Техничке потешкоће у стабилној масовној производњи висококвалитетних плочица од силицијум карбида са стабилним перформансама укључују:
1) Пошто кристали морају да расту у затвореном окружењу на високој температури изнад 2000°Ц, захтеви за контролу температуре су изузетно високи;
2) Пошто силицијум карбид има више од 200 кристалних структура, али само неколико структура монокристалног силицијум карбида су потребни полупроводнички материјали, однос силицијум-угљеник, градијент температуре раста и раст кристала треба прецизно контролисати током процес раста кристала. Параметри као што су брзина и притисак протока ваздуха;
3) Под методом преноса парне фазе, технологија експанзије пречника раста кристала силицијум карбида је изузетно тешка;
4) Тврдоћа силицијум карбида је блиска оној код дијаманта, а технике сечења, брушења и полирања су тешке.
СиЦ епитаксијалне плочице: обично се производе методом хемијског таложења из паре (ЦВД). Према различитим типовима допинга, деле се на епитаксијалне плочице н-типа и п-типа. Домаћи Хантиан Тианцхенг и Донггуан Тианиу већ могу да обезбеде 4-инчне/6-инчне СиЦ епитаксијалне плочице. За СиЦ епитаксију, тешко је контролисати у високонапонском пољу, а квалитет СиЦ епитаксије има већи утицај на СиЦ уређаје. Штавише, епитаксијалну опрему монополишу четири водеће компаније у индустрији: Акитрон, ЛПЕ, ТЕЛ и Нуфларе.
Епитаксијал од силицијум карбидаплочица се односи на плочицу од силицијум карбида у којој се на оригиналној подлози од силицијум карбида узгаја једнокристални филм (епитаксијални слој) са одређеним захтевима и исти као и кристал супстрата. Епитаксијални раст углавном користи опрему за ЦВД (хемијско таложење паре, ) или опрему МБЕ (Епитаксија молекуларним зрацима). Пошто се уређаји од силицијум карбида производе директно у епитаксијалном слоју, квалитет епитаксијалног слоја директно утиче на перформансе и принос уређаја. Како отпорност на напон перформанси уређаја наставља да расте, дебљина одговарајућег епитаксијалног слоја постаје дебља и контрола постаје тежа. Генерално, када је напон око 600В, потребна дебљина епитаксијалног слоја је око 6 микрона; када је напон између 1200-1700В, потребна дебљина епитаксијалног слоја достиже 10-15 микрона. Ако напон достигне више од 10.000 волти, може бити потребна дебљина епитаксијалног слоја већа од 100 микрона. Како дебљина епитаксијалног слоја наставља да расте, постаје све теже контролисати уједначеност дебљине и отпорности и густину дефеката.
СиЦ уређаји: На међународном нивоу, 600~1700В СиЦ СБД и МОСФЕТ су индустријализовани. Главни производи раде на нивоима напона испод 1200В и првенствено прихватају ТО паковање. Што се тиче цена, СиЦ производи на међународном тржишту имају цене око 5-6 пута више од њихових СиЦ пандана. Међутим, цене се смањују по годишњој стопи од 10%. са експанзијом производње материјала и уређаја узводно у наредне 2-3 године, понуда тржишта ће се повећати, што ће довести до даљег смањења цена. Очекује се да ће, када цена достигне 2-3 пута више од Си производа, предности које доносе смањени трошкови система и побољшане перформансе постепено навести СиЦ да заузме тржишни простор Си уређаја.
Традиционална амбалажа је заснована на супстратима на бази силицијума, док полупроводнички материјали треће генерације захтевају потпуно нови дизајн. Коришћење традиционалних структура паковања заснованих на силикону за уређаје за напајање широког појаса може увести нова питања и изазове у вези са фреквенцијом, управљањем топлотом и поузданошћу. СиЦ енергетски уређаји су осетљивији на паразитски капацитет и индуктивност. У поређењу са Си уређајима, СиЦ чипови за напајање имају веће брзине пребацивања, што може довести до прекорачења, осцилација, повећаних губитака при пребацивању, па чак и кварова уређаја. Поред тога, СиЦ уређаји за напајање раде на вишим температурама, захтевајући напредније технике управљања топлотом.
Развијене су различите структуре у области амбалаже за напајање полупроводника са широким појасом. Традиционално паковање модула за напајање на бази Си више није прикладно. Да би се решили проблеми високих паразитских параметара и лоше ефикасности расипање топлоте традиционалног паковања модула напајања базираног на Си, паковање СиЦ модула за напајање усваја бежичну међусобну везу и двострано хлађење у својој структури, а такође усваја материјале супстрата са бољом термичком температуром. проводљивости, и покушао је да интегрише кондензаторе за раздвајање, сензоре температуре/струје и погонска кола у структуру модула, и развио низ различитих технологије паковања модула. Штавише, постоје високе техничке препреке за производњу СиЦ уређаја, а трошкови производње су високи.
