Tehniskās grūtības stabili masveidā ražojot augstas kvalitātes silīcija karbīda plāksnes ar stabilu veiktspēju:
1) Tā kā kristāliem ir jāaug augstas temperatūras noslēgtā vidē virs 2000 ° C, temperatūras kontroles prasības ir ārkārtīgi augstas;
2) Tā kā silīcija karbīdam ir vairāk nekā 200 kristālu struktūru, bet tikai dažas vienkristāla silīcija karbīda struktūras ir nepieciešamie pusvadītāju materiāli, silīcija un oglekļa attiecība, augšanas temperatūras gradients un kristālu augšana ir precīzi jākontrolē. kristāla augšanas process. Tādi parametri kā ātrums un gaisa plūsmas spiediens;
3) Izmantojot tvaika fāzes pārraides metodi, silīcija karbīda kristālu augšanas diametra paplašināšanas tehnoloģija ir ārkārtīgi sarežģīta;
4) Silīcija karbīda cietība ir tuvu dimanta cietībai, un griešanas, slīpēšanas un pulēšanas metodes ir sarežģītas.
SiC epitaksiālās plāksnes: parasti ražo ar ķīmisko tvaiku pārklāšanas (CVD) metodi. Atbilstoši dažādiem dopinga veidiem tos iedala n tipa un p tipa epitaksiālās plāksnēs. Iekšzemes Hantian Tiancheng un Dongguan Tianyu jau var nodrošināt 4 collu/6 collu SiC epitaksiālās plāksnes. SiC epitaksijas gadījumā to ir grūti kontrolēt augstsprieguma laukā, un SiC epitaksijas kvalitātei ir lielāka ietekme uz SiC ierīcēm. Turklāt epitaksiālo aprīkojumu monopolizē četri vadošie nozares uzņēmumi: Axitron, LPE, TEL un Nuflare.
Silīcija karbīda epitaksiālsplāksne attiecas uz silīcija karbīda plāksni, kurā uz oriģinālā silīcija karbīda substrāta tiek audzēta viena kristāla plēve (epitaksiālais slānis) ar noteiktām prasībām un ir tāda pati kā substrāta kristāls. Epitaksiālā augšana galvenokārt izmanto CVD (ķīmisko tvaiku pārklāšanas) vai MBE (molekulārā staru epitaksijas) iekārtas. Tā kā silīcija karbīda ierīces tiek ražotas tieši epitaksiālajā slānī, epitaksiālā slāņa kvalitāte tieši ietekmē ierīces veiktspēju un ražīgumu. Tā kā ierīces sprieguma izturības veiktspēja turpina pieaugt, atbilstošā epitaksiskā slāņa biezums kļūst biezāks un kontrole kļūst grūtāka. Parasti, kad spriegums ir aptuveni 600 V, nepieciešamais epitaksiskā slāņa biezums ir aptuveni 6 mikroni; ja spriegums ir starp 1200-1700V, nepieciešamais epitaksiālā slāņa biezums sasniedz 10-15 mikronus. Ja spriegums sasniedz vairāk nekā 10 000 voltu, var būt nepieciešams epitaksiālā slāņa biezums, kas lielāks par 100 mikroniem. Tā kā epitaksiālā slāņa biezums turpina palielināties, kļūst arvien grūtāk kontrolēt biezuma un pretestības viendabīgumu un defektu blīvumu.
SiC ierīces: Starptautiski 600–1700 V SiC SBD un MOSFET ir industrializēti. Galvenie produkti darbojas ar sprieguma līmeni, kas zemāks par 1200 V, un galvenokārt izmanto TO iepakojumu. Runājot par cenu noteikšanu, SiC produktu cenas starptautiskajā tirgū ir aptuveni 5–6 reizes augstākas nekā to SiC izstrādājumu cenas. Tomēr cenas samazinās par 10% gadā. līdz ar augšējo materiālu un ierīču ražošanas paplašināšanos nākamajos 2-3 gados tirgus piedāvājums palielināsies, izraisot turpmāku cenu samazinājumu. Paredzams, ka tad, kad cena sasniegs 2–3 reizes augstāku par Si produktu cenu, priekšrocības, ko rada sistēmas izmaksu samazināšanās un uzlabota veiktspēja, pakāpeniski liks SiC ieņemt Si ierīču tirgus vietu.
