كما نعلم، في مجال أشباه الموصلات، يعد السيليكون البلوري الأحادي (Si) المادة الأساسية لأشباه الموصلات الأكثر استخدامًا والأكبر حجمًا في العالم. حاليًا، يتم تصنيع أكثر من 90% من منتجات أشباه الموصلات باستخدام مواد قائمة على السيليكون. مع تزايد الطلب على الأجهزة عالية الطاقة والجهد العالي في مجال الطاقة الحديثة، تم طرح متطلبات أكثر صرامة للمعايير الرئيسية لمواد أشباه الموصلات مثل عرض فجوة النطاق، وقوة المجال الكهربائي، ومعدل تشبع الإلكترون، والتوصيل الحراري. في ظل هذه الظروف، يتم تمثيل مواد أشباه الموصلات واسعة النطاق بـكربيد السيليكون(SiC) أصبحت محبوبة للتطبيقات ذات الكثافة العالية للطاقة.
باعتبارها أشباه الموصلات المركبة،كربيد السيليكونوهو نادر للغاية في الطبيعة ويظهر على شكل معدن المويسانتي. حاليًا، يتم تصنيع جميع كربيد السيليكون المباع في العالم تقريبًا بشكل مصطنع. يتميز كربيد السيليكون بمزايا الصلابة العالية، والتوصيل الحراري العالي، والاستقرار الحراري الجيد، والمجال الكهربائي العالي الحرج. إنها مادة مثالية لصنع أجهزة أشباه الموصلات ذات الجهد العالي والطاقة العالية.
إذًا، كيف يتم تصنيع أجهزة أشباه موصلات الطاقة من كربيد السيليكون؟
ما الفرق بين عملية تصنيع جهاز كربيد السيليكون وعملية التصنيع التقليدية القائمة على السيليكون؟ بدءًا من هذا الموضوع، "الأمور المتعلقةجهاز كربيد السيليكون"التصنيع" سيكشف الأسرار واحدًا تلو الآخر.
I
تدفق عملية تصنيع جهاز كربيد السيليكون
تشبه عملية تصنيع أجهزة كربيد السيليكون بشكل عام تلك الخاصة بالأجهزة القائمة على السيليكون، بما في ذلك بشكل أساسي الطباعة الحجرية الضوئية والتنظيف والتطعيم والحفر وتشكيل الأفلام والترقق وغيرها من العمليات. يمكن للعديد من الشركات المصنعة لأجهزة الطاقة تلبية احتياجات التصنيع لأجهزة كربيد السيليكون عن طريق ترقية خطوط الإنتاج الخاصة بهم بناءً على عملية التصنيع القائمة على السيليكون. ومع ذلك، فإن الخصائص الخاصة لمواد كربيد السيليكون تحدد أن بعض العمليات في تصنيع أجهزتها تحتاج إلى الاعتماد على معدات محددة للتطوير الخاص لتمكين أجهزة كربيد السيليكون من تحمل الجهد العالي والتيار العالي.
II
مقدمة إلى وحدات المعالجة الخاصة بكربيد السيليكون
تغطي وحدات المعالجة الخاصة لكربيد السيليكون بشكل أساسي حقن المنشطات، وتشكيل هيكل البوابة، والحفر المورفولوجي، والتعدين، وعمليات التخفيف.
(1) المنشطات بالحقن: نظرًا لارتفاع طاقة رابطة الكربون والسيليكون في كربيد السيليكون، يصعب نشر ذرات الشوائب في كربيد السيليكون. عند تحضير أجهزة كربيد السيليكون، لا يمكن تحقيق تطعيم الوصلات PN إلا عن طريق زرع الأيونات عند درجة حرارة عالية.
عادة ما يتم إجراء التطعيم باستخدام أيونات الشوائب مثل البورون والفوسفور، وعادة ما يكون عمق التطعيم 0.1μm ~ 3μm. سيؤدي زرع الأيونات عالية الطاقة إلى تدمير البنية الشبكية لمادة كربيد السيليكون نفسها. التلدين بدرجة حرارة عالية مطلوب لإصلاح تلف الشبكة الناتج عن زرع الأيونات والتحكم في تأثير التلدين على خشونة السطح. العمليات الأساسية هي زرع الأيونات ذات درجة الحرارة العالية والتليين بدرجة حرارة عالية.
الشكل 1: رسم تخطيطي لزرع الأيونات وتأثيرات التلدين ذات درجة الحرارة العالية
(2) تشكيل هيكل البوابة: جودة واجهة SiC/SiO2 لها تأثير كبير على ترحيل القناة وموثوقية بوابة MOSFET. من الضروري تطوير عمليات محددة لأكسيد البوابة والتليين بعد الأكسدة للتعويض عن الروابط المتدلية في واجهة SiC/SiO2 مع ذرات خاصة (مثل ذرات النيتروجين) لتلبية متطلبات الأداء لواجهة SiC/SiO2 عالية الجودة وعالية الجودة. هجرة الأجهزة. العمليات الأساسية هي الأكسدة ذات درجة الحرارة العالية لأكسيد البوابة، LPCVD، وPECVD.
الشكل 2: رسم تخطيطي لترسيب فيلم الأكسيد العادي والأكسدة ذات درجة الحرارة العالية
(3) النقش المورفولوجي: مواد كربيد السيليكون خاملة في المذيبات الكيميائية، ولا يمكن تحقيق التحكم الدقيق في التشكل إلا من خلال طرق النقش الجاف؛ يجب تطوير مواد القناع، واختيار نقش القناع، والغاز المختلط، والتحكم في الجدار الجانبي، ومعدل النقش، وخشونة الجدار الجانبي، وما إلى ذلك وفقًا لخصائص مواد كربيد السيليكون. العمليات الأساسية هي ترسيب الأغشية الرقيقة، والطباعة الحجرية الضوئية، وتآكل الأفلام العازلة، وعمليات الحفر الجاف.
الشكل 3: رسم تخطيطي لعملية حفر كربيد السيليكون
(4) المعدنة: يتطلب القطب الكهربائي المصدر للجهاز وجود معدن لتشكيل اتصال أومي جيد منخفض المقاومة مع كربيد السيليكون. لا يتطلب هذا فقط تنظيم عملية ترسيب المعادن والتحكم في حالة الواجهة الخاصة بالتلامس بين المعدن وأشباه الموصلات، ولكنه يتطلب أيضًا التلدين بدرجة حرارة عالية لتقليل ارتفاع حاجز شوتكي وتحقيق التلامس الأومي بين كربيد السيليكون والمعدن. العمليات الأساسية هي رش المغنطرون المعدني، وتبخر شعاع الإلكترون، والتليين الحراري السريع.
الشكل 4: رسم تخطيطي لمبدأ الرش المغنطروني وتأثير المعدنة
(5) عملية التخفيف: تتميز مادة كربيد السيليكون بخصائص الصلابة العالية والهشاشة العالية وصلابة الكسر المنخفضة. عملية الطحن الخاصة بها عرضة للتسبب في كسر هش للمادة، مما يتسبب في تلف سطح الرقاقة وتحت السطح. يجب تطوير عمليات طحن جديدة لتلبية احتياجات التصنيع لأجهزة كربيد السيليكون. العمليات الأساسية هي ترقق أقراص الطحن، ولصق الفيلم وتقشيره، وما إلى ذلك.
الشكل 5: رسم تخطيطي لمبدأ طحن / ترقق الرقاقة
وقت النشر: 22 أكتوبر 2024