Die tegniese probleme in die stabiele massaproduksie van hoë kwaliteit silikonkarbiedwafels met stabiele werkverrigting sluit in:
1) Aangesien kristalle in 'n hoë-temperatuur verseëlde omgewing bo 2000°C moet groei, is die temperatuurbeheervereistes uiters hoog;
2) Aangesien silikonkarbied meer as 200 kristalstrukture het, maar slegs 'n paar strukture van enkelkristal silikonkarbied die vereiste halfgeleiermateriale is, moet die silikon-tot-koolstofverhouding, groeitemperatuurgradiënt en kristalgroei presies beheer word tydens die proses van kristalgroei. Parameters soos spoed en lugvloeidruk;
3) Onder die dampfase-oordragmetode is die deursnee-uitbreidingstegnologie van silikonkarbiedkristalgroei uiters moeilik;
4) Die hardheid van silikonkarbied is naby dié van diamant, en sny-, slyp- en poleertegnieke is moeilik.
SiC epitaksiale wafers: gewoonlik vervaardig deur chemiese dampafsetting (CVD) metode. Volgens verskillende dopingtipes word hulle in n-tipe en p-tipe epitaksiale wafers verdeel. Binnelandse Hantian Tiancheng en Dongguan Tianyu kan reeds 4-duim/6-duim SiC epitaksiale wafers verskaf. Vir SiC-epitaksie is dit moeilik om in die hoëspanningsveld te beheer, en die kwaliteit van SiC-epitaksie het 'n groter impak op SiC-toestelle. Boonop word epitaksiale toerusting gemonopoliseer deur die vier toonaangewende maatskappye in die bedryf: Axitron, LPE, TEL en Nuflare.
Silikonkarbied epitaksiaalwafer verwys na 'n silikonkarbiedwafer waarin 'n enkelkristalfilm (epitaksiale laag) met sekere vereistes en dieselfde as die substraatkristal op die oorspronklike silikonkarbiedsubstraat gegroei word. Epitaksiale groei gebruik hoofsaaklik CVD (Chemical Vapor Deposition, ) toerusting of MBE (Molecular Beam Epitaxy) toerusting. Aangesien silikonkarbiedtoestelle direk in die epitaksiale laag vervaardig word, beïnvloed die kwaliteit van die epitaksiale laag die werkverrigting en opbrengs van die toestel direk. Soos die spanningweerstand-prestasie van die toestel steeds toeneem, word die dikte van die ooreenstemmende epitaksiale laag dikker en die beheer word moeiliker. Oor die algemeen, wanneer die spanning rondom 600V is, is die vereiste epitaksiale laagdikte ongeveer 6 mikron; wanneer die spanning tussen 1200-1700V is, bereik die vereiste epitaksiale laagdikte 10-15 mikron. As die spanning meer as 10 000 volt bereik, kan 'n epitaksiale laagdikte van meer as 100 mikron nodig wees. Namate die dikte van die epitaksiale laag aanhou toeneem, word dit al hoe moeiliker om dikte en weerstandsuniformiteit en defekdigtheid te beheer.
SiC-toestelle: Internasionaal is 600~1700V SiC SBD en MOSFET geïndustrialiseer. Die hoofstroomprodukte werk teen spanningsvlakke onder 1200V en neem hoofsaaklik TO-verpakking aan. Wat pryse betref, word SiC-produkte op die internasionale mark geprys teen ongeveer 5-6 keer hoër as hul Si-eweknieë. Pryse daal egter teen 'n jaarlikse koers van 10%. met die uitbreiding van stroomopmateriaal en toestelproduksie in die volgende 2-3 jaar, sal die markaanbod toeneem, wat lei tot verdere prysverlagings. Daar word verwag dat wanneer die prys 2-3 keer dié van Si-produkte bereik, die voordele wat deur verlaagde stelselkoste en verbeterde werkverrigting gebring word, SiC geleidelik sal dryf om die markruimte van Si-toestelle te beset.
