Die tegniese probleme in die stabiele massaproduksie van hoëgehalte-silikonkarbiedwafers met stabiele werkverrigting sluit in:
1) Aangesien kristalle in 'n hoëtemperatuur-verseëlde omgewing bo 2000°C moet groei, is die temperatuurbeheervereistes uiters hoog;
2) Aangesien silikonkarbied meer as 200 kristalstrukture het, maar slegs 'n paar strukture van enkelkristal-silikonkarbied die vereiste halfgeleiermateriale is, moet die silikon-tot-koolstof-verhouding, groeitemperatuurgradiënt en kristalgroei presies beheer word tydens die kristalgroeiproses. Parameters soos spoed en lugvloeidruk;
3) Onder die dampfase-oordragmetode is die deursnee-uitbreidingstegnologie van silikonkarbiedkristalgroei uiters moeilik;
4) Die hardheid van silikonkarbied is naby dié van diamant, en sny-, slyp- en poleertegnieke is moeilik.
SiC epitaksiale wafers: gewoonlik vervaardig deur die chemiese dampafsettingsmetode (CVD). Volgens verskillende doteringstipes word hulle verdeel in n-tipe en p-tipe epitaksiale wafers. Binnelandse Hantian Tiancheng en Dongguan Tianyu kan reeds 4-duim/6-duim SiC epitaksiale wafers verskaf. Vir SiC-epitaksie is dit moeilik om te beheer in die hoëspanningsveld, en die kwaliteit van SiC-epitaksie het 'n groter impak op SiC-toestelle. Boonop word epitaksiale toerusting gemonopoliseer deur die vier toonaangewende maatskappye in die bedryf: Axitron, LPE, TEL en Nuflare.
Silikonkarbied epitaksiaal'n Wafer verwys na 'n silikonkarbiedwafer waarin 'n enkelkristalfilm (epitaksiale laag) met sekere vereistes en dieselfde as die substraatkristal op die oorspronklike silikonkarbiedsubstraat gekweek word. Epitaksiale groei gebruik hoofsaaklik CVD (Chemiese Vapor Deposition) toerusting of MBE (Molekulêre Beam Epitaxy) toerusting. Aangesien silikonkarbiedtoestelle direk in die epitaksiale laag vervaardig word, beïnvloed die kwaliteit van die epitaksiale laag direk die werkverrigting en opbrengs van die toestel. Namate die spanningsweerstandsprestasie van die toestel aanhou toeneem, word die dikte van die ooreenstemmende epitaksiale laag dikker en word die beheer moeiliker. Oor die algemeen, wanneer die spanning ongeveer 600V is, is die vereiste epitaksiale laagdikte ongeveer 6 mikron; wanneer die spanning tussen 1200-1700V is, bereik die vereiste epitaksiale laagdikte 10-15 mikron. As die spanning meer as 10 000 volt bereik, kan 'n epitaksiale laagdikte van meer as 100 mikron vereis word. Namate die dikte van die epitaksiale laag aanhou toeneem, word dit toenemend moeilik om dikte- en weerstandsuniformiteit en defekdigtheid te beheer.
SiC-toestelle: Internasionaal is 600~1700V SiC SBD en MOSFET geïndustrialiseer. Die hoofstroomprodukte werk teen spanningsvlakke onder 1200V en gebruik hoofsaaklik TO-verpakking. Wat pryse betref, is SiC-produkte op die internasionale mark ongeveer 5-6 keer hoër as hul Si-eweknieë. Pryse daal egter teen 'n jaarlikse koers van 10%. Met die uitbreiding van stroomop materiale en toestelproduksie in die volgende 2-3 jaar, sal die markaanbod toeneem, wat tot verdere prysverlagings sal lei. Daar word verwag dat wanneer die prys 2-3 keer dié van Si-produkte bereik, die voordele wat deur verminderde stelselkoste en verbeterde werkverrigting inhou, SiC geleidelik sal dryf om die markruimte van Si-toestelle te beset.
