Com sabem, en el camp dels semiconductors, el silici monocristal·lí (Si) és el material bàsic semiconductor més utilitzat i de major volum del món. Actualment, més del 90% dels productes semiconductors es fabriquen amb materials basats en silici. Amb la creixent demanda de dispositius d'alta potència i alta tensió en el camp energètic modern, s'han proposat requisits més estrictes per a paràmetres clau dels materials semiconductors com l'amplada de banda intermèdia, la intensitat del camp elèctric de descomposició, la taxa de saturació d'electrons i la conductivitat tèrmica. En aquesta circumstància, els materials semiconductors d'ampli banda prohibida representats percarbur de silici(SiC) han sorgit com el favorit de les aplicacions d'alta densitat de potència.
Com a semiconductor compost,carbur de siliciés extremadament rar a la natura i apareix en forma de moissanita mineral. Actualment, gairebé tot el carbur de silici venut al món es sintetitza artificialment. El carbur de silici té els avantatges d'una alta duresa, una alta conductivitat tèrmica, una bona estabilitat tèrmica i un camp elèctric de gran ruptura crítica. És un material ideal per fabricar dispositius semiconductors d'alta tensió i alta potència.
Aleshores, com es fabriquen els dispositius semiconductors de potència de carbur de silici?
Quina diferència hi ha entre el procés de fabricació de dispositius de carbur de silici i el procés de fabricació tradicional basat en silici? A partir d'aquest número, “Coses sobreDispositiu de carbur de siliciManufacturing” revelarà els secrets un per un.
I
Flux de procés de fabricació de dispositius de carbur de silici
El procés de fabricació dels dispositius de carbur de silici és generalment similar al dels dispositius basats en silici, incloent principalment la fotolitografia, la neteja, el dopatge, el gravat, la formació de pel·lícules, l'aprimament i altres processos. Molts fabricants de dispositius d'energia poden satisfer les necessitats de fabricació de dispositius de carbur de silici millorant les seves línies de producció basades en el procés de fabricació basat en silici. No obstant això, les propietats especials dels materials de carbur de silici determinen que alguns processos en la fabricació de dispositius han de dependre d'equips específics per a un desenvolupament especial per permetre que els dispositius de carbur de silici suportin alta tensió i corrent elevat.
II
Introducció als mòduls de procés especial de carbur de silici
Els mòduls de procés especial de carbur de silici cobreixen principalment el dopatge d'injecció, la formació d'estructures de la porta, el gravat de morfologia, la metal·lització i els processos d'aprimament.
(1) Dopatge d'injecció: a causa de l'alta energia d'enllaç carboni-silici del carbur de silici, els àtoms d'impureses són difícils de difondre en el carbur de silici. Quan es preparen dispositius de carbur de silici, el dopatge de les unions PN només es pot aconseguir mitjançant la implantació d'ions a alta temperatura.
El dopatge se sol fer amb ions d'impuresa com el bor i el fòsfor, i la profunditat de dopatge sol ser de 0,1 μm ~ 3 μm. La implantació d'ions d'alta energia destruirà l'estructura de gelosia del propi material de carbur de silici. Es requereix un recuit a alta temperatura per reparar el dany de la gelosia causat per la implantació d'ions i controlar l'efecte del recuit sobre la rugositat de la superfície. Els processos bàsics són la implantació d'ions a alta temperatura i el recuit a alta temperatura.
Figura 1 Diagrama esquemàtic d'implantació iònica i efectes de recuit a alta temperatura
(2) Formació de l'estructura de la porta: la qualitat de la interfície SiC/SiO2 té una gran influència en la migració del canal i la fiabilitat de la porta del MOSFET. És necessari desenvolupar processos específics de recuit d'òxids i post-oxidació per compensar els enllaços penjants a la interfície SiC/SiO2 amb àtoms especials (com ara àtoms de nitrogen) per complir els requisits de rendiment de la interfície SiC/SiO2 d'alta qualitat i alta qualitat. migració de dispositius. Els processos bàsics són l'oxidació a alta temperatura d'òxid de porta, LPCVD i PECVD.
Figura 2 Diagrama esquemàtic de la deposició ordinària de la pel·lícula d'òxid i l'oxidació a alta temperatura
(3) Gravat de morfologia: els materials de carbur de silici són inerts en dissolvents químics i només es pot aconseguir un control de morfologia precís mitjançant mètodes de gravat en sec; Els materials de màscara, la selecció de gravat de màscara, el gas mixt, el control de la paret lateral, la taxa de gravat, la rugositat de la paret lateral, etc. s'han de desenvolupar segons les característiques dels materials de carbur de silici. Els processos bàsics són la deposició de pel·lícula fina, la fotolitografia, la corrosió de pel·lícules dielèctriques i els processos de gravat en sec.
Figura 3 Diagrama esquemàtic del procés de gravat amb carbur de silici
(4) Metal·lització: l'elèctrode font del dispositiu requereix metall per formar un bon contacte òhmic de baixa resistència amb carbur de silici. Això no només requereix regular el procés de deposició de metall i controlar l'estat de la interfície del contacte metall-semiconductor, sinó que també requereix un recuit a alta temperatura per reduir l'alçada de la barrera Schottky i aconseguir un contacte òhmic metall-carbur de silici. Els processos bàsics són la pulverització de magnetron metàl·lic, l'evaporació del feix d'electrons i el recuit tèrmic ràpid.
Figura 4 Diagrama esquemàtic del principi de polverització del magnetró i efecte de la metal·lització
(5) Procés d'aprimament: el material de carbur de silici té les característiques d'alta duresa, alta fragilitat i baixa tenacitat a la fractura. El seu procés de mòlta és propens a provocar fractures fràgils del material, causant danys a la superfície i subsuperfície de l'hòstia. S'han de desenvolupar nous processos de mòlta per satisfer les necessitats de fabricació dels dispositius de carbur de silici. Els processos bàsics són l'aprimament dels discos de mòlta, l'enganxament i pelatge de pel·lícules, etc.
Figura 5 Diagrama esquemàtic del principi de mòlta/aprimament de les hòsties
Hora de publicació: 22-octubre-2024