आपल्याला माहित आहे की, सेमीकंडक्टर फील्डमध्ये, सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन (Si) ही जगातील सर्वात मोठ्या प्रमाणात वापरली जाणारी आणि सर्वात मोठी-आवाज असलेली अर्धसंवाहक मूलभूत सामग्री आहे. सध्या, 90% पेक्षा जास्त सेमीकंडक्टर उत्पादने सिलिकॉन-आधारित सामग्री वापरून तयार केली जातात. आधुनिक ऊर्जा क्षेत्रात उच्च-शक्ती आणि उच्च-व्होल्टेज उपकरणांच्या वाढत्या मागणीसह, सेमीकंडक्टर सामग्रीच्या मुख्य पॅरामीटर्ससाठी अधिक कठोर आवश्यकता समोर ठेवल्या गेल्या आहेत जसे की बँडगॅप रुंदी, ब्रेकडाउन इलेक्ट्रिक फील्ड ताकद, इलेक्ट्रॉन संपृक्तता दर आणि थर्मल चालकता. या परिस्थितीत, विस्तृत bandgap अर्धसंवाहक साहित्य द्वारे प्रतिनिधित्वसिलिकॉन कार्बाइड(SiC) उच्च-शक्ती घनता अनुप्रयोगांचे प्रिय म्हणून उदयास आले आहेत.
कंपाऊंड सेमीकंडक्टर म्हणून,सिलिकॉन कार्बाइडनिसर्गात अत्यंत दुर्मिळ आहे आणि खनिज moissanite स्वरूपात दिसते. सध्या, जगात विकले जाणारे जवळजवळ सर्व सिलिकॉन कार्बाइड कृत्रिमरित्या संश्लेषित केले जातात. सिलिकॉन कार्बाइडमध्ये उच्च कडकपणा, उच्च थर्मल चालकता, चांगली थर्मल स्थिरता आणि उच्च क्रिटिकल ब्रेकडाउन इलेक्ट्रिक फील्डचे फायदे आहेत. उच्च-व्होल्टेज आणि उच्च-शक्ती सेमीकंडक्टर उपकरणे बनविण्यासाठी ही एक आदर्श सामग्री आहे.
तर, सिलिकॉन कार्बाइड पॉवर सेमीकंडक्टर उपकरणे कशी तयार केली जातात?
सिलिकॉन कार्बाइड उपकरण निर्मिती प्रक्रिया आणि पारंपारिक सिलिकॉन-आधारित उत्पादन प्रक्रियेत काय फरक आहे? या अंकापासून सुरुवात करून, “गोष्टीसिलिकॉन कार्बाइड उपकरणमॅन्युफॅक्चरिंग” एक-एक गुपिते उघड करेल.
I
सिलिकॉन कार्बाइड उपकरण निर्मिती प्रक्रिया प्रवाह
सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणांची निर्मिती प्रक्रिया सामान्यत: सिलिकॉन-आधारित उपकरणांसारखीच असते, ज्यामध्ये मुख्यतः फोटोलिथोग्राफी, साफसफाई, डोपिंग, कोरीव काम, फिल्म तयार करणे, पातळ करणे आणि इतर प्रक्रियांचा समावेश होतो. अनेक पॉवर उपकरण उत्पादक सिलिकॉन-आधारित उत्पादन प्रक्रियेवर आधारित त्यांच्या उत्पादन रेषा श्रेणीसुधारित करून सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणांच्या उत्पादन गरजा पूर्ण करू शकतात. तथापि, सिलिकॉन कार्बाइड सामग्रीचे विशेष गुणधर्म हे निर्धारित करतात की त्याच्या उपकरण उत्पादनातील काही प्रक्रियांना उच्च व्होल्टेज आणि उच्च प्रवाहाचा सामना करण्यास सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणांना सक्षम करण्यासाठी विशेष विकासासाठी विशिष्ट उपकरणांवर अवलंबून राहणे आवश्यक आहे.
II
सिलिकॉन कार्बाइड विशेष प्रक्रिया मॉड्यूल्सचा परिचय
सिलिकॉन कार्बाइड स्पेशल प्रोसेस मॉड्युलमध्ये प्रामुख्याने इंजेक्शन डोपिंग, गेट स्ट्रक्चर तयार करणे, मॉर्फोलॉजी एचिंग, मेटॅलायझेशन आणि पातळ करणे या प्रक्रियांचा समावेश होतो.
(1) इंजेक्शन डोपिंग: सिलिकॉन कार्बाइडमध्ये उच्च कार्बन-सिलिकॉन बाँड उर्जेमुळे, अशुद्धता अणू सिलिकॉन कार्बाइडमध्ये पसरणे कठीण आहे. सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणे तयार करताना, पीएन जंक्शनचे डोपिंग केवळ उच्च तापमानात आयन रोपण करून प्राप्त केले जाऊ शकते.