Уређаји од силицијум карбида се производе наношењем епитаксијалних слојева на подлогу од силицијум карбида кроз ЦВД. Процес укључује чишћење, оксидацију, фотолитографију, нагризање, скидање фоторезиста, јонску имплантацију, хемијско таложење силицијум нитрида паром, полирање, распршивање и накнадне кораке обраде како би се формирала структура уређаја на СиЦ монокристалној подлози. Главни типови СиЦ уређаја за напајање укључују СиЦ диоде, СиЦ транзисторе и СиЦ модуле напајања. Због фактора као што су спора брзина производње материјала узводно и ниске стопе приноса, уређаји од силицијум карбида имају релативно високе трошкове производње.
Поред тога, производња уређаја од силицијум карбида има одређене техничке потешкоће:
1) Неопходно је развити специфичан процес који је у складу са карактеристикама силицијум карбидних материјала. На пример: СиЦ има високу тачку топљења, што чини традиционалну топлотну дифузију неефикасном. Неопходно је користити метод допинга са јонском имплантацијом и прецизно контролисати параметре као што су температура, брзина загревања, трајање и проток гаса; СиЦ је инертан према хемијским растварачима. Треба користити методе као што су суво нагризање, а материјале за маске, мешавине гасова, контролу нагиба бочне стране, брзину нагризања, храпавост бочне стране, итд. треба оптимизовати и развити;
2) Производња металних електрода на плочицама од силицијум карбида захтева контактни отпор испод 10-5Ω2. Материјали електрода који испуњавају захтеве, Ни и Ал, имају лошу термичку стабилност изнад 100°Ц, али Ал/Ни има бољу термичку стабилност. Специфични контактни отпор /В/Ау композитног материјала електроде је за 10-3Ω2 већи;
3) СиЦ има велико хабање при сечењу, а тврдоћа СиЦ је на другом месту након дијаманта, што поставља веће захтеве за сечење, брушење, полирање и друге технологије.
Штавише, теже је произвести уређаје за напајање од силицијум карбида. Према различитим структурама уређаја, уређаји за напајање силицијум карбида могу се углавном поделити на планарне уређаје и рововске уређаје. Планарни уређаји за напајање од силицијум карбида имају добру конзистентност јединице и једноставан производни процес, али су склони ЈФЕТ ефекту и имају високу паразитну капацитивност и отпорност у укљученом стању. У поређењу са планарним уређајима, уређаји за напајање од силицијум карбида у рововима имају нижу конзистенцију јединице и сложенији производни процес. Међутим, структура рова је погодна за повећање густине јединице уређаја и мање је вероватно да ће произвести ЈФЕТ ефекат, што је корисно за решавање проблема мобилности канала. Има одличне особине као што су мали отпор на укључење, мали паразитски капацитет и ниска потрошња енергије за пребацивање. Има значајне предности у погледу цене и перформанси и постао је главни правац развоја уређаја за напајање од силицијум карбида. Према званичном сајту Рохм-а, РОХМ Ген3 структура (Ген1 Тренцх структура) је само 75% површине чипа Ген2 (Планнар2), а отпорност РОХМ Ген3 структуре је смањена за 50% под истом величином чипа.
Подлога од силицијум карбида, епитаксија, фронт-енд, трошкови истраживања и развоја и други чине 47%, 23%, 19%, 6% и 5% трошкова производње уређаја од силицијум карбида.
Коначно, фокусираћемо се на рушење техничких баријера супстрата у ланцу индустрије силицијум карбида.
Процес производње супстрата од силицијум карбида сличан је оном код супстрата на бази силицијума, али је тежи.
Процес производње супстрата од силицијум карбида углавном укључује синтезу сировина, раст кристала, обраду ингота, сечење ингота, млевење плочица, полирање, чишћење и друге везе.
Фаза раста кристала је срж читавог процеса, а овај корак одређује електрична својства подлоге од силицијум карбида.
Материјале од силицијум карбида је тешко расти у течној фази у нормалним условима. Метода раста у парној фази која је данас популарна на тржишту има температуру раста изнад 2300°Ц и захтева прецизну контролу температуре раста. Цео процес операције је скоро тешко посматрати. Мала грешка ће довести до укидања производа. За поређење, силицијумски материјали захтевају само 1600 ℃, што је много ниже. Припрема подлоге од силицијум карбида такође се суочава са потешкоћама као што су спори раст кристала и високи захтеви у облику кристала. Раст плочице од силицијум карбида траје око 7 до 10 дана, док извлачење силицијумске шипке траје само 2 и по дана. Штавише, силицијум карбид је материјал чија је тврдоћа на другом месту након дијаманта. Много ће изгубити током сечења, брушења и полирања, а однос излаза је само 60%.
Знамо да је тренд повећања величине супстрата од силицијум карбида, пошто величина наставља да расте, захтеви за технологијом проширења пречника постају све већи и већи. Захтева комбинацију различитих техничких контролних елемената да би се постигао итеративни раст кристала.
Време поста: 22.05.2024