Déi technesch Schwieregkeete bei der stabiler Masseproduktioun vu qualitativ héichwäerte Siliziumkarbidwafere mat stabiler Leeschtung enthalen:
1) Well d'Kristalle mussen an engem héich-Temperatur versiegelt Ëmfeld iwwer 2000 ° C wuessen, sinn d'Temperaturkontrollfuerderunge extrem héich;
2) Zënter Siliziumkarbid méi wéi 200 Kristallstrukturen huet, awer nëmmen e puer Strukture vun Single-Crystal Silicon Carbide sinn déi erfuerderlech Hallefleitmaterialien, muss de Silizium-zu-Kuelestoff-Verhältnis, de Wuesstumstemperaturgradient, an de Kristallwuesstum präzis kontrolléiert ginn. de Kristallwachstumsprozess. Parameteren wéi Geschwindegkeet a Loftflossdrock;
3) Ënnert der Dampphase-Transmissiounsmethod ass d'Duerchmiesser-Expansiounstechnologie vum Siliziumkarbid-Kristallwachstum extrem schwéier;
4) D'Härheet vum Siliziumkarbid ass no bei deem vum Diamant, a Schneiden, Schleifen a Polieren Techniken si schwéier.
SiC epitaxial Wafere: normalerweis fabrizéiert duerch chemesch Vapor Deposition (CVD) Method. No verschiddenen Doping Zorte si se an n-Typ an p-Typ epitaxial wafer opgedeelt. Domestic Hantian Tiancheng an Dongguan Tianyu kënne scho 4-Zoll / 6-Zoll SiC epitaxial Wafere ubidden. Fir SiC Epitaxie ass et schwéier am Héichspannungsfeld ze kontrolléieren, an d'Qualitéit vun der SiC Epitaxie huet e méi groussen Impakt op SiC Apparater. Ausserdeem ass epitaxial Ausrüstung monopoliséiert vun de véier féierende Firmen an der Industrie: Axitron, LPE, TEL an Nuflare.
Siliziumkarbid epitaxialwafer bezitt sech op e Siliziumkarbidwafer, an deem en eenzegen Kristallfilm (epitaxialschicht) mat bestëmmten Ufuerderungen an d'selwecht wéi de Substratkristall op dem urspréngleche Siliziumkarbidsubstrat gewuess ass. Epitaxial Wuesstem benotzt haaptsächlech CVD (Chemical Vapor Deposition, ) Ausrüstung oder MBE (Molecular Beam Epitaxy) Ausrüstung. Zënter Siliciumcarbid-Geräter ginn direkt an der epitaxialer Schicht hiergestallt, beaflosst d'Qualitéit vun der Epitaxialschicht direkt d'Performance an d'Ausbezuelung vum Apparat. Wéi d'Spannung vun der Leeschtung vum Apparat weider eropgeet, gëtt d'Dicke vun der entspriechender Epitaxialschicht méi déck an d'Kontroll gëtt méi schwéier.Allgemeng, wann d'Spannung ëm 600V ass, ass déi erfuerderlech Epitaxialschichtdicke ongeféier 6 Mikron; wann d'Spannung tëscht 1200-1700V ass, erreecht déi erfuerderlech epitaxial Schichtdicke 10-15 Mikron. Wann d'Spannung méi wéi 10.000 Volt erreecht, kann eng epitaxial Schichtdicke vu méi wéi 100 Mikron néideg sinn. Wéi d'Dicke vun der epitaxialer Schicht weider eropgeet, gëtt et ëmmer méi schwéier d'Dicke an d'Resistivitéitsuniformitéit an d'Defektdicht ze kontrolléieren.
SiC Apparater: International, 600 ~ 1700V SiC SBD a MOSFET goufen industrialiséiert. D'Mainstream Produkter funktionnéieren op Spannungsniveauen ënner 1200V an adoptéieren haaptsächlech TO Verpackungen. Wat d'Präisser ugeet, si SiC Produkter um internationale Maart bei ongeféier 5-6 Mol méi héich wéi hir Si Géigeparteien. Wéi och ëmmer, d'Präisser falen mat engem jäerlechen Taux vun 10%. mat der Expansioun vun Upstream Materialien an Apparat Produktioun an den nächsten 2-3 Joer wäert d'Maartversuergung eropgoen, wat zu weidere Präisreduktiounen féiert. Et gëtt erwaart datt wann de Präis 2-3 Mol dee vu Si Produkter erreecht, d'Virdeeler, déi duerch reduzéierte Systemkäschten a verbessert Leeschtung bruecht ginn, lues a lues SiC féieren fir de Maartraum vu Si Geräter ze besetzen.
