Тұрақты өнімділігі бар жоғары сапалы кремний карбидті пластиналарды тұрақты сериялық өндірудегі техникалық қиындықтарға мыналар жатады:
1) Кристаллдар 2000°C-тан жоғары жоғары температуралы тығыздалған ортада өсуі қажет болғандықтан, температураны бақылау талаптары өте жоғары;
2) Кремний карбидінің 200-ден астам кристалдық құрылымы болғандықтан, бірақ бір кристалды кремний карбидінің бірнеше құрылымы ғана қажетті жартылай өткізгіш материалдар болғандықтан, кремний-көміртектің қатынасы, өсу температурасының градиенті және кристалдың өсуін дәл бақылау қажет. кристалдардың өсу процесі. Жылдамдық және ауа ағынының қысымы сияқты параметрлер;
3) Бу фазасының берілу әдісі кезінде кремний карбиді кристалының өсуінің диаметрін кеңейту технологиясы өте қиын;
4) Кремний карбидінің қаттылығы алмазға жақын, ал кесу, тегістеу және жылтырату әдістері қиын.
SiC эпитаксиалды пластиналар: әдетте химиялық буларды тұндыру (CVD) әдісімен жасалады. Әртүрлі допинг түрлеріне сәйкес олар n-типті және p-типті эпитаксиалды пластиналар болып бөлінеді. Отандық Hantian Tiancheng және Dongguan Tianyu қазірдің өзінде 4 дюйм/6 дюймдік SiC эпитаксиалды пластиналарды қамтамасыз ете алады. SiC эпитаксисі үшін жоғары вольтты өрісте бақылау қиын, ал SiC эпитаксисінің сапасы SiC құрылғыларына көбірек әсер етеді. Сонымен қатар, эпитаксиалды жабдықты саладағы жетекші төрт компания монополиялайды: Axitron, LPE, TEL және Nuflare.
Кремний карбиді эпитаксиалдывафли кремний карбидінің бастапқы қабатында белгілі бір талаптарға ие және субстрат кристалымен бірдей монокристалды қабықша (эпитаксиалды қабат) өсірілетін кремний карбиді пластинасына жатады. Эпитаксиалды өсу негізінен CVD (Химиялық будың тұндыру, ) жабдығын немесе MBE (Молекулярлық сәуленің эпитаксисі) жабдығын пайдаланады. Кремний карбиді құрылғылары тікелей эпитаксиалды қабатта жасалғандықтан, эпитаксиалды қабаттың сапасы құрылғының өнімділігі мен өнімділігіне тікелей әсер етеді. Құрылғының кернеуге төтеп беру өнімділігі артқан сайын, сәйкес эпитаксиалды қабаттың қалыңдығы қалыңдап, басқару қиындай түседі. Әдетте, кернеу 600 В шамасында болғанда, эпитаксиалды қабаттың қажетті қалыңдығы шамамен 6 микронды құрайды; кернеу 1200-1700В аралығында болғанда эпитаксиалды қабаттың қажетті қалыңдығы 10-15 мкм жетеді. Кернеу 10 000 вольттан асатын болса, эпитаксиалды қабаттың қалыңдығы 100 микроннан астам қажет болуы мүмкін. Эпитаксиалды қабаттың қалыңдығы ұлғайған сайын қалыңдық пен кедергінің біркелкілігін және ақау тығыздығын бақылау қиындай түседі.
SiC құрылғылары: халықаралық деңгейде 600~1700V SiC SBD және MOSFET индустрияландырылған. Негізгі өнімдер 1200 В төмен кернеу деңгейлерінде жұмыс істейді және ең алдымен TO орамдарын қабылдайды. Бағаға келетін болсақ, халықаралық нарықта SiC өнімдері Si әріптестерінен шамамен 5-6 есе жоғары бағаланады. Дегенмен, баға жыл сайын 10% төмендейді. алдағы 2-3 жылда жоғары ағынды материалдар мен құрылғылар өндірісінің кеңеюімен нарықтық ұсыныс ұлғаяды, бұл бағаның одан әрі төмендеуіне әкеледі. Бағасы Si өнімдеріне қарағанда 2-3 есеге жеткенде, жүйе шығындарын азайту және өнімділікті жақсарту арқылы әкелетін артықшылықтар SiC-ті Si құрылғыларының нарықтық кеңістігін бірте-бірте иеленуіне әкеледі деп күтілуде.