Tradisionele verpakking is gebaseer op silikon-gebaseerde substrate, terwyl derdegenerasie halfgeleiermateriale 'n heeltemal nuwe ontwerp vereis. Die gebruik van tradisionele silikon-gebaseerde verpakkingstrukture vir kragtoestelle met wye bandgaping kan nuwe kwessies en uitdagings bekendstel wat verband hou met frekwensie, termiese bestuur en betroubaarheid. SiC-kragtoestelle is meer sensitief vir parasitiese kapasitansie en induktansie. In vergelyking met Si-toestelle het SiC-kragskyfies vinniger skakelspoed, wat kan lei tot oorskiet, ossillasie, verhoogde skakelverliese en selfs toestelfoute. Daarbenewens werk SiC-kragtoestelle teen hoër temperature, wat meer gevorderde termiese bestuurstegnieke vereis.
'n Verskeidenheid verskillende strukture is ontwikkel op die gebied van halfgeleier-kragverpakking met wye bandgaping. Tradisionele Si-gebaseerde kragmodule-verpakking is nie meer geskik nie. Om die probleme van hoë parasitiese parameters en swak hitte-afvoer doeltreffendheid van tradisionele Si-gebaseerde kragmodule-verpakking op te los, neem SiC-kragmodule-verpakking draadlose interkonneksie en dubbelkant-verkoelingstegnologie in sy struktuur aan, en neem ook die substraatmateriale aan met beter termiese geleidingsvermoë, en het probeer om ontkoppelkapasitors, temperatuur/stroomsensors en dryfkringe in die modulestruktuur te integreer, en het 'n verskeidenheid verskillende moduleverpakkingstegnologieë ontwikkel. Boonop is daar hoë tegniese hindernisse vir die vervaardiging van SiC-toestelle en produksiekoste is hoog.
Silikonkarbiedtoestelle word vervaardig deur epitaksiale lae op 'n silikonkarbiedsubstraat deur middel van CVD te deponeer. Die proses behels skoonmaak, oksidasie, fotolitografie, ets, stroping van fotoresist, ioon-inplanting, chemiese dampneerlegging van silikonnitried, polering, sputtering en daaropvolgende verwerkingstappe om die toestelstruktuur op die SiC-enkelkristalsubstraat te vorm. Hooftipes SiC-kragtoestelle sluit in SiC-diodes, SiC-transistors en SiC-kragmodules. As gevolg van faktore soos stadige stroomop materiaalproduksiespoed en lae opbrengskoerse, het silikonkarbiedtoestelle relatief hoë vervaardigingskoste.
Daarbenewens het die vervaardiging van silikonkarbiedtoestelle sekere tegniese probleme:
1) Dit is nodig om 'n spesifieke proses te ontwikkel wat ooreenstem met die eienskappe van silikonkarbiedmateriale. Byvoorbeeld: SiC het 'n hoë smeltpunt, wat tradisionele termiese diffusie ondoeltreffend maak. Dit is nodig om iooninplantingsdoteringmetode te gebruik en parameters soos temperatuur, verhittingstempo, duur en gasvloei akkuraat te beheer; SiC is inert vir chemiese oplosmiddels. Metodes soos droë ets moet gebruik word, en maskermateriale, gasmengsels, beheer van sywandhelling, etstempo, sywandruwheid, ens. moet geoptimaliseer en ontwikkel word;
2) Die vervaardiging van metaalelektrodes op silikonkarbiedwafels vereis kontakweerstand onder 10-5Ω2. Die elektrodemateriaal wat aan die vereistes voldoen, Ni en Al, het swak termiese stabiliteit bo 100°C, maar Al/Ni het beter termiese stabiliteit. Die kontak spesifieke weerstand van /W/Au saamgestelde elektrode materiaal is 10-3Ω2 hoër;
3) SiC het 'n hoë snyslytasie, en die hardheid van SiC is slegs tweede vir diamant, wat hoër vereistes stel vir sny, slyp, poleer en ander tegnologieë.
