සිලිකන් කාබයිඩ් සඳහා ඇති තාක්ෂණික බාධක මොනවාද?Ⅱ

ස්ථායී කාර්ය සාධනයක් සහිත ස්ථායීව මහා පරිමාණයෙන් නිපදවන උසස් තත්ත්වයේ සිලිකන් කාබයිඩ් වේෆර්වල තාක්ෂණික දුෂ්කරතා ඇතුළත් වේ:
1) 2000 ° C ට වැඩි ඉහළ උෂ්ණත්ව මුද්රා තැබූ පරිසරයක ස්ඵටික වර්ධනය විය යුතු බැවින්, උෂ්ණත්ව පාලන අවශ්යතා අතිශයින් ඉහළ ය;
2) සිලිකන් කාබයිඩ් ස්ඵටික ව්‍යුහ 200කට වඩා ඇති නමුත් තනි ස්ඵටික සිලිකන් කාබයිඩ් ව්‍යුහ කිහිපයක් පමණක් අවශ්‍ය අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍ය වන බැවින්, සිලිකන්-කාබන් අනුපාතය, වර්ධන උෂ්ණත්ව අනුක්‍රමය සහ ස්ඵටික වර්ධනය නිශ්චිතවම පාලනය කළ යුතුය. ස්ඵටික වර්ධන ක්රියාවලිය. වේගය සහ වායු ප්රවාහ පීඩනය වැනි පරාමිතීන්;
3) වාෂ්ප අදියර සම්ප්රේෂණ ක්රමය යටතේ, සිලිකන් කාබයිඩ් ස්ඵටික වර්ධනයේ විෂ්කම්භය විස්තාරණ තාක්ෂණය අතිශයින් දුෂ්කර ය;
4) සිලිකන් කාබයිඩ් වල දෘඪතාව දියමන්ති වලට ආසන්න වන අතර, කැපීම, ඇඹරීම සහ ඔප දැමීමේ තාක්ෂණික ක්රම අපහසු වේ.

SiC epitaxial වේෆර්: සාමාන්‍යයෙන් රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීමේ (CVD) ක්‍රමය මගින් නිෂ්පාදනය කෙරේ. විවිධ උත්තේජක වර්ග අනුව, ඒවා n-වර්ගය සහ p-වර්ගයේ epitaxial වේෆර් ලෙස බෙදා ඇත. ගෘහස්ථ Hantian Tiancheng සහ Dongguan Tianyu හට දැනටමත් අඟල් 4/අඟල් 6 SiC epitaxial වේෆර් සැපයිය හැක. SiC epitaxy සඳහා, අධි වෝල්ටීයතා ක්ෂේත්‍රය තුළ පාලනය කිරීමට අපහසු වන අතර SiC epitaxy හි ගුණාත්මක භාවය SiC උපාංග මත වැඩි බලපෑමක් ඇති කරයි. එපමනක් නොව, epitaxial උපකරණ කර්මාන්තයේ ප්‍රමුඛ සමාගම් හතර විසින් ඒකාධිකාරී කර ඇත: Axitron, LPE, TEL සහ Nuflare.

