Sabit performansa malik yüksək keyfiyyətli silisium karbid vaflilərinin davamlı kütləvi istehsalında texniki çətinliklərə aşağıdakılar daxildir:
1) Kristalların 2000°C-dən yuxarı yüksək temperaturlu möhürlənmiş mühitdə böyüməsi lazım olduğundan, temperatura nəzarət tələbləri olduqca yüksəkdir;
2) Silisium karbid 200-dən çox kristal quruluşa malik olduğundan, lakin tələb olunan yarımkeçirici materiallar tək kristallı silisium karbiddən yalnız bir neçə struktur olduğundan, silisium-karbon nisbəti, böyümə temperaturu qradiyenti və kristal böyüməsi proses zamanı dəqiq nəzarət edilməlidir. kristal böyümə prosesi. Sürət və hava axını təzyiqi kimi parametrlər;
3) Buxar fazasının ötürülməsi üsulu altında, silisium karbid kristalının böyüməsinin diametrinin genişləndirilməsi texnologiyası olduqca çətindir;
4) Silikon karbidin sərtliyi almazın sərtliyinə yaxındır və kəsmə, üyütmə və cilalama texnikası çətindir.
SiC epitaksial vaflilər: adətən kimyəvi buxar çökdürmə (CVD) üsulu ilə istehsal olunur. Müxtəlif dopinq növlərinə görə onlar n tipli və p tipli epitaksial vaflilərə bölünür. Yerli Hantian Tiancheng və Dongguan Tianyu artıq 4 düym/6 düymlük SiC epitaksial vafli təmin edə bilər. SiC epitaksiyası üçün yüksək gərginlikli sahədə nəzarət etmək çətindir və SiC epitaksiyasının keyfiyyəti SiC cihazlarına daha çox təsir göstərir. Üstəlik, epitaksial avadanlıq sənayenin dörd aparıcı şirkətinin inhisarındadır: Axitron, LPE, TEL və Nuflare.
Silisium karbid epitaksialvafli, orijinal silisium karbid substratında müəyyən tələblərə malik olan və substrat kristalı ilə eyni olan tək kristal filmin (epitaksial təbəqənin) yetişdirildiyi silisium karbid vaflisinə aiddir. Epitaksial artım əsasən CVD (Kimyəvi Buxar Depoziti, ) avadanlığı və ya MBE (Molekulyar Şüa Epitaksisi) avadanlıqlarından istifadə edir. Silisium karbid cihazları birbaşa epitaksial təbəqədə istehsal olunduğundan, epitaksial təbəqənin keyfiyyəti cihazın performansına və məhsuldarlığına birbaşa təsir göstərir. Cihazın gərginliyə tab gətirmə qabiliyyəti artmaqda davam etdikcə, müvafiq epitaksial təbəqənin qalınlığı qalınlaşır və idarəetmə çətinləşir. Ümumiyyətlə, gərginlik 600V ətrafında olduqda, tələb olunan epitaksial təbəqənin qalınlığı təxminən 6 mikron təşkil edir; gərginlik 1200-1700V arasında olduqda tələb olunan epitaksial təbəqənin qalınlığı 10-15 mikrona çatır. Gərginlik 10.000 voltdan çox olarsa, 100 mikrondan çox epitaksial təbəqənin qalınlığı tələb oluna bilər. Epitaksial təbəqənin qalınlığı artmağa davam etdikcə qalınlığın və müqavimətin vahidliyinə və qüsur sıxlığına nəzarət etmək getdikcə çətinləşir.
SiC cihazları: Beynəlxalq miqyasda 600~1700V SiC SBD və MOSFET sənayeləşdirilmişdir. Əsas məhsullar 1200V-dən aşağı gərginlik səviyyələrində işləyir və ilk növbədə TO qablaşdırmasını qəbul edir. Qiymətləndirmə baxımından beynəlxalq bazarda SiC məhsulları Si analoqlarından təxminən 5-6 dəfə bahadır. Bununla belə, qiymətlər illik 10% azalır. yaxın 2-3 il ərzində yuxarı materialların və cihaz istehsalının genişlənməsi ilə bazar təklifi artacaq və qiymətlərin daha da ucuzlaşmasına səbəb olacaqdır. Qiymətin Si məhsullarından 2-3 dəfəyə çatdıqda, sistem xərclərinin azaldılması və təkmilləşdirilmiş performansın gətirdiyi üstünlüklər SiC-ni tədricən Si cihazlarının bazar yerini tutmağa sövq edəcəyi gözlənilir.