Tradicionālā iepakojuma pamatā ir substrāti uz silīcija bāzes, savukārt trešās paaudzes pusvadītāju materiāliem ir nepieciešams pilnīgi jauns dizains. Izmantojot tradicionālas uz silīcija bāzes veidotas iepakojuma struktūras plašas frekvenču joslas strāvas ierīcēm, var rasties jaunas problēmas un problēmas saistībā ar frekvenci, siltuma pārvaldību un uzticamību. SiC barošanas ierīces ir jutīgākas pret parazitāro kapacitāti un induktivitāti. Salīdzinot ar Si ierīcēm, SiC jaudas mikroshēmām ir ātrāks pārslēgšanās ātrums, kas var izraisīt pārtēriņu, svārstības, palielinātus pārslēgšanas zudumus un pat ierīces darbības traucējumus. Turklāt SiC barošanas ierīces darbojas augstākā temperatūrā, un tām ir nepieciešamas uzlabotas siltuma pārvaldības metodes.
Platjoslas spraugas pusvadītāju jaudas iepakojuma jomā ir izstrādātas dažādas struktūras. Tradicionālais Si bāzes jaudas moduļu iepakojums vairs nav piemērots. Lai atrisinātu problēmas, kas saistītas ar augstiem parazītiskajiem parametriem un sliktu siltuma izkliedes efektivitāti no tradicionālā Si bāzes jaudas moduļa iepakojuma, SiC barošanas moduļa iepakojuma struktūrā tiek izmantota bezvadu starpsavienojuma un abpusējās dzesēšanas tehnoloģija, kā arī tiek izmantoti substrāta materiāli ar labāku siltuma līmeni. vadītspēju, un mēģināja integrēt moduļa struktūrā atsaistes kondensatorus, temperatūras/strāvas sensorus un piedziņas ķēdes, kā arī izstrādāja dažādas moduļu iepakošanas tehnoloģijas. Turklāt SiC ierīču ražošanai ir augsti tehniski šķēršļi, un ražošanas izmaksas ir augstas.
Silīcija karbīda ierīces tiek ražotas, uz silīcija karbīda substrāta uzklājot epitaksiālos slāņus caur CVD. Process ietver tīrīšanu, oksidēšanu, fotolitogrāfiju, kodināšanu, fotorezista noņemšanu, jonu implantāciju, silīcija nitrīda ķīmisko tvaiku pārklāšanu, pulēšanu, izsmidzināšanu un sekojošas apstrādes darbības, lai izveidotu ierīces struktūru uz SiC monokristāla substrāta. Galvenie SiC barošanas ierīču veidi ir SiC diodes, SiC tranzistori un SiC jaudas moduļi. Tādu faktoru dēļ kā lēns materiāla ražošanas ātrums un zems ražības līmenis silīcija karbīda ierīcēm ir salīdzinoši augstas ražošanas izmaksas.
Turklāt silīcija karbīda ierīču ražošanai ir noteiktas tehniskas grūtības:
1) Ir jāizstrādā īpašs process, kas atbilst silīcija karbīda materiālu īpašībām. Piemēram: SiC ir augsts kušanas punkts, kas padara tradicionālo termisko difūziju neefektīvu. Nepieciešams izmantot jonu implantācijas dopinga metodi un precīzi kontrolēt tādus parametrus kā temperatūra, sildīšanas ātrums, ilgums un gāzes plūsma; SiC ir inerts pret ķīmiskajiem šķīdinātājiem. Jāizmanto tādas metodes kā sausā kodināšana un jāoptimizē un jāattīsta masku materiāli, gāzu maisījumi, sānu malas slīpuma kontrole, kodināšanas ātrums, sānu nelīdzenums utt.;
2) Metāla elektrodu ražošanai uz silīcija karbīda plāksnēm nepieciešama kontakta pretestība zem 10-5Ω2. Elektrodu materiāliem, kas atbilst prasībām, Ni un Al, ir slikta termiskā stabilitāte virs 100°C, bet Al/Ni ir labāka termiskā stabilitāte. /W/Au kompozītmateriāla elektroda kontakta īpatnējā pretestība ir par 10-3Ω2 lielāka;
3) SiC ir augsts griešanas nodilums, un SiC cietība ir otrajā vietā pēc dimanta, kas izvirza augstākas prasības griešanai, slīpēšanai, pulēšanai un citām tehnoloģijām.
