícium-karbid eszközök gyártási igényeit a gyártósorok szilícium alapú gyártási folyamaton alapuló korszerűsítésével. A szilícium-karbid anyagok különleges tulajdonságai azonban meghatározzák, hogy az eszközgyártás egyes folyamataiban speciális berendezésekre kell támaszkodni a speciális fejlesztéshez, hogy a szilícium-karbid eszközök ellenálljanak a nagy feszültségnek és nagy áramerősségnek.

II

A szilícium-karbid speciális folyamatmodulok bemutatása

A szilícium-karbid speciális eljárási modulok főként a befecskendezési adalékolást, a kapuszerkezet kialakítását, a morfológiai maratást, a fémezést és a vékonyítási folyamatokat fedik le.

(1) Injekciós adalékolás: A szilícium-karbidban lévő nagy szén-szilícium kötési energia miatt a szennyező atomok nehezen diffundálódnak a szilícium-karbidban. A szilícium-karbid eszközök készítésénél a PN csomópontok adalékolása csak magas hőmérsékleten történő ionimplantációval valósítható meg.
Az adalékolást általában szennyező ionokkal, például bórral és foszforral végzik, és az adalékolási mélység általában 0,1 μm ~ 3 μm. A nagy energiájú ionbeültetés tönkreteszi magának a szilícium-karbid anyagnak a rácsszerkezetét. Magas hőmérsékletű lágyítás szükséges az ionbeültetés okozta rácskárosodás kijavításához és a lágyítás felületi érdességre gyakorolt ​​hatásának szabályozásához. Az alapvető folyamatok a magas hőmérsékletű ionimplantáció és a magas hőmérsékletű lágyítás.

1. ábra Az ionbeültetés és a magas hőmérsékletű lágyítási hatások sematikus diagramja

(2) Kapustruktúra kialakítása: A SiC/SiO2 interfész minősége nagyban befolyásolja a MOSFET csatorna migrációját és kapumegbízhatóságát. A SiC/SiO2 határfelületen a lógó kötések speciális atomokkal (például nitrogénatomokkal) való kompenzálására speciális gate oxid és utóoxidációs hőkezelési eljárásokat kell kidolgozni, hogy megfeleljenek a kiváló minőségű SiC/SiO2 interfész és a magas teljesítmény követelményeinek. eszközök migrációja. A fő folyamatok a kapuoxidos magas hőmérsékletű oxidáció, az LPCVD és a PECVD.

2. ábra A közönséges oxidfilm-lerakódás és a magas hőmérsékletű oxidáció sematikus diagramja

(3) Morfológiai maratás: A szilícium-karbid anyagok közömbösek a kémiai oldószerekben, és a pontos morfológiai szabályozás csak száraz maratási módszerekkel érhető el; a szilícium-karbid anyagok jellemzőinek megfelelően fejleszteni kell a maszk anyagokat, a maszk maratásának kiválasztását, a kevert gázt, az oldalfal szabályozását, a maratási sebességet, az oldalfal érdességét stb. Az alapvető eljárások a vékonyréteg-leválasztás, a fotolitográfia, a dielektromos filmkorrózió és a száraz maratási eljárások.

3. ábra A szilícium-karbid maratási eljárás sematikus diagramja

(4) Fémezés: Az eszköz forráselektródájának fémre van szüksége ahhoz, hogy jó kis ellenállású ohmos érintkezést hozzon létre a szilícium-karbiddal. Ehhez nemcsak a fémleválasztási folyamat szabályozása és a fém-félvezető érintkező interfész állapotának szabályozása szükséges, hanem magas hőmérsékletű lágyítás is szükséges a Schottky-gát magasságának csökkentése és a fém-szilícium-karbid ohmos érintkezés elérése érdekében. A fő folyamatok a fém-magnetronos porlasztás, az elektronsugaras elpárologtatás és a gyors hőkezelés.

4. ábra A magnetronporlasztási elv és a fémezési hatás sematikus diagramja

(5) Vékonyítási folyamat: A szilícium-karbid anyag jellemzői a nagy keménység, a nagy ridegség és az alacsony törési szilárdság. Köszörülési folyamata hajlamos az anyag rideg törésére, ami károsítja az ostya felületét és aljzatát. A szilícium-karbid eszközök gyártási igényeinek kielégítésére új csiszolási eljárásokat kell kidolgozni. A fő folyamatok a csiszolókorongok elvékonyítása, a film ragasztása és hámozása stb.

5. ábra Az ostya csiszolási/hígítási elvének sematikus diagramja