Ənənəvi qablaşdırma silikon əsaslı substratlara əsaslanır, üçüncü nəsil yarımkeçirici materiallar isə tamamilə yeni dizayn tələb edir. Geniş diapazonlu güc cihazları üçün ənənəvi silikon əsaslı qablaşdırma strukturlarından istifadə tezlik, istilik idarəetməsi və etibarlılıqla bağlı yeni problemlər və problemlər təqdim edə bilər. SiC güc cihazları parazitar tutum və endüktansa daha həssasdır. Si cihazları ilə müqayisədə, SiC güc çipləri daha sürətli keçid sürətinə malikdir, bu da həddindən artıq yüklənməyə, salınmaya, keçid itkilərinin artmasına və hətta cihazın nasazlığına səbəb ola bilər. Bundan əlavə, SiC güc cihazları daha yüksək temperaturda işləyir və daha təkmil istilik idarəetmə üsullarını tələb edir.
Geniş diapazonlu yarımkeçirici enerji qablaşdırması sahəsində müxtəlif müxtəlif strukturlar hazırlanmışdır. Ənənəvi Si əsaslı güc modulu qablaşdırması artıq uyğun deyil. Ənənəvi Si əsaslı güc modulu qablaşdırmasının yüksək parazitar parametrləri və zəif istilik yayılması səmərəliliyi problemlərini həll etmək üçün SiC güc modulu qablaşdırması öz strukturunda simsiz əlaqə və ikitərəfli soyutma texnologiyasını qəbul edir, həmçinin daha yaxşı istilik keçiriciliyi olan substrat materiallarını qəbul edir. keçiriciliyi öyrəndi və ayırıcı kondansatörləri, temperatur/cərəyan sensorlarını və sürücü sxemlərini modul strukturuna inteqrasiya etməyə çalışdı və müxtəlif modul qablaşdırma texnologiyalarını inkişaf etdirdi. Bundan əlavə, SiC cihazlarının istehsalı üçün yüksək texniki maneələr var və istehsal xərcləri yüksəkdir.
Silisium karbid cihazları CVD vasitəsilə silisium karbid substratına epitaksial təbəqələrin çökdürülməsi ilə istehsal olunur. Proses təmizləmə, oksidləşmə, fotolitoqrafiya, aşındırma, fotorezistin soyulması, ion implantasiyası, silisium nitridin kimyəvi buxarının çökməsi, cilalanması, püskürtülməsi və SiC monokristal substratında cihaz strukturunun formalaşdırılması üçün sonrakı emal addımlarını əhatə edir. SiC güc cihazlarının əsas növlərinə SiC diodları, SiC tranzistorları və SiC güc modulları daxildir. Yavaş yuxarı material istehsal sürəti və aşağı məhsuldarlıq kimi amillərə görə, silisium karbid cihazları nisbətən yüksək istehsal xərclərinə malikdir.
Bundan əlavə, silisium karbid cihazlarının istehsalı müəyyən texniki çətinliklərə malikdir:
1) Silisium karbid materiallarının xüsusiyyətlərinə uyğun gələn xüsusi bir prosesin hazırlanması lazımdır. Məsələn: SiC yüksək ərimə nöqtəsinə malikdir, bu da ənənəvi termal diffuziyanı təsirsiz edir. İon implantasiyası dopinq üsulundan istifadə etmək və temperatur, qızdırma sürəti, müddət, qaz axını kimi parametrlərə dəqiq nəzarət etmək lazımdır; SiC kimyəvi həlledicilərə qarşı təsirsizdir. Quru aşındırma kimi üsullardan istifadə edilməli və maska materialları, qaz qarışıqları, yan divarın yamacının idarə edilməsi, aşındırma sürəti, yan divarın pürüzlülüyü və s. optimallaşdırılmalı və inkişaf etdirilməlidir;
2) Silikon karbid vaflilərdə metal elektrodların istehsalı 10-5Ω2-dən aşağı kontakt müqavimətini tələb edir. Tələblərə cavab verən elektrod materialları, Ni və Al, 100°C-dən yuxarı zəif istilik sabitliyinə malikdir, lakin Al/Ni daha yaxşı istilik dayanıqlığına malikdir. /W/Au kompozit elektrod materialının kontakt xüsusi müqaviməti 10-3Ω2 daha yüksəkdir;
3) SiC yüksək kəsici aşınmaya malikdir və SiC-nin sərtliyi yalnız almazdan sonra ikincidir, bu da kəsmə, üyütmə, cilalama və digər texnologiyalar üçün daha yüksək tələblər irəli sürür.