Дәстүрлі қаптама кремний негізіндегі субстраттарға негізделген, ал үшінші буындағы жартылай өткізгіш материалдар мүлдем жаңа дизайнды қажет етеді. Кең ауқымды қуат құрылғылары үшін дәстүрлі кремний негізіндегі орау құрылымдарын пайдалану жиілікке, жылуды басқаруға және сенімділікке қатысты жаңа мәселелер мен қиындықтарды тудыруы мүмкін. SiC қуат құрылғылары паразиттік сыйымдылық пен индуктивтілікке аса сезімтал. Si құрылғыларымен салыстырғанда, SiC қуат микросхемаларының ауысу жылдамдығы анағұрлым жоғары, бұл асып кетуге, тербеліске, коммутациялық жоғалтулардың жоғарылауына және тіпті құрылғының ақауларына әкелуі мүмкін. Бұған қоса, SiC қуат құрылғылары жоғарырақ температурада жұмыс істейді, бұл жылуды басқарудың жетілдірілген әдістерін қажет етеді.
Кең диапазонды жартылай өткізгішті қуат орау саласында әртүрлі әртүрлі құрылымдар әзірленді. Си негізіндегі дәстүрлі қуат модулінің қаптамасы енді жарамсыз. Си-негізіндегі дәстүрлі қуат модулінің қаптамасының жоғары паразиттік параметрлері мен нашар жылуды тарату тиімділігі мәселелерін шешу үшін, SiC қуат модулінің қаптамасы сымсыз қосылуды және екі жақты салқындату технологиясын өз құрылымында қабылдайды, сонымен қатар жақсырақ термиялық субстрат материалдарын қабылдайды. өткізгіштігін анықтады және ажырату конденсаторларын, температура/ток сенсорларын және жетек тізбектерін модуль құрылымына біріктіруге тырысты және әртүрлі әртүрлі модульді орау технологиялары. Сонымен қатар, SiC құрылғыларын өндіруде жоғары техникалық кедергілер бар және өндіріс шығындары жоғары.
Кремний карбиді құрылғылары CVD арқылы кремний карбиді субстратына эпитаксиалды қабаттарды қою арқылы шығарылады. Процесс тазалауды, тотығуды, фотолитографияны, штамптауды, фоторезистті тазартуды, ионды имплантациялауды, кремний нитридінің химиялық буын тұндыруды, жылтыратуды, шашыратуды және SiC монокристалды субстратта құрылғы құрылымын қалыптастыру үшін кейінгі өңдеу қадамдарын қамтиды. SiC қуат құрылғыларының негізгі түрлеріне SiC диодтары, SiC транзисторлары және SiC қуат модульдері жатады. Баяу материалды өндіру жылдамдығы және төмен кірістілік сияқты факторларға байланысты кремний карбиді құрылғылары салыстырмалы түрде жоғары өндірістік шығындарға ие.
Сонымен қатар, кремний карбиді құрылғысын өндіруде белгілі бір техникалық қиындықтар бар:
1) Кремний карбиді материалдарының сипаттамаларына сәйкес келетін нақты процесті әзірлеу қажет. Мысалы: SiC жоғары балқу температурасына ие, бұл дәстүрлі термиялық диффузияны тиімсіз етеді. Ионды имплантациялау легирлеу әдісін қолдану және температура, қыздыру жылдамдығы, ұзақтығы және газ шығыны сияқты параметрлерді дәл бақылау қажет; SiC химиялық еріткіштерге инертті. Құрғақ ою сияқты әдістерді қолдану керек, ал маска материалдары, газ қоспалары, бүйір қабырғаларының еңісін бақылау, ою жылдамдығы, бүйір қабырғаларының кедір-бұдыры және т.б. оңтайландырылған және әзірленген болуы керек;
2) Кремний карбидті пластиналардағы металл электродтарды жасау үшін 10-5Ω2 төмен жанасу кедергісі қажет. Талаптарға сәйкес келетін электродтық материалдар, Ni және Al, 100°C жоғары термиялық тұрақтылыққа ие, бірақ Al/Ni жақсы термиялық тұрақтылыққа ие. /W/Au композиттік электрод материалының контактінің меншікті кедергісі 10-3Ω2 жоғары;
3) SiC кесу тозуы жоғары, ал SiC қаттылығы кесу, тегістеу, жылтырату және басқа технологияларға жоғары талаптар қоятын алмаздан кейін екінші орында.