Traditionell Verpakung baséiert op Silizium-baséiert Substrate, während drëtt Generatioun Hallefleitmaterialien e komplett neien Design erfuerderen. Mat traditionelle Silizium-baséiert Verpackungsstrukture fir breet Bandgap Kraaftapparater kënnen nei Themen an Erausfuerderunge mat der Frequenz, thermescher Gestioun an Zouverlässegkeet aféieren. SiC Kraaftapparater si méi empfindlech op parasitär Kapazitéit an Induktioun. Am Verglach mat Si-Geräter hunn SiC-Kraaftchips méi séier Schaltgeschwindegkeet, wat zu Iwwerschoss, Schwéngung, erhéicht Schaltverloschter a souguer Apparatfehler féiere kann. Zousätzlech funktionnéiere SiC Kraaftapparater bei méi héijen Temperaturen, erfuerderen méi fortgeschratt thermesch Gestiounstechniken.
Eng Vielfalt vu verschiddene Strukture goufen am Beräich vun der breet Bandgap Halbleiter Kraaftverpackung entwéckelt. Traditionell Si-baséiert Muecht Modul Verpakung ass net méi gëeegent. Fir d'Problemer vun héich parasitären Parameteren a schlecht Hëtzt dissipation Effizienz vun traditionell Si-baséiert Muecht Modul Verpakung ze léisen, adoptéiert SiC Muecht Modul Verpakung drahtlose Interconnection an duebel-Säit Killmëttel Technologie a senger Struktur, an adoptéiert och de Substrat Material mat besser thermesch. Konduktivitéit, a probéiert d'Entkupplungskondensatoren, Temperatur / Stroumsensoren, a Fuertkreesser an d'Modulstruktur z'integréieren, an hunn eng Vielfalt vu verschiddene Modulverpackungstechnologien entwéckelt. Ausserdeem ginn et héich technesch Barrièren fir SiC-Geräterfabrikatioun an d'Produktiounskäschte sinn héich.
Siliziumkarbid Geräter ginn produzéiert andeems se epitaxial Schichten op engem Siliziumkarbidsubstrat duerch CVD deposéieren. De Prozess beinhalt d'Botzen, d'Oxidatioun, d'Fotolithographie, d'Ätzen, d'Strippen vum Photoresist, d'Ionimplantatioun, d'chemesch Dampdepositioun vu Siliziumnitrid, d'Poléieren, d'Sputteren, a spéider Veraarbechtungsschrëtt fir d'Apparatstruktur op dem SiC Eenkristallsubstrat ze bilden. Haaptarten vu SiC Kraaftapparater enthalen SiC Dioden, SiC Transistoren, a SiC Kraaftmoduler. Wéinst Faktoren wéi lues Upstream Materialproduktiounsgeschwindegkeet an niddreg Ausbezuelungsraten, hunn Siliziumkarbidgeräter relativ héich Fabrikatiounskäschte.
Zousätzlech huet d'Fabrikatioun vun Siliziumkarbidgeräter verschidde technesch Schwieregkeeten:
1) Et ass néideg e spezifesche Prozess z'entwéckelen, dee konsequent mat de Charakteristike vu Siliziumkarbidmaterialien ass. Zum Beispill: SiC huet en héije Schmelzpunkt, wat traditionell thermesch Diffusioun net effikass mécht. Et ass néideg Ionimplantatioun Doping Method ze benotzen an präziist Kontroll Parameteren wéi Temperatur, Heizung Taux, Dauer, a Gas Flux; SiC ass inert zu chemesche Léisungsmëttel. Methode wéi dréchen Ätz soll benotzt ginn, a Mask Materialien, Gas Mëschung, Kontroll vun sidewall Steigungen, Ätzen Taux, sidewall roughness, etc soll optimiséiert an entwéckelt ginn;
2) D'Fabrikatioun vu Metallelektroden op Siliziumkarbidwafer erfuerdert Kontaktresistenz ënner 10-5Ω2. D'Elektrodenmaterialien, déi den Ufuerderunge entspriechen, Ni an Al, hunn eng schlecht thermesch Stabilitéit iwwer 100 ° C, awer Al / Ni huet besser thermesch Stabilitéit. D'Kontaktspezifesch Resistenz vum /W/Au Kompositelektrodematerial ass 10-3Ω2 méi héich;
3) SiC huet héich Schneidverschleiung, an d'Härheet vum SiC ass zweet nëmmen zum Diamant, wat méi héich Ufuerderunge fir Ausschneiden, Schleifen, Polieren an aner Technologien stellt.