සිලිකන් කාබයිඩ් epitaxialwafer යනු මුල් සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථරය මත යම් යම් අවශ්‍යතා සහිත සහ උපස්ථර ස්ඵටිකයට සමාන තනි ස්ඵටික පටලයක් (epitaxial ස්ථරයක්) වගා කරන සිලිකන් කාබයිඩ් වේෆරයක් වේ. Epitaxial වර්ධනය ප්‍රධාන වශයෙන් CVD (රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම, ) උපකරණ හෝ MBE (Molecular Beam Epitaxy) උපකරණ භාවිතා කරයි. සිලිකන් කාබයිඩ් උපාංග කෙලින්ම epitaxial ස්ථරයේ නිපදවන බැවින්, epitaxial ස්ථරයේ ගුණාත්මක භාවය උපාංගයේ කාර්ය සාධනය සහ අස්වැන්න කෙරෙහි සෘජුවම බලපායි. උපාංගයේ වෝල්ටීයතාවයට ඔරොත්තු දෙන කාර්ය සාධනය අඛණ්ඩව වැඩි වන විට, අනුරූප epitaxial ස්ථරයේ ඝනකම ඝන වන අතර පාලනය වඩාත් අපහසු වේ.සාමාන්‍යයෙන්, වෝල්ටීයතාව 600V පමණ වන විට, අවශ්‍ය epitaxial ස්ථරයේ ඝනකම මයික්‍රෝන 6ක් පමණ වේ; වෝල්ටීයතාව 1200-1700V අතර වන විට, අවශ්ය epitaxial ස්ථරය ඝනකම මයික්රෝන 10-15 දක්වා ළඟා වේ. වෝල්ටීයතාව වෝල්ට් 10,000 ට වඩා වැඩි නම්, මයික්රෝන 100 ට වැඩි එපිටාක්සීය ස්ථරයක් ඝනකම අවශ්ය විය හැකිය. epitaxial ස්ථරයේ ඝනකම දිගින් දිගටම වැඩි වන බැවින්, ඝනකම සහ ප්‍රතිරෝධක ඒකාකාරිත්වය සහ දෝෂ ඝනත්වය පාලනය කිරීම වඩ වඩාත් අපහසු වේ.

SiC උපාංග: ජාත්‍යන්තරව, 600~1700V SiC SBD සහ MOSFET කාර්මිකකරණය කර ඇත. ප්‍රධාන ධාරාවේ නිෂ්පාදන 1200V ට අඩු වෝල්ටීයතා මට්ටම්වල ක්‍රියාත්මක වන අතර මූලික වශයෙන් TO ඇසුරුම්කරණය අනුගමනය කරයි. මිලකරණය සම්බන්ධයෙන් ගත් කල, ජාත්‍යන්තර වෙළඳපොලේ SiC නිෂ්පාදන ඔවුන්ගේ Si සගයන්ට වඩා 5-6 ගුණයකින් වැඩි මිලකට ඇත. කෙසේ වෙතත්, මිල ගණන් 10% ක වාර්ෂික අනුපාතයකින් අඩු වේ. ඉදිරි වසර 2-3 තුළ උඩුගං ද්‍රව්‍ය සහ උපාංග නිෂ්පාදනය ව්‍යාප්ත වීමත් සමඟ වෙළඳපල සැපයුම වැඩි වන අතර එය තවදුරටත් මිල අඩු කිරීමට හේතු වේ. Si නිෂ්පාදනවල මිල 2-3 ගුණයක මිලකට ළඟා වූ විට, පද්ධති පිරිවැය අඩු කිරීම සහ වැඩිදියුණු කළ කාර්ය සාධනය මගින් ගෙන එන වාසි, Si උපාංගවල වෙළඳපල අවකාශය අත්පත් කර ගැනීමට SiC ක්‍රමයෙන් තල්ලු කරනු ඇතැයි අපේක්ෂා කෙරේ.
සාම්ප්රදායික ඇසුරුම් සිලිකන් මත පදනම් වූ උපස්ථර මත පදනම් වන අතර, තුන්වන පරම්පරාවේ අර්ධ සන්නායක ද්රව්ය සම්පූර්ණයෙන්ම නව නිර්මාණයක් අවශ්ය වේ. පුළුල් කලාප ගැප් බල උපාංග සඳහා සම්ප්‍රදායික සිලිකන් පාදක ඇසුරුම් ව්‍යුහයන් භාවිතා කිරීමෙන් සංඛ්‍යාතය, තාප කළමනාකරණය සහ විශ්වසනීයත්වය සම්බන්ධ නව ගැටළු සහ අභියෝග හඳුන්වා දිය හැක. SiC බල උපාංග පරපෝෂිත ධාරණාව සහ ප්‍රේරණයට වඩා සංවේදී වේ. Si උපාංග හා සසඳන විට, SiC පවර් චිප් වල වේගවත් මාරු වීමේ වේගයක් ඇති අතර, එය අධික ලෙස වෙඩි තැබීම, දෝලනය වීම, මාරුවීම් පාඩු වැඩි වීම සහ උපාංග අක්‍රමිකතා පවා ඇති කරයි. මීට අමතරව, SiC බල උපාංග ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී ක්‍රියා කරයි, වඩාත් දියුණු තාප කළමනාකරණ ශිල්පීය ක්‍රම අවශ්‍ය වේ.

