כידוע, בתחום המוליכים למחצה, סיליקון קריסטל יחיד (Si) הוא החומר הבסיסי המוליך למחצה בשימוש הנרחב ביותר בעולם. נכון להיום, יותר מ-90% ממוצרי המוליכים למחצה מיוצרים באמצעות חומרים מבוססי סיליקון. עם הביקוש הגובר להתקני הספק גבוה ומתח גבוה בתחום האנרגיה המודרני, הועלו דרישות מחמירות יותר לפרמטרים מרכזיים של חומרי מוליכים למחצה כגון רוחב פס פס, חוזק שדה חשמלי, קצב ריוויון אלקטרונים ומוליכות תרמית. בנסיבות אלו, חומרים מוליכים למחצה רחבים בפס המיוצגים על ידיסיליקון קרביד(SiC) התגלו כיקירם של יישומי צפיפות הספק גבוהה.
כמוליך למחצה מורכב,סיליקון קרבידהוא נדיר ביותר בטבעו ומופיע בצורת המינרל moissanite. נכון לעכשיו, כמעט כל סיליקון קרביד הנמכר בעולם מסונתז באופן מלאכותי. לסיליקון קרביד יש את היתרונות של קשיות גבוהה, מוליכות תרמית גבוהה, יציבות תרמית טובה ושדה חשמלי קריטי גבוה. זהו חומר אידיאלי לייצור התקני מוליכים למחצה בעלי מתח גבוה והספק גבוה.
אז איך מיוצרים התקני מוליכים למחצה כוח סיליקון קרביד?
מה ההבדל בין תהליך ייצור מכשירי סיליקון קרביד לבין תהליך הייצור המסורתי מבוסס סיליקון? החל מהנושא הזה, "דברים עלמכשיר סיליקון קרבידייצור" יחשוף את הסודות בזה אחר זה.
I
זרימת תהליך של ייצור מכשירי סיליקון קרביד
תהליך הייצור של התקני סיליקון קרביד דומה בדרך כלל לזה של מכשירים מבוססי סיליקון, בעיקר כולל פוטוליתוגרפיה, ניקוי, סימום, תחריט, יצירת סרט, דילול ותהליכים אחרים. יצרני מכשירי חשמל רבים יכולים לענות על צורכי הייצור של התקני סיליקון קרביד על ידי שדרוג קווי הייצור שלהם על בסיס תהליך הייצור המבוסס על סיליקון. עם זאת, המאפיינים המיוחדים של חומרי סיליקון קרביד קובעים שחלק מהתהליכים בייצור המכשיר שלו צריכים להסתמך על ציוד ספציפי לפיתוח מיוחד כדי לאפשר להתקני סיליקון קרביד לעמוד במתח גבוה וזרם גבוה.
II
מבוא למודולי תהליך מיוחדים של סיליקון קרביד
מודולי התהליך המיוחדים של סיליקון קרביד מכסים בעיקר סימום הזרקה, יצירת מבנה שערים, תחריט מורפולוגיה, מתכת ותהליכי דילול.
(1) סימום הזרקה: בשל אנרגיית קשרי הפחמן-סיליקון הגבוהה בסיליקון קרביד, קשה לפזר אטומי טומאה בסיליקון קרביד. בעת הכנת מכשירי סיליקון קרביד, ניתן להשיג סימום של צומת PN רק על ידי השתלת יונים בטמפרטורה גבוהה.
סימום נעשה בדרך כלל עם יוני טומאה כגון בורון וזרחן, ועומק הסימום הוא בדרך כלל 0.1μm~3μm. השתלת יונים באנרגיה גבוהה תהרוס את מבנה הסריג של חומר הסיליקון קרביד עצמו. חישול בטמפרטורה גבוהה נדרש כדי לתקן את נזקי הרשת הנגרמים מהשתלת יונים ולשלוט בהשפעת החישול על חספוס פני השטח. תהליכי הליבה הם השתלת יונים בטמפרטורה גבוהה וחישול בטמפרטורה גבוהה.
איור 1 תרשים סכמטי של השתלת יונים והשפעות חישול בטמפרטורה גבוהה
(2) יצירת מבנה שער: לאיכות ממשק SiC/SiO2 יש השפעה רבה על נדידת הערוצים ואמינות השער של MOSFET. יש צורך לפתח תהליכי חישול תחמוצת שער ופוסט חמצון ספציפיים כדי לפצות על הקשרים המשתלשלים בממשק SiC/SiO2 עם אטומים מיוחדים (כגון אטומי חנקן) כדי לעמוד בדרישות הביצועים של ממשק SiC/SiO2 איכותי וממשק גבוה הגירה של מכשירים. תהליכי הליבה הם חמצון של תחמוצת שער בטמפרטורה גבוהה, LPCVD ו-PECVD.
איור 2 תרשים סכמטי של שקיעת סרט תחמוצת רגיל וחמצון בטמפרטורה גבוהה
(3) תחריט מורפולוגיה: חומרי סיליקון קרביד אינרטים בממסים כימיים, ושליטה מדויקת במורפולוגיה יכולה להיות מושגת רק באמצעות שיטות תחריט יבשות; יש לפתח חומרי מסכה, בחירת תחריט מסכה, גז מעורב, בקרת דופן, קצב תחריט, חספוס דופן וכו' בהתאם למאפיינים של חומרי סיליקון קרביד. תהליכי הליבה הם שקיעת סרט דק, פוטוליטוגרפיה, קורוזיה דיאלקטרית של סרטים ותהליכי תחריט יבשים.
איור 3 תרשים סכמטי של תהליך תחריט סיליקון קרביד
(4) מתכת: אלקטרודת המקור של המכשיר דורשת מתכת ליצור מגע אוהם טוב בעל התנגדות נמוכה עם סיליקון קרביד. זה לא רק מצריך ויסות של תהליך שקיעת המתכת ושליטה במצב הממשק של מגע המתכת-מוליכים למחצה, אלא גם דורש חישול בטמפרטורה גבוהה כדי להפחית את גובה מחסום Schottky ולהשיג מגע אוהם מתכת-סיליקון קרביד. תהליכי הליבה הם התזת מגנטרון מתכת, אידוי קרן אלקטרונים וחישול תרמי מהיר.
איור 4 דיאגרמה סכמטית של עיקרון הקזת מגנטרון ואפקט המתכת
(5) תהליך דילול: לחומר סיליקון קרביד יש את המאפיינים של קשיות גבוהה, פריכות גבוהה וקשיחות שבר נמוכה. תהליך השחיקה שלו נוטה לגרום לשבר שביר של החומר, ולגרום נזק למשטח הוופל ולתת-השטח. יש לפתח תהליכי שחיקה חדשים כדי לענות על צורכי הייצור של התקני סיליקון קרביד. תהליכי הליבה הם דילול של דיסקיות גריסה, הדבקה וקילוף של סרט וכו'.
איור 5 תרשים סכמטי של עקרון טחינת/דילול פרוסות
זמן פרסום: 22 באוקטובר 2024