La teknikaj malfacilaĵoj en stabila amasproduktado de altkvalitaj silicikarburaj oblatoj kun stabila agado inkluzivas:
1) Ĉar kristaloj bezonas kreski en alt-temperatura sigelita medio super 2000 °C, la postuloj pri temperaturo-kontrolo estas ekstreme altaj;
2) Ĉar siliciokarbido havas pli ol 200 kristalajn strukturojn, sed nur kelkaj strukturoj de unukristala siliciokarbido estas la bezonataj duonkonduktaĵoj, la proporcio de silicio-karbono, kreska temperaturgradiento kaj kristala kresko devas esti precize kontrolitaj dum la procezo de kresko de kristalo. Parametroj kiel rapido kaj aerflua premo;
3) Sub la vaporfaza transdono metodo, la diametra ekspansio teknologio de silicio-karbura kristala kresko estas ege malfacila;
4) La malmoleco de siliciokarbido estas proksima al tiu de diamanto, kaj tranĉado, muelado kaj polurado teknikoj estas malfacilaj.
SiC epitaksaj oblatoj: kutime produktitaj per kemia vapordemetado (CVD) metodo. Laŭ malsamaj dopaj specoj, ili estas dividitaj en n-tipaj kaj p-tipaj epitaksaj oblatoj. Hejmaj Hantian Tiancheng kaj Dongguan Tianyu jam povas disponigi 4-colajn/6-colajn SiC-eptaksajn oblatojn. Por SiC epitaksio, estas malfacile kontroli en la alttensia kampo, kaj la kvalito de SiC epitaksio havas pli grandan efikon al SiC-aparatoj. Plie, epitaksia ekipaĵo estas monopoligita de la kvar ĉefaj kompanioj en la industrio: Axitron, LPE, TEL kaj Nuflare.
Silicia karburo epitaksiaoblato rilatas al silicikarburoblato en kiu ununura kristala filmo (epitaksia tavolo) kun certaj postuloj kaj la sama kiel la substratkristalo estas kultivita sur la origina silicikarbidsubstrato. Epitaxial kresko ĉefe uzas CVD (Kemia Vapordeponado, ) ekipaĵo aŭ MBE (Molecular Beam Epitaxy) ekipaĵo. Ĉar siliciokarburaj aparatoj estas fabrikitaj rekte en la epitaksia tavolo, la kvalito de la epitaksia tavolo rekte influas la agadon kaj rendimenton de la aparato. Ĉar la tensio eltenas rendimenton de la aparato daŭre pliiĝas, la dikeco de la responda epitaxial tavolo fariĝas pli dika kaj la kontrolo fariĝas pli malfacila.Ĝenerale, kiam la tensio estas ĉirkaŭ 600V, la postulata epitaxial tavolo dikeco estas ĉirkaŭ 6 mikronoj; kiam la tensio estas inter 1200-1700V, la bezonata epitaxial tavola dikeco atingas 10-15 mikronojn. Se la tensio atingas pli ol 10,000 voltojn, povas esti postulata epitaksia tavoldikeco de pli ol 100 mikronoj. Ĉar la dikeco de la epitaksia tavolo daŭre pliiĝas, iĝas ĉiam pli malfacile kontroli dikecon kaj resistivecon unuformecon kaj difektan densecon.
SiC-aparatoj: Internacie, 600~1700V SiC SBD kaj MOSFET estis industriigitaj. La ĉefaj produktoj funkcias je tensio-niveloj sub 1200V kaj ĉefe adoptas TO-pakadon. Koncerne prezojn, SiC-produktoj sur la internacia merkato havas prezon ĉirkaŭ 5-6 fojojn pli alta ol siaj Si-ekvivalentoj. Tamen, prezoj malpliiĝas je jara rapideco de 10%. kun la ekspansio de kontraŭfluaj materialoj kaj aparatoproduktado en la venontaj 2-3 jaroj, la merkata provizo pliiĝos, kondukante al pliaj prezoj. Estas atendite, ke kiam la prezo atingos 2-3 fojojn ol de Si-produktoj, la avantaĝoj alportitaj de reduktitaj sistemaj kostoj kaj plibonigita rendimento iom post iom igos SiC okupi la merkatan spacon de Si-aparatoj.