පුළුල් පරාසයක අර්ධ සන්නායක බල ඇසුරුම් ක්ෂේත්‍රයේ විවිධ ව්‍යුහයන් වර්ධනය කර ඇත. සම්ප්‍රදායික Si මත පදනම් වූ බල මොඩියුල ඇසුරුම් තවදුරටත් සුදුසු නොවේ. සාම්ප්‍රදායික Si මත පදනම් වූ බල මොඩියුල ඇසුරුම්වල ඉහළ පරපෝෂිත පරාමිතීන් සහ දුර්වල තාප විසර්ජන කාර්යක්ෂමතාවයේ ගැටළු විසඳීම සඳහා, SiC බල මොඩියුල ඇසුරුම්කරණය එහි ව්‍යුහය තුළ රැහැන් රහිත අන්තර් සම්බන්ධතා සහ ද්විත්ව පැති සිසිලන තාක්ෂණය භාවිතා කරන අතර වඩා හොඳ තාප සහිත උපස්ථර ද්‍රව්‍ය භාවිතා කරයි. සන්නායකතාවය, සහ විසංයෝජන ධාරිත්‍රක, උෂ්ණත්ව/ධාරා සංවේදක සහ ධාවක පරිපථ මොඩියුල ව්‍යුහයට ඒකාබද්ධ කිරීමට උත්සාහ කළ අතර විවිධ මොඩියුල ඇසුරුම් තාක්ෂණයන් දියුණු කරන ලදී. එපමනක් නොව, SiC උපාංග නිෂ්පාදනය සඳහා ඉහළ තාක්ෂණික බාධක පවතින අතර නිෂ්පාදන පිරිවැය ඉහළ ය.

CVD හරහා සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථරයක් මත epitaxial ස්ථර තැන්පත් කිරීමෙන් සිලිකන් කාබයිඩ් උපාංග නිෂ්පාදනය කෙරේ. මෙම ක්‍රියාවලියට SiC තනි ස්ඵටික උපස්ථරය මත උපාංග ව්‍යුහය සැකසීම සඳහා පිරිසිදු කිරීම, ඔක්සිකරණය, ෆොටෝලිතෝග්‍රැෆි, කැටයම් කිරීම, ප්‍රභා ප්‍රතිරෝධය ඉවත් කිරීම, අයන තැන්පත් කිරීම, සිලිකන් නයිට්‍රයිඩ් රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම, ඔප දැමීම, ස්පුටර් කිරීම සහ පසුව සැකසීමේ පියවර ඇතුළත් වේ. SiC බල උපාංගවල ප්‍රධාන වර්ග වලට SiC ඩයෝඩ, SiC ට්‍රාන්සිස්ටර සහ SiC බල මොඩියුල ඇතුළත් වේ. මන්දගාමී උඩුගං ද්‍රව්‍ය නිෂ්පාදන වේගය සහ අඩු අස්වැන්න අනුපාත වැනි සාධක නිසා සිලිකන් කාබයිඩ් උපාංගවලට සාපේක්ෂව ඉහළ නිෂ්පාදන පිරිවැයක් ඇත.

