Zoals we weten is monokristallijn silicium (Si) op het gebied van halfgeleiders het meest gebruikte halfgeleiderbasismateriaal met het grootste volume ter wereld. Momenteel wordt meer dan 90% van de halfgeleiderproducten vervaardigd met materialen op basis van silicium. Met de toenemende vraag naar apparaten met een hoog vermogen en hoge spanning in het moderne energieveld zijn er strengere eisen gesteld aan belangrijke parameters van halfgeleidermaterialen, zoals de bandbreedte van de bandbreedte, de sterkte van het elektrische doorslagveld, de snelheid van de elektronenverzadiging en de thermische geleidbaarheid. Onder deze omstandigheid worden halfgeleidermaterialen met een grote bandafstand vertegenwoordigd doorsiliciumcarbide(SiC) zijn uitgegroeid tot de lieveling van toepassingen met een hoge vermogensdichtheid.
Als samengestelde halfgeleidersiliciumcarbideis uiterst zeldzaam van aard en verschijnt in de vorm van het mineraal moissaniet. Momenteel wordt bijna al het siliciumcarbide dat in de wereld wordt verkocht kunstmatig gesynthetiseerd. Siliciumcarbide heeft de voordelen van hoge hardheid, hoge thermische geleidbaarheid, goede thermische stabiliteit en een hoog kritisch elektrisch veld. Het is een ideaal materiaal voor het maken van halfgeleiderapparaten met hoge spanning en hoog vermogen.
Hoe worden vermogenshalfgeleiderapparaten van siliciumcarbide vervaardigd?
Wat is het verschil tussen het productieproces van siliciumcarbide-apparaten en het traditionele, op silicium gebaseerde productieproces? Beginnend bij dit nummer: “Dingen overSiliciumcarbide-apparaatManufacturing” zal de geheimen één voor één onthullen.
I
Processtroom van de productie van siliciumcarbide-apparaten
Het productieproces van siliciumcarbide-apparaten is over het algemeen vergelijkbaar met dat van op silicium gebaseerde apparaten, en omvat voornamelijk fotolithografie, reiniging, doping, etsen, filmvorming, verdunning en andere processen. Veel fabrikanten van elektrische apparaten kunnen aan de productiebehoeften van siliciumcarbide-apparaten voldoen door hun productielijnen te upgraden op basis van het op silicium gebaseerde productieproces. De speciale eigenschappen van siliciumcarbidematerialen bepalen echter dat sommige processen bij de vervaardiging van apparaten afhankelijk moeten zijn van specifieke apparatuur voor speciale ontwikkeling om siliciumcarbideapparaten in staat te stellen hoge spanning en hoge stroom te weerstaan.
II
Inleiding tot speciale procesmodules van siliciumcarbide
De speciale procesmodules van siliciumcarbide omvatten voornamelijk injectiedoping, poortstructuurvorming, morfologie-etsen, metallisatie en verdunningsprocessen.
(1) Injectiedoping: vanwege de hoge koolstof-siliciumbindingsenergie in siliciumcarbide zijn onzuiverheidsatomen moeilijk te diffunderen in siliciumcarbide. Bij het vervaardigen van siliciumcarbide-apparaten kan de dotering van PN-overgangen alleen worden bereikt door ionenimplantatie bij hoge temperatuur.
Doping wordt meestal gedaan met onzuiverheidionen zoals boor en fosfor, en de dopingdiepte is gewoonlijk 0,1 μm ~ 3 μm. Hoogenergetische ionenimplantatie zal de roosterstructuur van het siliciumcarbidemateriaal zelf vernietigen. Uitgloeien bij hoge temperaturen is vereist om de roosterschade veroorzaakt door ionenimplantatie te herstellen en het effect van uitgloeien op de oppervlakteruwheid te beheersen. De kernprocessen zijn ionenimplantatie bij hoge temperatuur en gloeien bij hoge temperatuur.
Figuur 1 Schematisch diagram van ionenimplantatie en uitgloei-effecten bij hoge temperaturen
(2) Vorming van de poortstructuur: De kwaliteit van de SiC/SiO2-interface heeft een grote invloed op de kanaalmigratie en poortbetrouwbaarheid van MOSFET. Het is noodzakelijk om specifieke gate-oxide- en post-oxidatie-gloeiprocessen te ontwikkelen om de bungelende bindingen op het SiC/SiO2-grensvlak met speciale atomen (zoals stikstofatomen) te compenseren om te voldoen aan de prestatie-eisen van hoogwaardige SiC/SiO2-grensvlakken en hoge migratie van apparaten. De kernprocessen zijn poortoxideoxidatie bij hoge temperatuur, LPCVD en PECVD.
Figuur 2 Schematisch diagram van gewone oxidefilmafzetting en oxidatie bij hoge temperatuur
(3) Morfologie-etsen: Siliciumcarbidematerialen zijn inert in chemische oplosmiddelen, en nauwkeurige morfologiecontrole kan alleen worden bereikt door middel van droge etsmethoden; maskermaterialen, selectie van maskeretsen, gemengd gas, zijwandcontrole, etssnelheid, zijwandruwheid, enz. moeten worden ontwikkeld volgens de kenmerken van siliciumcarbidematerialen. De kernprocessen zijn dunnefilmafzetting, fotolithografie, diëlektrische filmcorrosie en droge etsprocessen.
Figuur 3 Schematisch diagram van het etsproces van siliciumcarbide
(4) Metallisatie: De bronelektrode van het apparaat heeft metaal nodig om een goed ohms contact met lage weerstand te vormen met siliciumcarbide. Dit vereist niet alleen het reguleren van het metaalafzettingsproces en het controleren van de grensvlaktoestand van het metaal-halfgeleidercontact, maar vereist ook uitgloeien bij hoge temperatuur om de Schottky-barrièrehoogte te verminderen en ohms metaal-siliciumcarbide-contact te bereiken. De kernprocessen zijn metaalmagnetronsputteren, verdamping van elektronenstralen en snel thermisch uitgloeien.
Figuur 4 Schematisch diagram van het magnetronsputterprincipe en metallisatie-effect
(5) Verdunningsproces: Siliciumcarbidemateriaal heeft de kenmerken van hoge hardheid, hoge brosheid en lage breuktaaiheid. Het slijpproces is gevoelig voor brosse breuk van het materiaal, waardoor schade aan het wafeloppervlak en de ondergrond ontstaat. Er moeten nieuwe slijpprocessen worden ontwikkeld om aan de productiebehoeften van siliciumcarbide-apparaten te voldoen. De kernprocessen zijn het verdunnen van slijpschijven, het plakken en afpellen van films, enz.
Figuur 5 Schematisch diagram van het principe van het slijpen/verdunnen van wafels
Posttijd: 22 oktober 2024