Som vi ved, er enkeltkrystalsilicium (Si) på halvlederområdet det mest udbredte og største volumen halvlederbasismateriale i verden. I øjeblikket er mere end 90% af halvlederprodukter fremstillet ved hjælp af siliciumbaserede materialer. Med den stigende efterspørgsel efter højeffekt- og højspændingsenheder i det moderne energifelt, er der blevet stillet strengere krav til nøgleparametre for halvledermaterialer såsom båndgabbredde, elektrisk nedbrudsstyrke, elektronmætningshastighed og termisk ledningsevne. Under denne omstændighed vil halvledermaterialer med brede båndgab repræsenteret afsiliciumcarbid(SiC) er dukket op som darlingen af applikationer med høj effekttæthed.
Som en sammensat halvleder,siliciumcarbider yderst sjælden i naturen og optræder i form af mineralet moissanite. I øjeblikket er næsten alt siliciumcarbid, der sælges i verden, kunstigt syntetiseret. Siliciumcarbid har fordelene ved høj hårdhed, høj termisk ledningsevne, god termisk stabilitet og høj kritisk nedbrydning elektrisk felt. Det er et ideelt materiale til fremstilling af højspændings- og højeffekthalvlederenheder.
Så hvordan fremstilles halvlederenheder af siliciumcarbid?
Hvad er forskellen mellem fremstillingsprocessen for siliciumcarbidenheder og den traditionelle siliciumbaserede fremstillingsproces? Med udgangspunkt i dette nummer, "Ting vedrSiliciumcarbidenhedManufacturing” vil afsløre hemmelighederne én efter én.
I
Procesflow til fremstilling af siliciumcarbidenheder
Fremstillingsprocessen for siliciumcarbidenheder svarer generelt til siliciumbaserede enheder, hovedsageligt inklusive fotolitografi, rengøring, doping, ætsning, filmdannelse, udtynding og andre processer. Mange producenter af kraftenheder kan opfylde fremstillingsbehovene for siliciumcarbidenheder ved at opgradere deres produktionslinjer baseret på den siliciumbaserede fremstillingsproces. Siliciumcarbidmaterialernes specielle egenskaber bestemmer dog, at nogle processer i dets enhedsfremstilling er nødt til at stole på specifikt udstyr til speciel udvikling for at gøre det muligt for siliciumcarbidenheder at modstå højspænding og høj strøm.
II
Introduktion til specielle procesmoduler af siliciumcarbid
Siliciumcarbid-specialprocesmodulerne dækker hovedsageligt injektionsdoping, gatestrukturdannelse, morfologisk ætsning, metallisering og udtyndingsprocesser.
(1) Injektionsdoping: På grund af den høje kulstof-siliciumbindingsenergi i siliciumcarbid er urenhedsatomer vanskelige at diffundere i siliciumcarbid. Ved fremstilling af siliciumcarbidanordninger kan doping af PN-forbindelser kun opnås ved ionimplantation ved høj temperatur.
Doping udføres normalt med urenheder såsom bor og fosfor, og dopingdybden er normalt 0,1μm~3μm. Højenergi-ionimplantation vil ødelægge gitterstrukturen af selve siliciumcarbidmaterialet. Højtemperaturudglødning er påkrævet for at reparere gitterskaden forårsaget af ionimplantation og kontrollere effekten af udglødning på overfladeruheden. Kerneprocesserne er højtemperaturionimplantation og højtemperaturudglødning.
Figur 1 Skematisk diagram af ionimplantation og højtemperaturudglødningseffekter
(2) Dannelse af gatestruktur: Kvaliteten af SiC/SiO2-grænsefladen har stor indflydelse på kanalmigreringen og gate-pålideligheden af MOSFET. Det er nødvendigt at udvikle specifikke gate-oxid- og post-oxidations-annealing-processer for at kompensere for de dinglende bindinger ved SiC/SiO2-grænsefladen med specielle atomer (såsom nitrogenatomer) for at opfylde ydeevnekravene til højkvalitets SiC/SiO2-grænseflade og høj migrering af enheder. Kerneprocesserne er gateoxid højtemperaturoxidation, LPCVD og PECVD.
Figur 2 Skematisk diagram af almindelig oxidfilmaflejring og højtemperaturoxidation
(3) Morfologiætsning: Siliciumcarbidmaterialer er inerte i kemiske opløsningsmidler, og præcis morfologikontrol kan kun opnås gennem tørætsningsmetoder; maskematerialer, valg af maskeætsning, blandet gas, sidevægskontrol, ætsningshastighed, sidevægsruhed osv. skal udvikles i overensstemmelse med siliciumcarbidmaterialernes egenskaber. Kerneprocesserne er tyndfilmaflejring, fotolitografi, dielektrisk filmkorrosion og tørætsningsprocesser.
Figur 3 Skematisk diagram af siliciumcarbid ætsningsprocessen
(4) Metallisering: Enhedens kildeelektrode kræver metal for at danne en god ohmsk kontakt med lav modstand med siliciumcarbid. Dette kræver ikke kun regulering af metalaflejringsprocessen og styring af grænsefladetilstanden af metal-halvlederkontakten, men kræver også højtemperaturudglødning for at reducere Schottky-barrierehøjden og opnå ohmsk metal-siliciumcarbidkontakt. Kerneprocesserne er metalmagnetronforstøvning, elektronstrålefordampning og hurtig termisk udglødning.
Figur 4 Skematisk diagram af magnetronforstøvningsprincip og metalliseringseffekt
(5) Fortyndingsproces: Siliciumcarbidmateriale har karakteristika af høj hårdhed, høj skørhed og lav brudsejhed. Dens slibeproces er tilbøjelig til at forårsage sprøde brud på materialet, hvilket forårsager skade på waferoverfladen og undergrunden. Nye slibeprocesser skal udvikles for at imødekomme fremstillingsbehovene for siliciumcarbidenheder. Kerneprocesserne er udtynding af slibeskiver, filmklæbning og afskalning mv.
Figur 5 Skematisk diagram af waferslibning/fortyndingsprincip
Indlægstid: 22. oktober 2024