Ausserdeem sinn Trench Siliziumkarbid Kraaftapparater méi schwéier ze fabrizéieren. No verschiddenen Apparat Strukturen, Silicon Carbide Muecht Apparater kënnen haaptsächlech an planar Apparater an Trench Apparater ënnerdeelt ginn. Planar Siliziumkarbid Kraaftapparater hunn eng gutt Eenheetskonsistenz an einfache Fabrikatiounsprozess, awer si ufälleg fir JFET Effekt an hunn héich parasitär Kapazitéit an On-State Resistenz. Am Verglach mat Planargeräter hunn Trench Siliziumkarbid Kraaftapparater méi niddereg Eenheetskonsistenz an hunn e méi komplexe Fabrikatiounsprozess. Wéi och ëmmer, d'Trenchstruktur ass förderlech fir d'Dicht vun der Apparat Eenheet ze erhéijen an ass manner wahrscheinlech de JFET Effekt ze produzéieren, wat gutt ass fir de Problem vun der Kanalmobilitéit ze léisen. Et huet exzellent Properties wéi kleng On-Resistenz, kleng parasitär Kapazitéit, a nidderegen Energieverbrauch. Et huet bedeitend Käschte- a Leeschtungsvirdeeler an ass d'Mainstream Richtung vun der Entwécklung vu Siliziumkarbid Kraaftapparater ginn. Laut Rohm offiziell Websäit ass d'ROHM Gen3 Struktur (Gen1 Trench Struktur) nëmmen 75% vum Gen2 (Plannar2) Chipberäich, an d'ROHM Gen3 Struktur d'On-Resistenz gëtt ëm 50% reduzéiert ënner der selwechter Chipgréisst.
Siliciumcarbid Substrat, Epitaxie, Front-End, R&D Ausgaben an anerer stellen 47%, 23%, 19%, 6% a 5% vun de Fabrikatiounskäschte vu Siliziumkarbidgeräter respektiv.
Schlussendlech wäerte mir eis fokusséieren op d'technesch Barrièren vu Substrate an der Siliziumkarbidindustriekette ofzebriechen.
De Produktiounsprozess vu Siliziumkarbidsubstrater ass ähnlech wéi dee vu Siliziumbaséierte Substrate, awer méi schwéier.
De Fabrikatiounsprozess vum Siliziumkarbidsubstrat enthält allgemeng Rohmaterialsynthese, Kristallwachstum, Ingotveraarbechtung, Ingot-Ausschneiden, Wafer Schleifen, Polieren, Botzen an aner Linken.
D'Kristallwachstumsstadium ass de Kär vum ganze Prozess, an dëse Schrëtt bestëmmt d'elektresch Eegeschafte vum Siliziumkarbidsubstrat.
Siliziumkarbidmaterialien si schwéier an der flësseger Phase ënner normale Bedéngungen ze wuessen. D'Dampphase Wuesstumsmethod populär um Maart haut huet eng Wuesstumstemperatur iwwer 2300 ° C a erfuerdert präzis Kontroll vun der Wuesstemperatur. De ganze Operatiounsprozess ass bal schwéier ze beobachten. E liichte Feeler féiert zu Produktschrott. Am Verglach, Siliziummaterialien erfuerderen nëmmen 1600 ℃, wat vill méi niddereg ass. D'Virbereedung vu Siliziumkarbidsubstrater huet och Schwieregkeeten wéi luesen Kristallwachstum an héich Kristallform Ufuerderunge. Silicon Carbide Wafer Wuesstem dauert ongeféier 7 bis 10 Deeg, während Silizium Staang zitt nëmmen 2 an en halleft Deeg. Ausserdeem ass Siliziumkarbid e Material deem seng Härtung zweet nëmmen zum Diamant ass. Et wäert vill verléieren beim Ausschneiden, Schleifen a Polieren, an d'Ausgabverhältnis ass nëmmen 60%.
Mir wëssen datt den Trend d'Gréisst vun de Siliziumkarbidsubstrater erhéijen, well d'Gréisst weider eropgeet, ginn d'Ufuerderunge fir Duerchmiesser Expansiounstechnologie méi héich a méi héich. Et erfuerdert eng Kombinatioun vu verschiddenen technesche Kontrollelementer fir iterative Wuesstum vu Kristalle z'erreechen.
Post Zäit: Mee-22-2024