Como sabemos, no campo dos semicondutores, o silicio monocristalino (Si) é o material básico de semicondutores máis utilizado e de maior volume no mundo. Actualmente, máis do 90% dos produtos semicondutores están fabricados con materiais a base de silicio. Coa crecente demanda de dispositivos de alta potencia e alta tensión no campo enerxético moderno, presentáronse requisitos máis estritos para os parámetros clave dos materiais semicondutores, como o ancho de banda prohibida, a intensidade do campo eléctrico de ruptura, a taxa de saturación de electróns e a condutividade térmica. Nesta circunstancia, materiais semicondutores de banda ampla representada porcarburo de silicio(SiC) xurdiron como o favorito das aplicacións de alta densidade de potencia.
Como semicondutor composto,carburo de silicioé extremadamente raro na natureza e aparece en forma de moissanite mineral. Actualmente, case todo o carburo de silicio vendido no mundo está sintetizado artificialmente. O carburo de silicio ten as vantaxes de alta dureza, alta condutividade térmica, boa estabilidade térmica e alto campo eléctrico de ruptura crítica. É un material ideal para fabricar dispositivos semicondutores de alta tensión e alta potencia.
Entón, como se fabrican os dispositivos semicondutores de potencia de carburo de silicio?
Cal é a diferenza entre o proceso de fabricación de dispositivos de carburo de silicio e o proceso de fabricación tradicional baseado en silicio? Partindo deste número, “Cousas sobreDispositivo de carburo de silicioManufacturing” revelará os segredos un por un.
I
Fluxo do proceso de fabricación de dispositivos de carburo de silicio
O proceso de fabricación de dispositivos de carburo de silicio é xeralmente similar ao dos dispositivos baseados en silicio, incluíndo principalmente a fotolitografía, limpeza, dopaxe, gravado, formación de película, adelgazamento e outros procesos. Moitos fabricantes de dispositivos de enerxía poden satisfacer as necesidades de fabricación de dispositivos de carburo de silicio actualizando as súas liñas de produción baseadas no proceso de fabricación baseado en silicio. Non obstante, as propiedades especiais dos materiais de carburo de silicio determinan que algúns procesos na fabricación do seu dispositivo teñan que depender de equipos específicos para o desenvolvemento especial para permitir que os dispositivos de carburo de silicio resistan alta tensión e corrente elevada.
II
Introdución aos módulos de procesos especiais de carburo de silicio
Os módulos de procesos especiais de carburo de silicio abarcan principalmente procesos de dopaxe por inxección, formación de estruturas de porta, gravado morfoloxía, metalización e procesos de adelgazamento.
(1) Dopaxe por inxección: debido á alta enerxía de enlace carbono-silicio no carburo de silicio, os átomos de impurezas son difíciles de difundir no carburo de silicio. Cando se preparan dispositivos de carburo de silicio, o dopaxe das unións PN só se pode conseguir mediante a implantación iónica a alta temperatura.
A dopaxe adoita facerse con ións impurezas como boro e fósforo, e a profundidade de dopaxe adoita ser de 0,1 μm ~ 3 μm. A implantación de ións de alta enerxía destruirá a estrutura de celosía do propio material de carburo de silicio. O recocido a alta temperatura é necesario para reparar o dano da rede causado pola implantación iónica e controlar o efecto do recocido sobre a rugosidade da superficie. Os procesos principais son a implantación iónica a alta temperatura e o recocido a alta temperatura.
Figura 1 Diagrama esquemático da implantación iónica e os efectos do recocido a alta temperatura
(2) Formación da estrutura da porta: a calidade da interface SiC/SiO2 ten unha gran influencia na migración da canle e na fiabilidade da porta do MOSFET. É necesario desenvolver procesos de recocido post-oxidación e de óxido de porta específicos para compensar os enlaces colgantes na interface SiC/SiO2 con átomos especiais (como átomos de nitróxeno) para cumprir os requisitos de rendemento da interface SiC/SiO2 de alta calidade e alta calidade. migración de dispositivos. Os procesos principais son a oxidación a alta temperatura de óxido de porta, LPCVD e PECVD.
Figura 2 Diagrama esquemático da deposición de película de óxido ordinaria e da oxidación a alta temperatura
(3) Gravado morfológico: os materiais de carburo de silicio son inertes en disolventes químicos e só se pode conseguir un control morfológico preciso mediante métodos de gravado en seco; Os materiais de máscara, a selección de gravado de máscara, o gas mesturado, o control da parede lateral, a taxa de gravado, a rugosidade da parede lateral, etc. deben desenvolverse segundo as características dos materiais de carburo de silicio. Os procesos principais son a deposición de película fina, a fotolitografía, a corrosión de película dieléctrica e os procesos de gravado en seco.
Figura 3 Diagrama esquemático do proceso de gravado de carburo de silicio
(4) Metalización: o electrodo de orixe do dispositivo require metal para formar un bo contacto óhmico de baixa resistencia co carburo de silicio. Isto non só require regular o proceso de deposición de metal e controlar o estado da interface do contacto metal-semicondutor, senón que tamén require un recocido a alta temperatura para reducir a altura da barreira Schottky e conseguir un contacto óhmico metal-carburo de silicio. Os procesos principais son a pulverización catódica de magnetróns metálicos, a evaporación do feixe de electróns e o recocido térmico rápido.
Figura 4 Diagrama esquemático do principio de pulverización catódica do magnetrón e do efecto de metalización
(5) Proceso de adelgazamento: o material de carburo de silicio ten as características de alta dureza, alta fraxilidade e baixa tenacidade á fractura. O seu proceso de moenda é propenso a causar fracturas fráxiles do material, causando danos na superficie e subsuperficie da oblea. É necesario desenvolver novos procesos de moenda para satisfacer as necesidades de fabricación dos dispositivos de carburo de silicio. Os procesos principais son o adelgazamento dos discos de moenda, o pegado e a peladura da película, etc.
Figura 5 Diagrama esquemático do principio de moenda/adelgazamento da oblea
Hora de publicación: 22-Oct-2024