Tradisionele verpakking is gebaseer op silikon-gebaseerde substrate, terwyl derdegenerasie halfgeleiermateriale 'n heeltemal nuwe ontwerp vereis. Die gebruik van tradisionele silikon-gebaseerde verpakkingsstrukture vir kragtoestelle met 'n wye bandgaping kan nuwe probleme en uitdagings met betrekking tot frekwensie, termiese bestuur en betroubaarheid inhou. SiC-kragtoestelle is meer sensitief vir parasitiese kapasitansie en induktansie. In vergelyking met Si-toestelle het SiC-kragskyfies vinniger skakelspoed, wat kan lei tot oorskiet, ossillasie, verhoogde skakelverliese en selfs toestelwanfunksies. Daarbenewens werk SiC-kragtoestelle teen hoër temperature, wat meer gevorderde termiese bestuurstegnieke vereis.
'n Verskeidenheid verskillende strukture is ontwikkel op die gebied van wyebandgaping-halfgeleier-kragverpakking. Tradisionele Si-gebaseerde kragmoduleverpakking is nie meer geskik nie. Om die probleme van hoë parasitiese parameters en swak hitte-afvoerdoeltreffendheid van tradisionele Si-gebaseerde kragmoduleverpakking op te los, gebruik SiC-kragmoduleverpakking draadlose interkonneksie en dubbelsydige verkoelingstegnologie in sy struktuur, en gebruik ook die substraatmateriale met beter termiese geleidingsvermoë, en het probeer om ontkoppelkondensators, temperatuur-/stroomsensors en aandrywingskringe in die modulestruktuur te integreer, en 'n verskeidenheid verskillende moduleverpakkingstegnologieë ontwikkel. Boonop is daar hoë tegniese hindernisse vir SiC-toestelvervaardiging en is produksiekoste hoog.
Silikonkarbiedtoestelle word vervaardig deur epitaksiale lae op 'n silikonkarbiedsubstraat deur middel van CVD neer te sit. Die proses behels skoonmaak, oksidasie, fotolitografie, ets, verwydering van fotoresist, iooninplanting, chemiese dampafsetting van silikonnitried, polering, verstuiwing en daaropvolgende verwerkingsstappe om die toestelstruktuur op die SiC-enkelkristalsubstraat te vorm. Hooftipes SiC-kragtoestelle sluit in SiC-diodes, SiC-transistors en SiC-kragmodules. As gevolg van faktore soos stadige stroomop-materiaalproduksiespoed en lae opbrengskoerse, het silikonkarbiedtoestelle relatief hoë vervaardigingskoste.
Daarbenewens het die vervaardiging van silikonkarbiedtoestelle sekere tegniese probleme:
1) Dit is nodig om 'n spesifieke proses te ontwikkel wat ooreenstem met die eienskappe van silikonkarbiedmateriale. Byvoorbeeld: SiC het 'n hoë smeltpunt, wat tradisionele termiese diffusie ondoeltreffend maak. Dit is nodig om die iooninplantingsdoteringsmetode te gebruik en parameters soos temperatuur, verhittingstempo, duur en gasvloei akkuraat te beheer; SiC is inert teenoor chemiese oplosmiddels. Metodes soos droë etsing moet gebruik word, en maskermateriale, gasmengsels, beheer van sywandhelling, etstempo, sywandruheid, ens. moet geoptimaliseer en ontwikkel word;
2) Die vervaardiging van metaalelektrodes op silikonkarbiedwafels vereis kontakweerstand onder 10-5Ω2. Die elektrodemateriale wat aan die vereistes voldoen, Ni en Al, het swak termiese stabiliteit bo 100°C, maar Al/Ni het beter termiese stabiliteit. Die kontakspesifieke weerstand van /W/Au-saamgestelde elektrodemateriaal is 10-3Ω2 hoër;
3) SiC het hoë snyslytasie, en die hardheid van SiC is tweede slegs na diamant, wat hoër vereistes vir sny, slyp, poleer en ander tegnologieë stel.