Tradicia enpakado baziĝas sur silici-bazitaj substratoj, dum triageneraciaj semikonduktaĵoj postulas tute novan dezajnon. Uzante tradiciajn silicio-bazitajn enpakajn strukturojn por larĝbendaj potencaj aparatoj povas enkonduki novajn problemojn kaj defiojn ligitajn al frekvenco, termika administrado kaj fidindeco. SiC-potencaparatoj estas pli sentemaj al parazita kapacitanco kaj induktanco. Kompare al Si-aparatoj, SiC-potencaj blatoj havas pli rapidajn ŝanĝrapidojn, kiuj povas konduki al superpaĝo, oscilado, pliigitaj ŝanĝperdoj kaj eĉ misfunkciadoj de aparato. Plie, SiC-potencaparatoj funkciigas ĉe pli altaj temperaturoj, postulante pli progresintajn termikajn administradteknikojn.
Vario de malsamaj strukturoj estis evoluigitaj en la kampo de larĝ-bandgap duonkonduktaĵo-potencpakado. Tradicia Si-bazita potenca modula pakado ne plu taŭgas. Por solvi la problemojn de altaj parazitaj parametroj kaj malriĉa varmo disipa efikeco de tradicia Si-bazita potenca modula pakado, SiC-potenca modula pakado adoptas sendratan interkonekton kaj duoblan-flankan malvarmigan teknologion en sia strukturo, kaj ankaŭ adoptas la substratajn materialojn kun pli bona termika. konduktiveco, kaj provis integri malkunligajn kondensiloj, temperaturo-/nunajn sensilojn, kaj veturcirkvitojn en la modulan strukturon, kaj evoluigis diversajn malsamajn modulajn pakteknologiojn. Plie, ekzistas altaj teknikaj baroj al fabrikado de SiC-aparatoj kaj produktadkostoj estas altaj.
Silicikarburaparatoj estas produktitaj deponante epitaksajn tavolojn sur silicikarbidsubstrato tra CVD. La procezo implikas purigadon, oksigenadon, fotolitografion, akvaforton, nudigadon de fotorezisto, jonenplantadon, kemian vapordemetadon de silicionitruro, poluradon, sputtering, kaj postajn pretigŝtupojn por formi la aparatostrukturon sur la SiC unukristala substrato. Ĉefaj specoj de SiC-potencaparatoj inkludas SiC-diodojn, SiC-transistorojn, kaj SiC-potencmodulojn. Pro faktoroj kiel malrapida kontraŭflua materialproduktadrapideco kaj malaltaj rendimentoprocentoj, silicikarburaj aparatoj havas relative altajn produktadkostojn.
Krome, fabrikado de silicikarburaj aparatoj havas iujn teknikajn malfacilaĵojn:
1) Necesas evoluigi specifan procezon, kiu kongruas kun la karakterizaĵoj de siliciokarburaj materialoj. Ekzemple: SiC havas altan frostopunkton, kio faras tradician termikan difuzon neefika. Estas necese uzi metodon de dopado de jon-enplantado kaj precize kontroli parametrojn kiel temperaturon, hejtado-rapidecon, daŭron kaj gasfluon; SiC estas inerta al kemiaj solviloj. Metodoj kiel seka akvaforto devus esti uzataj, kaj masko materialoj, gasmiksaĵoj, kontrolo de flankmura deklivo, akvaforta indico, flankmura malglateco, ktp devus esti optimumigita kaj evoluigita;
2) La fabrikado de metalaj elektrodoj sur silicikarburaj oblatoj postulas kontaktoreziston sub 10-5Ω2. La elektrodaj materialoj, kiuj plenumas la postulojn, Ni kaj Al, havas malbonan termikan stabilecon super 100 °C, sed Al/Ni havas pli bonan termikan stabilecon. La kontakta specifa rezisto de /W/Au kunmetita elektroda materialo estas 10-3Ω2 pli alta;
3) SiC havas altan tranĉan eluziĝon, kaj la malmoleco de SiC estas dua nur ol diamanto, kiu prezentas pli altajn postulojn por tranĉado, muelado, polurado kaj aliaj teknologioj.
