După cum știm, în domeniul semiconductorilor, siliciul monocristal (Si) este cel mai utilizat și cel mai mare volum material de bază semiconductor din lume. În prezent, peste 90% dintre produsele semiconductoare sunt fabricate folosind materiale pe bază de siliciu. Odată cu creșterea cererii de dispozitive de înaltă putere și de înaltă tensiune în domeniul energetic modern, au fost propuse cerințe mai stricte pentru parametrii cheie ai materialelor semiconductoare, cum ar fi lățimea benzii interzise, puterea câmpului electric de defalcare, rata de saturație a electronilor și conductivitatea termică. În această circumstanță, materialele semiconductoare cu bandă interzisă largă reprezentate decarbură de siliciu(SiC) au apărut ca fiind preferatele aplicațiilor cu densitate mare.
Ca semiconductor compus,carbură de siliciueste extrem de rar în natură și apare sub formă de moissanit mineral. În prezent, aproape toată carbura de siliciu vândută în lume este sintetizată artificial. Carbura de siliciu are avantajele durității ridicate, conductivității termice ridicate, stabilității termice bune și câmpului electric de defalcare critică ridicată. Este un material ideal pentru fabricarea dispozitivelor semiconductoare de înaltă tensiune și de mare putere.
Deci, cum sunt fabricate dispozitivele semiconductoare de putere cu carbură de siliciu?
Care este diferența dintre procesul de fabricație a dispozitivelor cu carbură de siliciu și procesul tradițional de fabricație pe bază de siliciu? Pornind de la această problemă, „Lucruri despreDispozitiv cu carbură de siliciuManufacturing” va dezvălui secretele unul câte unul.
I
Fluxul procesului de fabricare a dispozitivelor cu carbură de siliciu
Procesul de fabricație al dispozitivelor cu carbură de siliciu este în general similar cu cel al dispozitivelor pe bază de siliciu, incluzând în principal fotolitografia, curățarea, dopajul, gravarea, formarea peliculei, subțierea și alte procese. Mulți producători de dispozitive de alimentare pot satisface nevoile de fabricație ale dispozitivelor cu carbură de siliciu prin modernizarea liniilor de producție pe baza procesului de fabricație pe bază de siliciu. Cu toate acestea, proprietățile speciale ale materialelor cu carbură de siliciu determină că unele procese în fabricarea dispozitivelor sale trebuie să se bazeze pe echipamente specifice pentru dezvoltare specială pentru a permite dispozitivelor cu carbură de siliciu să reziste la tensiuni înalte și la curent ridicat.
II
Introducere în modulele de procese speciale cu carbură de siliciu
Modulele de procese speciale cu carbură de siliciu acoperă în principal procesele de dopaj prin injecție, formarea structurii de poartă, gravarea morfologică, metalizarea și procesele de subțiere.
(1) Dopajul prin injecție: Datorită energiei ridicate a legăturii carbon-siliciu din carbura de siliciu, atomii de impurități sunt greu de difuzat în carbura de siliciu. La pregătirea dispozitivelor cu carbură de siliciu, dopajul joncțiunilor PN poate fi realizată numai prin implantare ionică la temperatură ridicată.
Dopajul se face de obicei cu ioni de impurități, cum ar fi bor și fosfor, iar adâncimea de dopaj este de obicei de 0,1 μm ~ 3 μm. Implantarea ionică de înaltă energie va distruge structura rețelei a materialului din carbură de siliciu în sine. Recoacerea la temperatură înaltă este necesară pentru a repara deteriorarea rețelei cauzată de implantarea ionică și pentru a controla efectul recoacerii asupra rugozității suprafeței. Procesele de bază sunt implantarea ionică la temperatură înaltă și recoacere la temperatură înaltă.
Figura 1 Diagrama schematică a implantării ionilor și a efectelor de recoacere la temperatură înaltă
(2) Formarea structurii porții: Calitatea interfeței SiC/SiO2 are o mare influență asupra migrației canalului și a fiabilității porții a MOSFET. Este necesar să se dezvolte procese specifice de recoacere post-oxidare și oxid de poartă pentru a compensa legăturile suspendate la interfața SiC/SiO2 cu atomi speciali (cum ar fi atomii de azot) pentru a îndeplini cerințele de performanță ale interfeței SiC/SiO2 de înaltă calitate și înaltă calitate. migrarea dispozitivelor. Procesele de bază sunt oxidarea la temperatură înaltă a oxidului de poartă, LPCVD și PECVD.
Figura 2 Diagrama schematică a depunerii obișnuite de film de oxid și a oxidării la temperatură înaltă
(3) Gravarea morfologiei: Materialele cu carbură de siliciu sunt inerte în solvenți chimici, iar controlul precis al morfologiei poate fi realizat numai prin metode de gravare uscată; Materialele pentru masca, selecția de gravare a măștii, amestecul de gaz, controlul peretelui lateral, rata de gravare, rugozitatea peretelui lateral, etc. trebuie dezvoltate în funcție de caracteristicile materialelor cu carbură de siliciu. Procesele de bază sunt depunerea de peliculă subțire, fotolitografia, coroziunea filmului dielectric și procesele de gravare uscată.
Figura 3 Schema schematică a procesului de gravare cu carbură de siliciu
(4) Metalizare: Electrodul sursă al dispozitivului necesită metal pentru a forma un bun contact ohmic cu rezistență scăzută cu carbura de siliciu. Acest lucru necesită nu numai reglarea procesului de depunere a metalului și controlul stării interfeței contactului metal-semiconductor, dar necesită și recoacere la temperatură înaltă pentru a reduce înălțimea barierei Schottky și a obține contactul ohmic metal-carbură de siliciu. Procesele de bază sunt pulverizarea cu magnetron metalic, evaporarea fasciculului de electroni și recoacere termică rapidă.
Figura 4 Schema schematică a principiului de pulverizare a magnetronului și a efectului de metalizare
(5) Proces de subțiere: materialul din carbură de siliciu are caracteristicile de duritate ridicată, fragilitate ridicată și duritate scăzută la rupere. Procesul său de șlefuire este predispus să provoace fracturi fragile a materialului, provocând deteriorarea suprafeței și subsuprafeței plachetei. Trebuie dezvoltate noi procese de șlefuire pentru a răspunde nevoilor de fabricație a dispozitivelor cu carbură de siliciu. Procesele de bază sunt subțierea discurilor de șlefuit, lipirea și decojirea filmului etc.
Figura 5 Schema schematică a principiului de măcinare/subțiere a plachetelor
Ora postării: Oct-22-2024