Turklāt tranšeju silīcija karbīda barošanas ierīces ir grūtāk ražot. Saskaņā ar dažādām ierīču struktūrām silīcija karbīda jaudas ierīces galvenokārt var iedalīt plakanās ierīcēs un tranšeju ierīcēs. Plakanām silīcija karbīda barošanas ierīcēm ir laba vienības konsistence un vienkāršs ražošanas process, taču tās ir pakļautas JFET efektam, un tām ir augsta parazitārā kapacitāte un pretestība stāvoklī. Salīdzinot ar plakanām ierīcēm, tranšeju silīcija karbīda barošanas ierīcēm ir mazāka vienības konsistence un sarežģītāks ražošanas process. Tomēr tranšejas struktūra veicina ierīces vienības blīvuma palielināšanu, un ir mazāka iespēja radīt JFET efektu, kas ir labvēlīgs kanālu mobilitātes problēmas risināšanai. Tam ir lieliskas īpašības, piemēram, maza ieslēgšanas pretestība, maza parazitārā kapacitāte un zems pārslēgšanas enerģijas patēriņš. Tam ir ievērojamas izmaksu un veiktspējas priekšrocības, un tas ir kļuvis par galveno virzienu silīcija karbīda barošanas ierīču attīstībā. Saskaņā ar Rohm oficiālo vietni, ROHM Gen3 struktūra (Gen1 Trench struktūra) ir tikai 75% no Gen2 (Plannar2) mikroshēmas laukuma, un ROHM Gen3 struktūras pretestība ir samazināta par 50% ar tādu pašu mikroshēmas izmēru.
Silīcija karbīda substrāts, epitaksija, priekšgals, pētniecības un attīstības izdevumi un citi veido attiecīgi 47%, 23%, 19%, 6% un 5% no silīcija karbīda ierīču ražošanas izmaksām.
Visbeidzot, mēs koncentrēsimies uz substrātu tehnisko barjeru nojaukšanu silīcija karbīda rūpniecības ķēdē.
Silīcija karbīda substrātu ražošanas process ir līdzīgs silīcija bāzes substrātu ražošanas process, taču grūtāks.
Silīcija karbīda substrāta ražošanas process parasti ietver izejvielu sintēzi, kristālu augšanu, stieņu apstrādi, stieņu griešanu, vafeļu slīpēšanu, pulēšanu, tīrīšanu un citas saites.
Kristālu augšanas stadija ir visa procesa pamatā, un šis solis nosaka silīcija karbīda substrāta elektriskās īpašības.
Silīcija karbīda materiālus ir grūti audzēt šķidrā fāzē normālos apstākļos. Mūsdienās tirgū populārajai tvaika fāzes augšanas metodei augšanas temperatūra pārsniedz 2300°C, un tai ir nepieciešama precīza augšanas temperatūras kontrole. Visu darbības procesu ir gandrīz grūti novērot. Neliela kļūda novedīs pie produkta nodošanas metāllūžņos. Salīdzinājumam, silīcija materiāliem ir nepieciešama tikai 1600 ℃, kas ir daudz zemāka. Silīcija karbīda substrātu sagatavošana saskaras arī ar tādām grūtībām kā lēna kristālu augšana un augstas kristāla formas prasības. Silīcija karbīda vafeļu augšana aizņem apmēram 7 līdz 10 dienas, savukārt silīcija stieņu vilkšana aizņem tikai 2 ar pusi dienas. Turklāt silīcija karbīds ir materiāls, kura cietība ir otrajā vietā pēc dimanta. Griešanas, slīpēšanas un pulēšanas laikā tas zaudēs daudz, un izlaides attiecība ir tikai 60%.
Mēs zinām, ka tendence ir palielināt silīcija karbīda substrātu izmērus, jo izmēri turpina palielināties, prasības diametra paplašināšanas tehnoloģijai kļūst arvien augstākas. Tam nepieciešama dažādu tehnisko vadības elementu kombinācija, lai panāktu kristālu iteratīvu augšanu.
Ievietošanas laiks: 22.05.2024