Сонымен қатар, траншеялық кремний карбиді қуат құрылғыларын өндіру қиынырақ. Құрылғының әртүрлі құрылымдарына сәйкес кремний карбидінің қуат құрылғыларын негізінен жазық құрылғыларға және траншеялық құрылғыларға бөлуге болады. Планарлы кремний карбидінің қуат құрылғылары жақсы бірлік консистенциясына және қарапайым өндіріс процесіне ие, бірақ JFET әсеріне бейім және жоғары паразиттік сыйымдылыққа және күйдегі қарсылыққа ие. Жазық құрылғылармен салыстырғанда, траншеялық кремний карбидті қуат құрылғылары бірлік консистенциясына ие және күрделірек өндірістік процесске ие. Дегенмен, траншея құрылымы құрылғы бірлігінің тығыздығын арттыруға қолайлы және арнаның қозғалғыштығы мәселесін шешуге пайдалы JFET әсерін жасау ықтималдығы аз. Оның шағын қарсылық, шағын паразиттік сыйымдылық және коммутациялық энергияны аз тұтыну сияқты тамаша қасиеттері бар. Ол айтарлықтай құны мен өнімділігі бойынша артықшылықтарға ие және кремний карбидінің қуат құрылғыларын дамытудың негізгі бағыты болды. Rohm ресми веб-сайтына сәйкес, ROHM Gen3 құрылымы (Gen1 Trench құрылымы) Gen2 (Plannar2) чип аймағының тек 75% құрайды және ROHM Gen3 құрылымының қарсылығы бірдей чип өлшемі бойынша 50% азаяды.
Кремний карбидті субстрат, эпитаксия, фронтальды, ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық шығындар және басқалары кремний карбиді құрылғыларының өндіріс құнының сәйкесінше 47%, 23%, 19%, 6% және 5% құрайды.
Соңында, біз кремний карбиді өнеркәсіп тізбегіндегі субстраттардың техникалық кедергілерін бұзуға назар аударамыз.
Кремний карбиді астарын өндіру процесі кремний негізіндегі негіздерге ұқсас, бірақ қиынырақ.
Кремний карбиді субстратын өндіру процесі негізінен шикізат синтезін, кристалдың өсуін, құйманы өңдеуді, құйманы кесуді, вафлиді ұнтақтауды, жылтыратуды, тазалауды және басқа сілтемелерді қамтиды.
Кристалл өсу сатысы бүкіл процестің өзегі болып табылады және бұл қадам кремний карбиді субстратының электрлік қасиеттерін анықтайды.
Кремний карбидті материалдардың қалыпты жағдайда сұйық фазада өсуі қиын. Бүгінгі таңда нарықта танымал бу фазасының өсу әдісі 2300 ° C-тан жоғары өсу температурасына ие және өсу температурасын дәл бақылауды талап етеді. Бүкіл операция процесін байқау қиын дерлік. Кішкене қате өнімнің жойылуына әкеледі. Салыстырмалы түрде алғанда, кремний материалдары тек 1600℃ қажет, бұл әлдеқайда төмен. Кремний карбиді субстраттарын дайындау сонымен қатар кристалдардың баяу өсуі және жоғары кристалды пішін талаптары сияқты қиындықтарға тап болады. Кремний карбиді пластинаның өсуі шамамен 7-10 күнді алады, ал кремний штангасын тарту тек 2 жарым күнді алады. Сонымен қатар, кремний карбиді - қаттылығы алмаздан кейінгі екінші материал. Ол кесу, ұнтақтау және жылтырату кезінде көп нәрсені жоғалтады, ал шығу коэффициенті тек 60% құрайды.
Біз кремний карбидті субстраттардың көлемін ұлғайту үрдісі екенін білеміз, өйткені өлшемі ұлғайған сайын диаметрді кеңейту технологиясына қойылатын талаптар жоғарырақ және жоғарырақ болып келеді. Кристалдардың қайталанатын өсуіне қол жеткізу үшін әртүрлі техникалық басқару элементтерінің комбинациясы қажет.
Хабарлама уақыты: 22 мамыр 2024 ж