Som vi vet, inom halvledarområdet, är enkristallkisel (Si) det mest använda och största halvledarbasmaterialet i världen. För närvarande är mer än 90 % av halvledarprodukterna tillverkade av silikonbaserade material. Med den ökande efterfrågan på högeffekts- och högspänningsenheter i det moderna energifältet har strängare krav lagts fram för nyckelparametrar för halvledarmaterial såsom bandgapbredd, genombrottsstyrka för elektriskt fält, elektronmättnadshastighet och värmeledningsförmåga. Under denna omständighet, breda bandgap halvledarmaterial representeras avkiselkarbid(SiC) har dykt upp som älsklingen av applikationer med hög effekttäthet.
Som en sammansatt halvledare,kiselkarbidär extremt sällsynt i naturen och förekommer i form av mineralet moissanite. För närvarande syntetiseras nästan all kiselkarbid som säljs i världen på konstgjord väg. Kiselkarbid har fördelarna med hög hårdhet, hög värmeledningsförmåga, god värmestabilitet och högt kritiskt elektriskt nedbrytningsfält. Det är ett idealiskt material för att tillverka högspännings- och högeffekthalvledarenheter.
Så, hur tillverkas halvledarenheter av kiselkarbid?
Vad är skillnaden mellan tillverkningsprocessen av kiselkarbidenhet och den traditionella kiselbaserade tillverkningsprocessen? Med utgångspunkt från detta nummer, "Saker omKiselkarbidenhetTillverkning” kommer att avslöja hemligheterna en efter en.
I
Processflöde för tillverkning av kiselkarbidanordningar
Tillverkningsprocessen för kiselkarbidanordningar liknar i allmänhet den för kiselbaserade anordningar, huvudsakligen inklusive fotolitografi, rengöring, dopning, etsning, filmbildning, förtunning och andra processer. Många tillverkare av kraftenheter kan möta tillverkningsbehoven för kiselkarbidenheter genom att uppgradera sina produktionslinjer baserat på den kiselbaserade tillverkningsprocessen. Emellertid bestämmer de speciella egenskaperna hos kiselkarbidmaterial att vissa processer i dess enhetstillverkning måste förlita sig på specifik utrustning för specialutveckling för att göra det möjligt för kiselkarbidenheter att motstå hög spänning och hög ström.
II
Introduktion till specialprocessmoduler av kiselkarbid
De speciella processmodulerna för kiselkarbid täcker huvudsakligen injektionsdopning, grindstrukturbildning, morfologisk etsning, metallisering och gallringsprocesser.
(1) Injektionsdopning: På grund av den höga kol-kiselbindningsenergin i kiselkarbid är föroreningsatomer svåra att diffundera i kiselkarbid. Vid framställning av kiselkarbidanordningar kan dopningen av PN-övergångar endast uppnås genom jonimplantation vid hög temperatur.
Doping görs vanligtvis med orenheter som bor och fosfor, och dopningsdjupet är vanligtvis 0,1μm~3μm. Högenergijonimplantation kommer att förstöra gitterstrukturen hos själva kiselkarbidmaterialet. Högtemperaturglödgning krävs för att reparera gallerskadan som orsakas av jonimplantation och kontrollera effekten av glödgning på ytjämnheten. Kärnprocesserna är högtemperaturjonimplantation och högtemperaturglödgning.
Figur 1 Schematiskt diagram över jonimplantation och högtemperaturglödgningseffekter
(2) Bildande av grindstruktur: Kvaliteten på SiC/SiO2-gränssnittet har ett stort inflytande på kanalmigreringen och grindens tillförlitlighet hos MOSFET. Det är nödvändigt att utveckla specifika gateoxid- och postoxidationsglödgningsprocesser för att kompensera för de hängande bindningarna vid SiC/SiO2-gränssnittet med speciella atomer (såsom kväveatomer) för att uppfylla prestandakraven för högkvalitativ SiC/SiO2-gränsyta och hög kvalitet. migrering av enheter. Kärnprocesserna är gateoxid-högtemperaturoxidation, LPCVD och PECVD.
Figur 2 Schematiskt diagram över vanlig oxidfilmavsättning och högtemperaturoxidation
(3) Morfologietsning: Kiselkarbidmaterial är inerta i kemiska lösningsmedel, och exakt morfologikontroll kan endast uppnås genom torretsningsmetoder; maskmaterial, val av masketsning, blandad gas, sidoväggskontroll, etsningshastighet, sidoväggens ojämnhet etc. måste utvecklas enligt egenskaperna hos kiselkarbidmaterial. Kärnprocesserna är tunnfilmsavsättning, fotolitografi, dielektrisk filmkorrosion och torretsningsprocesser.
Figur 3 Schematisk bild av kiselkarbidetsningsprocessen
(4) Metallisering: Källelektroden på enheten kräver metall för att bilda en bra ohmsk kontakt med låg resistans med kiselkarbid. Detta kräver inte bara reglering av metallavsättningsprocessen och kontroll av gränssnittstillståndet för metall-halvledarkontakten, utan kräver också högtemperaturglödgning för att minska Schottky-barriärhöjden och uppnå ohmsk kontakt av metall-kiselkarbid. Kärnprocesserna är metallmagnetronförstoftning, elektronstråleavdunstning och snabb termisk glödgning.
Figur 4 Schematiskt diagram över magnetronförstoftningsprincip och metalliseringseffekt
(5) Gallringsprocess: Kiselkarbidmaterial har egenskaperna hög hårdhet, hög sprödhet och låg brottseghet. Dess slipprocess är benägen att orsaka spröd brott på materialet, vilket orsakar skador på skivans yta och underyta. Nya slipprocesser måste utvecklas för att möta tillverkningsbehoven för kiselkarbidenheter. Kärnprocesserna är gallring av slipskivor, filmklibbning och avskalning m.m.
Figur 5 Schematisk bild av skivslipnings-/uttunningsprincipen
Posttid: 2024-okt-22