Como sabemos, en el campo de los semiconductores, el silicio monocristalino (Si) es el material básico semiconductor más utilizado y de mayor volumen en el mundo. Actualmente, más del 90% de los productos semiconductores se fabrican con materiales basados en silicio. Con la creciente demanda de dispositivos de alta potencia y alto voltaje en el campo energético moderno, se han presentado requisitos más estrictos para parámetros clave de los materiales semiconductores, como el ancho de banda prohibida, la intensidad del campo eléctrico de ruptura, la tasa de saturación de electrones y la conductividad térmica. En esta circunstancia, los materiales semiconductores de banda prohibida ancha representados porcarburo de silicio(SiC) se han convertido en los favoritos de las aplicaciones de alta densidad de potencia.
Como semiconductor compuesto,carburo de silicioEs extremadamente raro en la naturaleza y aparece en forma de mineral moissanita. Actualmente, casi todo el carburo de silicio que se vende en el mundo se sintetiza artificialmente. El carburo de silicio tiene las ventajas de alta dureza, alta conductividad térmica, buena estabilidad térmica y alto campo eléctrico de ruptura crítica. Es un material ideal para fabricar dispositivos semiconductores de alto voltaje y alta potencia.
Entonces, ¿cómo se fabrican los dispositivos semiconductores de potencia de carburo de silicio?
¿Cuál es la diferencia entre el proceso de fabricación de dispositivos de carburo de silicio y el proceso de fabricación tradicional a base de silicio? A partir de este número, “Cosas sobreDispositivo de carburo de silicioManufacturing” revelará los secretos uno por uno.
I
Flujo del proceso de fabricación de dispositivos de carburo de silicio.
El proceso de fabricación de los dispositivos de carburo de silicio es generalmente similar al de los dispositivos a base de silicio, e incluye principalmente fotolitografía, limpieza, dopado, grabado, formación de películas, adelgazamiento y otros procesos. Muchos fabricantes de dispositivos de energía pueden satisfacer las necesidades de fabricación de dispositivos de carburo de silicio actualizando sus líneas de producción basándose en el proceso de fabricación basado en silicio. Sin embargo, las propiedades especiales de los materiales de carburo de silicio determinan que algunos procesos en la fabricación de sus dispositivos deban depender de equipos específicos para un desarrollo especial que permita que los dispositivos de carburo de silicio resistan alto voltaje y alta corriente.
II
Introducción a los módulos de proceso especiales de carburo de silicio.
Los módulos de procesos especiales de carburo de silicio cubren principalmente procesos de dopaje por inyección, formación de estructuras de compuerta, grabado de morfología, metalización y adelgazamiento.
(1) Dopaje por inyección: debido a la alta energía del enlace carbono-silicio en el carburo de silicio, los átomos de impureza son difíciles de difundir en el carburo de silicio. Al preparar dispositivos de carburo de silicio, el dopaje de las uniones PN sólo puede lograrse mediante la implantación de iones a alta temperatura.
El dopaje generalmente se realiza con iones de impurezas como boro y fósforo, y la profundidad de dopaje suele ser de 0,1 μm ~ 3 μm. La implantación de iones de alta energía destruirá la estructura reticular del propio material de carburo de silicio. Se requiere recocido a alta temperatura para reparar el daño de la red causado por la implantación de iones y controlar el efecto del recocido sobre la rugosidad de la superficie. Los procesos centrales son la implantación de iones a alta temperatura y el recocido a alta temperatura.
Figura 1 Diagrama esquemático de la implantación de iones y los efectos del recocido a alta temperatura.
(2) Formación de la estructura de la puerta: la calidad de la interfaz SiC/SiO2 tiene una gran influencia en la migración del canal y la confiabilidad de la puerta del MOSFET. Es necesario desarrollar procesos específicos de recocido de óxido de compuerta y postoxidación para compensar los enlaces colgantes en la interfaz SiC/SiO2 con átomos especiales (como átomos de nitrógeno) para cumplir con los requisitos de rendimiento de la interfaz SiC/SiO2 de alta calidad y alta migración de dispositivos. Los procesos principales son la oxidación a alta temperatura de óxido de compuerta, LPCVD y PECVD.
Figura 2 Diagrama esquemático de la deposición de una película de óxido ordinaria y la oxidación a alta temperatura.
(3) Grabado morfológico: los materiales de carburo de silicio son inertes en disolventes químicos y el control preciso de la morfología solo se puede lograr mediante métodos de grabado en seco; Los materiales de la máscara, la selección de grabado de la máscara, el gas mezclado, el control de las paredes laterales, la tasa de grabado, la rugosidad de las paredes laterales, etc. deben desarrollarse de acuerdo con las características de los materiales de carburo de silicio. Los procesos principales son la deposición de películas delgadas, la fotolitografía, la corrosión de películas dieléctricas y los procesos de grabado en seco.
Figura 3 Diagrama esquemático del proceso de grabado de carburo de silicio.
(4) Metalización: el electrodo fuente del dispositivo requiere metal para formar un buen contacto óhmico de baja resistencia con el carburo de silicio. Esto no solo requiere regular el proceso de deposición de metal y controlar el estado de la interfaz del contacto metal-semiconductor, sino que también requiere recocido a alta temperatura para reducir la altura de la barrera Schottky y lograr un contacto óhmico metal-carburo de silicio. Los procesos centrales son la pulverización catódica con magnetrón metálico, la evaporación por haz de electrones y el recocido térmico rápido.
Figura 4 Diagrama esquemático del principio de pulverización catódica con magnetrón y efecto de metalización.
(5) Proceso de adelgazamiento: el material de carburo de silicio tiene las características de alta dureza, alta fragilidad y baja tenacidad a la fractura. Su proceso de molienda es propenso a causar una fractura frágil del material, causando daños a la superficie y el subsuelo de la oblea. Es necesario desarrollar nuevos procesos de molienda para satisfacer las necesidades de fabricación de dispositivos de carburo de silicio. Los procesos principales son el adelgazamiento de los discos abrasivos, el pegado y pelado de películas, etc.
Figura 5 Diagrama esquemático del principio de molienda/adelgazamiento de obleas
Hora de publicación: 22 de octubre de 2024