Boonop is slootsilikonkarbiedkragtoestelle moeiliker om te vervaardig. Volgens verskillende toestelstrukture kan silikonkarbiedkragtoestelle hoofsaaklik verdeel word in vlakke toestelle en sloottoestelle. Planêre silikonkarbiedkragtoestelle het goeie eenheidkonsekwentheid en eenvoudige vervaardigingsproses, maar is geneig tot JFET-effek en het hoë parasitiese kapasitansie en weerstand in die toestand. In vergelyking met vlakke toestelle, het slootsilikonkarbiedkragtoestelle 'n laer eenheidskonsekwentheid en het 'n meer komplekse vervaardigingsproses. Die slootstruktuur is egter bevorderlik vir die verhoging van die toesteleenheiddigtheid en is minder geneig om die JFET-effek te produseer, wat voordelig is om die probleem van kanaalmobiliteit op te los. Dit het uitstekende eienskappe soos klein aanweerstand, klein parasitiese kapasitansie en lae skakelenergieverbruik. Dit het aansienlike koste- en werkverrigtingvoordele en het die hoofstroomrigting van die ontwikkeling van silikonkarbiedkragtoestelle geword. Volgens Rohm se amptelike webwerf is die ROHM Gen3-struktuur (Gen1 Trench-struktuur) slegs 75% van die Gen2 (Plannar2)-skyfie-area, en die ROHM Gen3-struktuur se aanweerstand word met 50% verminder onder dieselfde skyfiegrootte.
Silikonkarbiedsubstraat, epitaksie, front-end, R&D-uitgawes en ander maak onderskeidelik 47%, 23%, 19%, 6% en 5% van die vervaardigingskoste van silikonkarbiedtoestelle uit.
Ten slotte sal ons fokus op die afbreek van die tegniese hindernisse van substrate in die silikonkarbiedbedryfsketting.
Die produksieproses van silikonkarbiedsubstrate is soortgelyk aan dié van silikongebaseerde substrate, maar moeiliker.
Die vervaardigingsproses van silikonkarbiedsubstraat sluit gewoonlik grondstofsintese, kristalgroei, staafverwerking, staafsny, wafelslyp, polering, skoonmaak en ander skakels in.
Die kristalgroeistadium is die kern van die hele proses, en hierdie stap bepaal die elektriese eienskappe van die silikonkarbiedsubstraat.
Silikonkarbiedmateriale is moeilik om in die vloeibare fase onder normale toestande te groei. Die dampfase-groeimetode wat vandag in die mark gewild is, het 'n groeitemperatuur bo 2300°C en vereis presiese beheer van die groeitemperatuur. Die hele operasieproses is amper moeilik om waar te neem. 'n Geringe fout sal lei tot die skrap van die produk. In vergelyking vereis silikonmateriaal slegs 1600 ℃, wat baie laer is. Die voorbereiding van silikonkarbiedsubstrate ondervind ook probleme soos stadige kristalgroei en hoë vereistes vir kristalvorm. Silikonkarbiedwafelgroei neem ongeveer 7 tot 10 dae, terwyl silikonstaaftrek slegs 2 en 'n half dae neem. Boonop is silikonkarbied 'n materiaal waarvan die hardheid slegs na diamant is. Dit sal baie verloor tydens sny, slyp en poleer, en die uitsetverhouding is slegs 60%.
Ons weet dat die neiging is om die grootte van silikonkarbiedsubstrate te vergroot, aangesien die grootte aanhou toeneem, word die vereistes vir deursnee-uitbreidingstegnologie al hoe hoër. Dit vereis 'n kombinasie van verskeie tegniese beheerelemente om iteratiewe groei van kristalle te verkry.
Postyd: 22 Mei 2024