डोपिंग सहसा बोरॉन आणि फॉस्फरस सारख्या अशुद्ध आयनांसह केले जाते आणि डोपिंगची खोली सामान्यतः 0.1μm~3μm असते. उच्च-ऊर्जा आयन इम्प्लांटेशन सिलिकॉन कार्बाइड सामग्रीची जाळीची रचना नष्ट करेल. आयन इम्प्लांटेशनमुळे जाळीचे नुकसान दुरुस्त करण्यासाठी आणि पृष्ठभागाच्या खडबडीत ॲनिलिंगचा प्रभाव नियंत्रित करण्यासाठी उच्च-तापमान ॲनिलिंग आवश्यक आहे. मुख्य प्रक्रिया म्हणजे उच्च-तापमान आयन रोपण आणि उच्च-तापमान ॲनिलिंग.
आकृती 1 आयन इम्प्लांटेशन आणि उच्च-तापमान ॲनिलिंग प्रभावांचे योजनाबद्ध आकृती
(२) गेट संरचना निर्मिती: SiC/SiO2 इंटरफेसच्या गुणवत्तेचा MOSFET च्या चॅनल स्थलांतर आणि गेट विश्वासार्हतेवर मोठा प्रभाव पडतो. उच्च-गुणवत्तेच्या SiC/SiO2 इंटरफेस आणि उच्च-गुणवत्तेच्या कार्यक्षमतेची आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी विशेष अणू (जसे की नायट्रोजन अणू) सह SiC/SiO2 इंटरफेसवर लटकणाऱ्या बंधांची भरपाई करण्यासाठी विशिष्ट गेट ऑक्साइड आणि पोस्ट-ऑक्सिडेशन ॲनिलिंग प्रक्रिया विकसित करणे आवश्यक आहे. उपकरणांचे स्थलांतर. मुख्य प्रक्रिया म्हणजे गेट ऑक्साईड उच्च-तापमान ऑक्सिडेशन, LPCVD आणि PECVD.
आकृती 2 सामान्य ऑक्साईड फिल्म डिपॉझिशन आणि उच्च-तापमान ऑक्सिडेशनचे योजनाबद्ध आकृती
(३) मॉर्फोलॉजी एचिंग: सिलिकॉन कार्बाइड मटेरियल रासायनिक सॉल्व्हेंट्समध्ये निष्क्रिय असतात आणि अचूक आकारविज्ञान नियंत्रण केवळ कोरड्या कोरीव पद्धतीद्वारेच प्राप्त केले जाऊ शकते; सिलिकॉन कार्बाइड मटेरियलच्या वैशिष्ट्यांनुसार मास्क मटेरियल, मास्क एचिंग सिलेक्शन, मिक्स्ड गॅस, साइडवॉल कंट्रोल, एचिंग रेट, साइडवॉल रफनेस इ. विकसित करणे आवश्यक आहे. मुख्य प्रक्रिया म्हणजे पातळ फिल्म डिपॉझिशन, फोटोलिथोग्राफी, डायलेक्ट्रिक फिल्म गंज आणि कोरड्या कोरीव प्रक्रिया.
आकृती 3 सिलिकॉन कार्बाइड एचिंग प्रक्रियेचे योजनाबद्ध आकृती
(4) मेटलायझेशन: सिलिकॉन कार्बाइडसह चांगला कमी-प्रतिरोधक ओमिक संपर्क तयार करण्यासाठी डिव्हाइसच्या स्त्रोत इलेक्ट्रोडला धातूची आवश्यकता असते. यासाठी केवळ मेटल डिपॉझिशन प्रक्रियेचे नियमन करणे आणि मेटल-सेमिकंडक्टर संपर्काची इंटरफेस स्थिती नियंत्रित करणे आवश्यक नाही, तर स्कॉटकी अडथळा उंची कमी करण्यासाठी आणि मेटल-सिलिकॉन कार्बाइड ओमिक संपर्क साधण्यासाठी उच्च-तापमान ॲनिलिंग आवश्यक आहे. मेटल मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंग, इलेक्ट्रॉन बीम बाष्पीभवन आणि जलद थर्मल ॲनिलिंग या मुख्य प्रक्रिया आहेत.
आकृती 4 मॅग्नेट्रॉन स्पटरिंग तत्त्व आणि मेटलायझेशन प्रभावाचे योजनाबद्ध आकृती
(5) पातळ होण्याची प्रक्रिया: सिलिकॉन कार्बाइड सामग्रीमध्ये उच्च कडकपणा, उच्च ठिसूळपणा आणि कमी फ्रॅक्चर कडकपणाची वैशिष्ट्ये आहेत. त्याच्या ग्राइंडिंग प्रक्रियेमुळे सामग्रीचे ठिसूळ फ्रॅक्चर होण्याची शक्यता असते, ज्यामुळे वेफर पृष्ठभाग आणि उप-पृष्ठभागाचे नुकसान होते. सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणांच्या उत्पादन गरजा पूर्ण करण्यासाठी नवीन ग्राइंडिंग प्रक्रिया विकसित करणे आवश्यक आहे. मुख्य प्रक्रिया म्हणजे ग्राइंडिंग डिस्क पातळ करणे, फिल्म चिकटवणे आणि सोलणे इ.
आकृती 5 वेफर ग्राइंडिंग/थिनिंग तत्त्वाचा योजनाबद्ध आकृती
पोस्ट वेळ: ऑक्टोबर-२२-२०२४