Plie, tranĉeaj siliciokarburaj potencaj aparatoj estas pli malfacile fabrikeblaj. Laŭ malsamaj aparatoj strukturoj, silicikarburaj potencaj aparatoj povas esti plejparte dividitaj en planarajn aparatojn kaj tranĉeajn aparatojn. Planarsilicikarburaj potencaj aparatoj havas bonan unuokonsekvencon kaj simplan produktadprocezon, sed estas inklinaj al JFET-efekto kaj havas altan parazitan kapacitancon kaj surŝtata rezisto. Kompare kun ebenaj aparatoj, tranĉeaj siliciokarburaj potencaj aparatoj havas pli malaltan unuokonsekvencon kaj havas pli kompleksan produktadprocezon. Tamen, la tranĉea strukturo favoras pliigi la aparatan unuodenson kaj malpli verŝajne produktas la JFET-efikon, kiu estas utila por solvi la problemon de kanala movebleco. Ĝi havas bonegajn proprietojn kiel malgranda surrezisto, malgranda parazita kapacitanco kaj malalta ŝanĝa energikonsumo. Ĝi havas signifajn kostajn kaj rendimentajn avantaĝojn kaj fariĝis la ĉefa direkto de la disvolviĝo de silicikarburaj potencaj aparatoj. Laŭ la oficiala retejo de Rohm, la strukturo de ROHM Gen3 (strukturo Gen1 Trench) estas nur 75% de la areo de blato Gen2 (Plannar2), kaj la surrezisto de la strukturo de ROHM Gen3 estas reduktita je 50% sub la sama peceto.
Silicikarbura substrato, epitaksio, front-end, R&D-elspezoj kaj aliaj okupas 47%, 23%, 19%, 6% kaj 5% de la fabrikada kosto de silicikarburaj aparatoj respektive.
Fine, ni koncentriĝos pri malkonstruo de la teknikaj baroj de substratoj en la silicio-karbura industriĉeno.
La produktadprocezo de silicikarbidsubstratoj estas simila al tiu de silici-bazitaj substratoj, sed pli malfacila.
La produktada procezo de silicio-karbura substrato ĝenerale inkluzivas krudmaterialan sintezon, kristalan kreskon, ingotpretigon, ingotan tranĉadon, oblan muelon, poluadon, purigadon kaj aliajn ligilojn.
La kristala kreskostadio estas la kerno de la tuta procezo, kaj ĉi tiu paŝo determinas la elektrajn ecojn de la substrato de silicio-karburo.
Silicikarburaj materialoj malfacilas kreski en la likva fazo en normalaj kondiĉoj. La vaporfaza kreskmetodo populara en la merkato hodiaŭ havas kreskotemperaturon super 2300 °C kaj postulas precizan kontrolon de la kreskotemperaturo. La tuta operacio procezo estas preskaŭ malfacile observi. Malgranda eraro kondukos al produkta forigo. Kompare, siliciaj materialoj postulas nur 1600℃, kio estas multe pli malalta. Prepari siliciokarbidsubstratojn ankaŭ alfrontas malfacilaĵojn kiel malrapida kristala kresko kaj altaj kristalformpostuloj. Silicikarbura oblatkresko daŭras proksimume 7 ĝis 10 tagojn, dum silicia bastono tirado daŭras nur 2 kaj duonon tagojn. Plie, siliciokarbido estas materialo, kies malmoleco estas la dua nur post diamanto. Ĝi multe perdos dum tranĉado, muelado kaj polurado, kaj la eligo-proporcio estas nur 60%.
Ni scias, ke la tendenco estas pliigi la grandecon de siliciokarburaj substratoj, ĉar la grandeco daŭre pliiĝas, la postuloj por diametra ekspansia teknologio pli kaj pli altiĝas. Ĝi postulas kombinaĵon de diversaj teknikaj kontrolelementoj por atingi ripetan kreskon de kristaloj.
Afiŝtempo: majo-22-2024