Seperti yang kita ketahui, dalam bidang semikonduktor, silikon kristal tunggal (Si) adalah bahan asas semikonduktor yang paling banyak digunakan dan volum terbesar di dunia. Pada masa ini, lebih daripada 90% produk semikonduktor dihasilkan menggunakan bahan berasaskan silikon. Dengan peningkatan permintaan untuk peranti berkuasa tinggi dan voltan tinggi dalam medan tenaga moden, keperluan yang lebih ketat telah dikemukakan untuk parameter utama bahan semikonduktor seperti lebar celah jalur, kekuatan medan elektrik pecahan, kadar ketepuan elektron dan kekonduksian terma. Di bawah keadaan ini, bahan semikonduktor celah jalur lebar diwakili olehsilikon karbida(SiC) telah muncul sebagai kegemaran aplikasi ketumpatan kuasa tinggi.
Sebagai semikonduktor sebatian,silikon karbidasangat jarang berlaku dan muncul dalam bentuk mineral moissanite. Pada masa ini, hampir semua silikon karbida yang dijual di dunia disintesis secara buatan. Silikon karbida mempunyai kelebihan kekerasan yang tinggi, kekonduksian haba yang tinggi, kestabilan haba yang baik, dan medan elektrik pecahan kritikal yang tinggi. Ia adalah bahan yang sesuai untuk membuat peranti semikonduktor voltan tinggi dan berkuasa tinggi.
Jadi, bagaimanakah peranti semikonduktor kuasa silikon karbida dihasilkan?
Apakah perbezaan antara proses pembuatan peranti silikon karbida dan proses pembuatan berasaskan silikon tradisional? Bermula daripada isu ini, “Perkara tentangPeranti Silicon CarbidePembuatan” akan mendedahkan rahsia satu persatu.
I
Aliran proses pembuatan peranti silikon karbida
Proses pembuatan peranti silikon karbida secara amnya serupa dengan peranti berasaskan silikon, terutamanya termasuk fotolitografi, pembersihan, doping, etsa, pembentukan filem, penipisan dan proses lain. Banyak pengeluar peranti kuasa boleh memenuhi keperluan pembuatan peranti silikon karbida dengan menaik taraf barisan pengeluaran mereka berdasarkan proses pembuatan berasaskan silikon. Walau bagaimanapun, sifat khas bahan silikon karbida menentukan bahawa beberapa proses dalam pembuatan perantinya perlu bergantung pada peralatan khusus untuk pembangunan khas bagi membolehkan peranti silikon karbida menahan voltan tinggi dan arus tinggi.
II
Pengenalan kepada modul proses khas silikon karbida
Modul proses khas silikon karbida terutamanya meliputi doping suntikan, pembentukan struktur pintu, goresan morfologi, metalisasi dan proses penipisan.
(1) Doping suntikan: Oleh kerana tenaga ikatan karbon-silikon yang tinggi dalam silikon karbida, atom-atom bendasing sukar untuk meresap dalam silikon karbida. Apabila menyediakan peranti silikon karbida, doping simpang PN hanya boleh dicapai dengan implantasi ion pada suhu tinggi.
Doping biasanya dilakukan dengan ion kekotoran seperti boron dan fosforus, dan kedalaman doping biasanya 0.1μm~3μm. Implantasi ion bertenaga tinggi akan memusnahkan struktur kekisi bahan silikon karbida itu sendiri. Penyepuhlindapan suhu tinggi diperlukan untuk membaiki kerosakan kekisi yang disebabkan oleh implantasi ion dan mengawal kesan penyepuhlindapan pada kekasaran permukaan. Proses teras ialah implantasi ion suhu tinggi dan penyepuhlindapan suhu tinggi.
Rajah 1 Gambar rajah skema implantasi ion dan kesan penyepuhlindapan suhu tinggi
(2) Pembentukan struktur pintu: Kualiti antara muka SiC/SiO2 mempunyai pengaruh yang besar terhadap pemindahan saluran dan kebolehpercayaan pintu MOSFET. Adalah perlu untuk membangunkan proses penyepuhlindapan pintu oksida dan pasca pengoksidaan khusus untuk mengimbangi ikatan berjuntai pada antara muka SiC/SiO2 dengan atom khas (seperti atom nitrogen) untuk memenuhi keperluan prestasi antara muka SiC/SiO2 berkualiti tinggi dan tinggi. penghijrahan peranti. Proses teras ialah pengoksidaan suhu tinggi oksida gerbang, LPCVD, dan PECVD.
Rajah 2 Diagram skematik pemendapan filem oksida biasa dan pengoksidaan suhu tinggi
(3) Goresan morfologi: Bahan silikon karbida adalah lengai dalam pelarut kimia, dan kawalan morfologi yang tepat hanya boleh dicapai melalui kaedah goresan kering; bahan topeng, pemilihan goresan topeng, gas bercampur, kawalan dinding sisi, kadar goresan, kekasaran dinding sisi, dan lain-lain perlu dibangunkan mengikut ciri-ciri bahan silikon karbida. Proses teras ialah pemendapan filem nipis, fotolitografi, kakisan filem dielektrik, dan proses etsa kering.
Rajah 3 Diagram skematik proses goresan silikon karbida
(4) Metalisasi: Elektrod sumber peranti memerlukan logam untuk membentuk sentuhan ohmik rintangan rendah yang baik dengan silikon karbida. Ini bukan sahaja memerlukan mengawal selia proses pemendapan logam dan mengawal keadaan antara muka hubungan logam semikonduktor, tetapi juga memerlukan penyepuhlindapan suhu tinggi untuk mengurangkan ketinggian penghalang Schottky dan mencapai sentuhan ohmik logam-silikon karbida. Proses teras ialah magnetron logam sputtering, penyejatan rasuk elektron, dan penyepuhlindapan haba yang cepat.
Rajah 4 Gambar rajah skema bagi prinsip percikan magnetron dan kesan pengetatan
(5) Proses penipisan: Bahan silikon karbida mempunyai ciri-ciri kekerasan tinggi, kerapuhan tinggi dan keliatan patah yang rendah. Proses pengisarannya cenderung menyebabkan patah rapuh bahan, menyebabkan kerosakan pada permukaan wafer dan sub-permukaan. Proses pengisaran baharu perlu dibangunkan untuk memenuhi keperluan pembuatan peranti silikon karbida. Proses teras adalah penipisan cakera pengisaran, melekat dan mengelupas filem, dsb.
Rajah 5 Diagram skematik prinsip pengisaran/penipisan wafer
Masa siaran: 22-Okt-2024