මීට අමතරව, සිලිකන් කාබයිඩ් උපාංග නිෂ්පාදනය යම් තාක්ෂණික දුෂ්කරතා ඇත:
1) සිලිකන් කාබයිඩ් ද්රව්යවල ලක්ෂණ වලට අනුකූල වන නිශ්චිත ක්රියාවලියක් වර්ධනය කිරීම අවශ්ය වේ. උදාහරණයක් ලෙස: SiC හි ඉහළ ද්රවාංකයක් ඇති අතර, එය සාම්ප්රදායික තාප විසරණය අකාර්යක්ෂමයි. අයන තැන්පත් කිරීමේ මාත්‍රණ ක්‍රමය භාවිතා කිරීම අවශ්‍ය වන අතර උෂ්ණත්වය, තාපන වේගය, කාලසීමාව සහ වායු ප්‍රවාහය වැනි පරාමිතීන් නිවැරදිව පාලනය කිරීම අවශ්‍ය වේ; SiC රසායනික ද්‍රාවක සඳහා නිෂ්ක්‍රීය වේ. වියළි කැටයම් කිරීම වැනි ක්‍රම භාවිතා කළ යුතු අතර, ආවරණ ද්‍රව්‍ය, ගෑස් මිශ්‍රණ, පැති බැම්ම පාලනය කිරීම, එතිං අනුපාතය, පැති බැම්ම රළුබව යනාදිය ප්‍රශස්ත කර සංවර්ධනය කළ යුතුය;
2) සිලිකන් කාබයිඩ් වේෆර් මත ලෝහ ඉලෙක්ට්රෝඩ නිෂ්පාදනය කිරීම සඳහා 10-5Ω2 ට අඩු සම්බන්ධතා ප්රතිරෝධයක් අවශ්ය වේ. අවශ්යතා සපුරාලන ඉලෙක්ට්රෝඩ ද්රව්ය, Ni සහ Al, 100 ° C ට වඩා දුර්වල තාප ස්ථායීතාවයක් ඇත, නමුත් Al/Ni වඩා හොඳ තාප ස්ථායීතාවයක් ඇත. /W/Au සංයුක්ත ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ද්‍රව්‍යයේ සම්බන්ධතා නිශ්චිත ප්‍රතිරෝධය 10-3Ω2 වැඩි ය;
3) SiC හි ඉහළ කැපුම් ඇඳුම් ඇති අතර, SiC හි දෘඪතාව දියමන්ති වලට පමණක් දෙවැනි වන අතර, කැපීම, ඇඹරීම, ඔප දැමීම සහ අනෙකුත් තාක්ෂණයන් සඳහා ඉහළ අවශ්‍යතා ඉදිරිපත් කරයි.
තව ද, අගල් සිලිකන් කාබයිඩ් බල උපාංග නිෂ්පාදනය කිරීමට වඩා අපහසු වේ. විවිධ උපාංග ව්‍යුහයන්ට අනුව, සිලිකන් කාබයිඩ් බල උපාංග ප්‍රධාන වශයෙන් ප්ලැනර් උපාංග සහ අගල් උපාංග ලෙස බෙදිය හැකිය. ප්ලැනර් සිලිකන් කාබයිඩ් බල උපාංග හොඳ ඒකක අනුකූලතාවයක් සහ සරල නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලියක් ඇත, නමුත් JFET බලපෑමට ගොදුරු වන අතර ඉහළ පරපෝෂිත ධාරිතාවක් සහ රාජ්‍ය ප්‍රතිරෝධයක් ඇත. ප්ලැනර් උපාංග සමඟ සසඳන විට, අගල් සිලිකන් කාබයිඩ් බල උපාංග අඩු ඒකක අනුකූලතාවයක් ඇති අතර වඩාත් සංකීර්ණ නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලියක් ඇත. කෙසේ වෙතත්, අගල් ව්‍යුහය උපාංග ඒකක ඝනත්වය වැඩි කිරීමට හිතකර වන අතර නාලිකා සංචලනය පිළිබඳ ගැටළුව විසඳීමට ප්‍රයෝජනවත් වන JFET ආචරණය නිපදවීමට ඇති ඉඩකඩ අඩුය. එහි කුඩා ප්‍රතිරෝධය, කුඩා පරපෝෂිත ධාරිතාව සහ අඩු මාරු බලශක්ති පරිභෝජනය වැනි විශිෂ්ට ගුණාංග ඇත. එය සැලකිය යුතු පිරිවැය සහ කාර්ය සාධන වාසි ඇති අතර සිලිකන් කාබයිඩ් බල උපාංග සංවර්ධනය කිරීමේ ප්රධාන ධාරාවේ දිශාව බවට පත්ව ඇත. Rohm නිල වෙබ් අඩවියට අනුව, ROHM Gen3 ව්‍යුහය (Gen1 Trench ව්‍යුහය) Gen2 (Plannar2) චිප් ප්‍රදේශයෙන් 75%ක් පමණක් වන අතර, එම චිප් ප්‍රමාණය යටතේම ROHM Gen3 ව්‍යුහයේ ප්‍රතිරෝධය 50% කින් අඩු වේ.

සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථරය, epitaxy, front-end, R&D වියදම් සහ අනෙකුත් ඒවා පිළිවෙළින් සිලිකන් කාබයිඩ් උපාංගවල නිෂ්පාදන පිරිවැයෙන් 47%, 23%, 19%, 6% සහ 5% වේ.

අවසාන වශයෙන්, අපි සිලිකන් කාබයිඩ් කර්මාන්ත දාමයේ උපස්ථරවල තාක්ෂණික බාධක බිඳ දැමීම කෙරෙහි අවධානය යොමු කරමු.

සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථරවල නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලිය සිලිකන් මත පදනම් වූ උපස්ථරවලට සමාන නමුත් වඩා දුෂ්කර ය.
සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථරයේ නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලියට සාමාන්‍යයෙන් අමුද්‍රව්‍ය සංස්ලේෂණය, ස්ඵටික වර්ධනය, ඉන්ගෝට් සැකසීම, ඉන්ගෝට් කැපීම, වේෆර් ඇඹරීම, ඔප දැමීම, පිරිසිදු කිරීම සහ වෙනත් සබැඳි ඇතුළත් වේ.
ස්ඵටික වර්ධන අදියර සමස්ත ක්රියාවලියේ හරය වන අතර, මෙම පියවර සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථරයේ විද්යුත් ගුණාංග තීරණය කරයි.

සිලිකන් කාබයිඩ් ද්‍රව්‍ය සාමාන්‍ය තත්ව යටතේ ද්‍රව අවධියේ වර්ධනය වීමට අපහසු වේ. අද වෙළඳපොලේ ජනප්‍රිය වාෂ්ප අදියර වර්ධන ක්‍රමය 2300 ° C ට වැඩි වර්ධන උෂ්ණත්වයක් ඇති අතර වර්ධන උෂ්ණත්වය පිළිබඳ නිශ්චිත පාලනයක් අවශ්‍ය වේ. සම්පූර්ණ මෙහෙයුම් ක්රියාවලිය නිරීක්ෂණය කිරීම පාහේ දුෂ්කර ය. සුළු දෝෂයක් නිෂ්පාදන සීරීමට තුඩු දෙනු ඇත. සංසන්දනය කිරීමේදී, සිලිකන් ද්‍රව්‍ය සඳහා අවශ්‍ය වන්නේ 1600℃ පමණි, එය බෙහෙවින් අඩුය. සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථර සකස් කිරීම මන්දගාමී ස්ඵටික වර්ධනය සහ ඉහළ ස්ඵටික ආකෘති අවශ්‍යතා වැනි දුෂ්කරතාවන්ට ද මුහුණ දෙයි. සිලිකන් කාබයිඩ් වේෆර් වර්ධනය සඳහා දින 7 සිට 10 දක්වා ගත වන අතර සිලිකන් සැරයටිය ඇදීමට ගත වන්නේ දින දෙකහමාරක් පමණි. තව ද, සිලිකන් කාබයිඩ් දෘඪතාව දියමන්ති වලට පමණක් දෙවැනි වන ද්‍රව්‍යයකි. කැපීම, ඇඹරීම සහ ඔප දැමීමේදී එය බොහෝ දේ අහිමි වනු ඇත, ප්රතිදාන අනුපාතය 60% ක් පමණි.

ප්‍රවනතාවය සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථරවල ප්‍රමාණය වැඩි කිරීම බව අපි දනිමු, ප්‍රමාණය අඛණ්ඩව වැඩි වන විට, විෂ්කම්භය ප්‍රසාරණ තාක්‍ෂණය සඳහා වන අවශ්‍යතා වැඩි වෙමින් පවතී. ස්ඵටිකවල පුනරාවර්තන වර්ධනය සාක්ෂාත් කර ගැනීම සඳහා විවිධ තාක්ෂණික පාලන මූලද්රව්යවල එකතුවක් අවශ්ය වේ.