Üstəlik, xəndək silisium karbid güc cihazlarının istehsalı daha çətindir. Müxtəlif cihaz strukturlarına görə, silisium karbid güc cihazları əsasən planar cihazlara və xəndək cihazlarına bölünə bilər. Planar silisium karbid güc cihazları yaxşı vahid konsistensiyasına və sadə istehsal prosesinə malikdir, lakin JFET effektinə meyllidir və yüksək parazit tutumu və vəziyyətə qarşı müqavimətə malikdir. Planar cihazlarla müqayisədə, xəndək silisium karbid güc qurğuları daha az konsistensiyaya malikdir və daha mürəkkəb istehsal prosesinə malikdir. Bununla belə, xəndək strukturu cihaz vahidinin sıxlığını artırmaq üçün əlverişlidir və kanalın hərəkətliliyi problemini həll etmək üçün faydalı olan JFET effekti yaratma ehtimalı azdır. Kiçik müqavimət, kiçik parazitar tutum və aşağı keçid enerji istehlakı kimi əla xüsusiyyətlərə malikdir. Əhəmiyyətli qiymət və performans üstünlüklərinə malikdir və silisium karbid güc cihazlarının inkişafının əsas istiqamətinə çevrilmişdir. Rohm rəsmi saytına görə, ROHM Gen3 strukturu (Gen1 Xəndək strukturu) Gen2 (Plannar2) çip sahəsinin yalnız 75%-ni təşkil edir və ROHM Gen3 strukturunun müqaviməti eyni çip ölçüsündə 50% azalır.
Silikon karbid substratı, epitaksiya, ön hissə, elmi-tədqiqat və inkişaf xərcləri və digərləri silisium karbid cihazlarının istehsal dəyərinin müvafiq olaraq 47%, 23%, 19%, 6% və 5% təşkil edir.
Nəhayət, biz silisium karbid sənaye zəncirində substratların texniki maneələrini sındırmağa diqqət yetirəcəyik.
Silisium karbid substratlarının istehsal prosesi silisium əsaslı substratlara bənzəyir, lakin daha çətindir.
Silikon karbid substratının istehsal prosesi ümumiyyətlə xammal sintezi, kristal böyüməsi, külçə emalı, külçə kəsilməsi, vafli üyüdülməsi, cilalanması, təmizlənməsi və digər əlaqələri əhatə edir.
Kristal böyümə mərhələsi bütün prosesin əsasını təşkil edir və bu addım silisium karbid substratının elektrik xüsusiyyətlərini müəyyənləşdirir.
Silikon karbid materialları normal şəraitdə maye fazada böyümək çətindir. Bu gün bazarda məşhur olan buxar fazasının böyüməsi üsulu 2300°C-dən yuxarı böyümə temperaturuna malikdir və böyümə temperaturuna dəqiq nəzarət tələb edir. Bütün əməliyyat prosesini müşahidə etmək demək olar ki, çətindir. Yüngül bir səhv məhsulun qırılmasına səbəb olacaq. Müqayisə üçün, silikon materialları yalnız 1600 ℃ tələb edir ki, bu da daha aşağıdır. Silisium karbid substratlarının hazırlanması da kristalların yavaş böyüməsi və yüksək kristal forma tələbləri kimi çətinliklərlə üzləşir. Silikon karbid vafli böyüməsi təxminən 7-10 gün çəkir, silisium çubuğunun çəkilməsi isə cəmi 2 gün yarım çəkir. Üstəlik, silisium karbid sərtliyi yalnız almazdan sonra ikinci olan bir materialdır. Kəsmə, daşlama və cilalama zamanı çox şey itirəcək və çıxış nisbəti yalnız 60% -dir.
Biz bilirik ki, tendensiya silikon karbid substratlarının ölçüsünü artırmaqdır, ölçüsü artmağa davam etdikcə, diametrlərin genişləndirilməsi texnologiyasına olan tələblər getdikcə daha yüksək olur. Kristalların iterativ artımına nail olmaq üçün müxtəlif texniki nəzarət elementlərinin birləşməsini tələb edir.
Göndərmə vaxtı: 22 may 2024-cü il