Como sabemos, no campo dos semicondutores, o silício monocristalino (Si) é o material semicondutor básico mais amplamente utilizado e de maior volume no mundo. Atualmente, mais de 90% dos produtos semicondutores são fabricados com materiais à base de silício. Com a crescente demanda por dispositivos de alta potência e alta tensão no campo energético moderno, requisitos mais rigorosos foram apresentados para parâmetros-chave de materiais semicondutores, como largura de bandgap, resistência do campo elétrico de ruptura, taxa de saturação de elétrons e condutividade térmica. Sob esta circunstância, materiais semicondutores de banda larga representados porcarboneto de silício(SiC) emergiram como os queridinhos das aplicações de alta densidade de potência.
Como um semicondutor composto,carboneto de silícioé extremamente raro na natureza e aparece na forma do mineral moissanita. Atualmente, quase todo o carboneto de silício vendido no mundo é sintetizado artificialmente. O carboneto de silício tem as vantagens de alta dureza, alta condutividade térmica, boa estabilidade térmica e alto campo elétrico de ruptura crítica. É um material ideal para fabricar dispositivos semicondutores de alta tensão e alta potência.
Então, como são fabricados os dispositivos semicondutores de potência de carboneto de silício?
Qual é a diferença entre o processo de fabricação de dispositivos de carboneto de silício e o processo tradicional de fabricação à base de silício? A partir desta edição, “Coisas sobreDispositivo de carboneto de silícioManufacturing” revelará os segredos um por um.
I
Fluxo do processo de fabricação de dispositivos de carboneto de silício
O processo de fabricação de dispositivos de carboneto de silício é geralmente semelhante ao de dispositivos à base de silício, incluindo principalmente fotolitografia, limpeza, dopagem, gravação, formação de filme, desbaste e outros processos. Muitos fabricantes de dispositivos de energia podem atender às necessidades de fabricação de dispositivos de carboneto de silício atualizando suas linhas de produção com base no processo de fabricação à base de silício. No entanto, as propriedades especiais dos materiais de carboneto de silício determinam que alguns processos na fabricação de seus dispositivos precisam contar com equipamentos específicos para desenvolvimento especial para permitir que dispositivos de carboneto de silício suportem alta tensão e alta corrente.
II
Introdução aos módulos de processo especiais de carboneto de silício
Os módulos de processo especial de carboneto de silício cobrem principalmente dopagem por injeção, formação de estrutura de porta, gravação morfológica, metalização e processos de desbaste.
(1) Dopagem por injeção: Devido à alta energia de ligação carbono-silício no carboneto de silício, os átomos de impureza são difíceis de difundir no carboneto de silício. Ao preparar dispositivos de carboneto de silício, a dopagem das junções PN só pode ser alcançada por implantação iônica em alta temperatura.
A dopagem geralmente é feita com íons de impureza, como boro e fósforo, e a profundidade da dopagem é geralmente de 0,1 μm ~ 3 μm. A implantação iônica de alta energia destruirá a estrutura reticular do próprio material de carboneto de silício. O recozimento em alta temperatura é necessário para reparar os danos à rede causados pela implantação iônica e controlar o efeito do recozimento na rugosidade da superfície. Os processos principais são implantação iônica em alta temperatura e recozimento em alta temperatura.
Figura 1 Diagrama esquemático da implantação iônica e efeitos de recozimento em alta temperatura
(2) Formação da estrutura do portão: A qualidade da interface SiC/SiO2 tem grande influência na migração do canal e na confiabilidade do portão do MOSFET. É necessário desenvolver processos específicos de óxido de porta e recozimento pós-oxidação para compensar as ligações pendentes na interface SiC/SiO2 com átomos especiais (como átomos de nitrogênio) para atender aos requisitos de desempenho da interface SiC/SiO2 de alta qualidade e alta migração de dispositivos. Os processos principais são oxidação em alta temperatura de óxido de porta, LPCVD e PECVD.
Figura 2 Diagrama esquemático da deposição de filme de óxido comum e oxidação em alta temperatura
(3) Gravura morfológica: Os materiais de carboneto de silício são inertes em solventes químicos e o controle preciso da morfologia só pode ser alcançado por meio de métodos de corrosão a seco; materiais de máscara, seleção de gravação de máscara, gás misto, controle de parede lateral, taxa de gravação, rugosidade de parede lateral, etc. precisam ser desenvolvidos de acordo com as características dos materiais de carboneto de silício. Os processos principais são deposição de filmes finos, fotolitografia, corrosão de filmes dielétricos e processos de gravação a seco.
Figura 3 Diagrama esquemático do processo de gravação em carboneto de silício
(4) Metalização: O eletrodo fonte do dispositivo requer metal para formar um bom contato ôhmico de baixa resistência com o carboneto de silício. Isso não requer apenas a regulação do processo de deposição de metal e o controle do estado da interface do contato metal-semicondutor, mas também requer recozimento em alta temperatura para reduzir a altura da barreira Schottky e obter contato ôhmico metal-carboneto de silício. Os processos principais são pulverização catódica de magnetron metálico, evaporação de feixe de elétrons e recozimento térmico rápido.
Figura 4 Diagrama esquemático do princípio de pulverização catódica do magnetron e efeito de metalização
(5) Processo de desbaste: O material de carboneto de silício possui características de alta dureza, alta fragilidade e baixa tenacidade à fratura. Seu processo de retificação tende a causar fratura frágil do material, causando danos à superfície e subsuperfície do wafer. Novos processos de retificação precisam ser desenvolvidos para atender às necessidades de fabricação de dispositivos de carboneto de silício. Os principais processos são o desbaste dos discos de moagem, a colagem e o descascamento do filme, etc.
Figura 5 Diagrama esquemático do princípio de moagem/desbaste de wafer
Horário da postagem: 22 de outubro de 2024