Boonop is slootsilikonkarbied-kragtoestelle moeiliker om te vervaardig. Volgens verskillende toestelstrukture kan silikonkarbied-kragtoestelle hoofsaaklik verdeel word in planêre toestelle en sloottoestelle. Planêre silikonkarbied-kragtoestelle het goeie eenheidskonsekwentheid en 'n eenvoudige vervaardigingsproses, maar is geneig tot die JFET-effek en het hoë parasitiese kapasitansie en aan-toestandweerstand. In vergelyking met planêre toestelle het slootsilikonkarbied-kragtoestelle laer eenheidskonsekwentheid en 'n meer komplekse vervaardigingsproses. Die slootstruktuur is egter bevorderlik vir die verhoging van die toesteleenheidsdigtheid en is minder geneig om die JFET-effek te produseer, wat voordelig is om die probleem van kanaalmobiliteit op te los. Dit het uitstekende eienskappe soos klein aan-weerstand, klein parasitiese kapasitansie en lae skakelenergieverbruik. Dit het beduidende koste- en werkverrigtingsvoordele en het die hoofstroomrigting van die ontwikkeling van silikonkarbied-kragtoestelle geword. Volgens Rohm se amptelike webwerf is die ROHM Gen3-struktuur (Gen1 Trench-struktuur) slegs 75% van die Gen2 (Plannar2) skyfie-area, en die ROHM Gen3-struktuur se aan-weerstand word met 50% verminder onder dieselfde skyfiegrootte.
Silikonkarbied-substraat, epitaksie, voorkant, O&O-uitgawes en ander maak onderskeidelik 47%, 23%, 19%, 6% en 5% van die vervaardigingskoste van silikonkarbiedtoestelle uit.
Laastens sal ons fokus op die afbreek van die tegniese hindernisse van substrate in die silikonkarbiedbedryfsketting.
Die produksieproses van silikonkarbiedsubstrate is soortgelyk aan dié van silikongebaseerde substrate, maar moeiliker.
Die vervaardigingsproses van silikonkarbied substraat sluit gewoonlik grondstofsintese, kristalgroei, staafverwerking, staafsny, wafelslyp, poleer, skoonmaak en ander skakels in.
Die kristalgroeistadium is die kern van die hele proses, en hierdie stap bepaal die elektriese eienskappe van die silikonkarbied-substraat.
Silikonkarbiedmateriale is moeilik om onder normale toestande in die vloeistoffase te kweek. Die dampfase-groeimetode wat vandag op die mark gewild is, het 'n groeitemperatuur bo 2300°C en vereis presiese beheer van die groeitemperatuur. Die hele operasieproses is amper moeilik om waar te neem. 'n Klein fout sal lei tot produkskrapping. In vergelyking benodig silikonmateriale slegs 1600°C, wat baie laer is. Die voorbereiding van silikonkarbiedsubstrate staar ook probleme in die gesig soos stadige kristalgroei en hoë kristalvormvereistes. Silikonkarbiedwafelgroei neem ongeveer 7 tot 10 dae, terwyl die trek van silikonstawe slegs 2 en 'n half dae neem. Boonop is silikonkarbied 'n materiaal waarvan die hardheid slegs na diamant die tweede is. Dit sal baie verloor tydens sny, slyp en poleer, en die uitsetverhouding is slegs 60%.
Ons weet dat die neiging is om die grootte van silikonkarbiedsubstrate te vergroot, en soos die grootte aanhou toeneem, word die vereistes vir deursnee-uitbreidingstegnologie al hoe hoër. Dit vereis 'n kombinasie van verskeie tegniese beheerelemente om iteratiewe groei van kristalle te bewerkstellig.
Plasingstyd: 22 Mei 2024