Difikilte teknik yo nan pwodiksyon an mas ak bon jan kalite plak carbure Silisyòm ki estab ak pèfòmans ki estab gen ladan yo:
1) Piske kristal yo bezwen grandi nan yon anviwònman sele ki gen tanperati ki wo pi wo pase 2000 °C, egzijans kontwòl tanperati yo trè wo;
2) Piske carbure Silisyòm gen plis pase 200 estrikti kristal, men se sèlman kèk estrikti carbure Silisyòm monokristal ki nesesè pou materyèl semi-kondiktè yo, rapò silikon-kabòn, gradyan tanperati kwasans, ak kwasans kristal la bezwen kontwole avèk presizyon pandan pwosesis kwasans kristal la. Paramèt tankou vitès ak presyon koule lè a;
3) Anba metòd transmisyon faz vapè a, teknoloji ekspansyon dyamèt kwasans kristal carbure Silisyòm lan trè difisil;
4) Dite carbure Silisyòm lan pwòch ak dite dyaman an, epi teknik koupe, fanm k'ap pile ak polisaj yo difisil.
Plak epitaksi SiC: anjeneral yo fabrike pa metòd depo vapè chimik (CVD). Selon diferan kalite dopan, yo divize an plak epitaksi tip n ak tip p. Hantian Tiancheng ak Dongguan Tianyu lokal yo deja ka bay plak epitaksi SiC 4 pous/6 pous. Pou epitaksi SiC, li difisil pou kontwole nan domèn vòltaj segondè, epi bon jan kalite epitaksi SiC a gen yon pi gwo enpak sou aparèy SiC yo. Anplis, ekipman epitaksi yo monopolize pa kat konpayi dirijan nan endistri a: Axitron, LPE, TEL ak Nuflare.
Epitaksiyal carbure SilisyòmWafer refere a yon wafer Silisyòm carbure kote yon fim kristal sèl (kouch epitaksyèl) ki gen sèten kondisyon epi ki menm jan ak kristal substrat la grandi sou substrat orijinal Silisyòm carbure a. Kwasans epitaksyèl la sitou itilize ekipman CVD (Depozisyon Vapè Chimik) oswa ekipman MBE (Epitaksi Gwo Beam Molekilè). Piske aparèy Silisyòm carbure yo fabrike dirèkteman nan kouch epitaksyèl la, bon jan kalite kouch epitaksyèl la afekte dirèkteman pèfòmans ak sede aparèy la. Ofiramezi pèfòmans rezistans vòltaj aparèy la kontinye ogmante, epesè kouch epitaksyèl korespondan an vin pi epè epi kontwòl la vin pi difisil. Anjeneral, lè vòltaj la alantou 600V, epesè kouch epitaksyèl ki nesesè a se anviwon 6 mikron; lè vòltaj la ant 1200-1700V, epesè kouch epitaksyèl ki nesesè a rive nan 10-15 mikron. Si vòltaj la rive plis pase 10,000 vòlt, yon epesè kouch epitaksyèl ki plis pase 100 mikron ka nesesè. Ofiramezi epesè kouch epitaksyal la ap kontinye ogmante, li vin pi difisil pou kontwole epesè ak inifòmite rezistivite ansanm ak dansite domaj yo.
Aparèy SiC: Sou plan entènasyonal, yo endistriyalize SiC SBD ak MOSFET 600~1700V. Pwodwi prensipal yo opere nan nivo vòltaj ki anba 1200V epi yo adopte prensipalman anbalaj TO. An tèm de prix, pwodwi SiC sou mache entènasyonal la gen yon pri anviwon 5-6 fwa pi wo pase tokay Si yo. Sepandan, pri yo ap diminye nan yon to anyèl 10%. Avèk ekspansyon materyèl en ak pwodiksyon aparèy nan 2-3 ane kap vini yo, ekipman sou mache a ap ogmante, sa ki pral mennen nan plis rediksyon pri. Yo prevwa ke lè pri a rive 2-3 fwa pri pwodwi Si yo, avantaj ki genyen nan rediksyon pri sistèm ak amelyorasyon pèfòmans yo pral piti piti pouse SiC pou l okipe espas mache aparèy Si yo.
Anbalaj tradisyonèl yo baze sou substrats ki baze sou Silisyòm, alòske materyèl semi-kondiktè twazyèm jenerasyon yo mande yon konsepsyon konplètman nouvo. Itilizasyon estrikti anbalaj tradisyonèl ki baze sou Silisyòm pou aparèy pouvwa ki gen gwo espas bann ka prezante nouvo pwoblèm ak defi ki gen rapò ak frekans, jesyon tèmik, ak fyab. Aparèy pouvwa SiC yo pi sansib a kapasitans parazit ak enduktans. Konpare ak aparèy Si, chip pouvwa SiC yo gen vitès komitasyon ki pi rapid, sa ki ka mennen nan depasman, osilasyon, pèt komitasyon ogmante, e menm fonksyònman defo aparèy. Anplis de sa, aparèy pouvwa SiC yo opere nan tanperati ki pi wo, sa ki mande teknik jesyon tèmik ki pi avanse.
Yo devlope yon varyete estrikti diferan nan domèn anbalaj pouvwa semi-kondiktè ak gwo espas bann. Anbalaj modil pouvwa tradisyonèl ki baze sou Si pa apwopriye ankò. Pou rezoud pwoblèm paramèt parazit ki wo ak efikasite disipasyon chalè ki pòv nan anbalaj modil pouvwa tradisyonèl ki baze sou Si, anbalaj modil pouvwa SiC adopte entèkoneksyon san fil ak teknoloji refwadisman doub-bò nan estrikti li, epi tou adopte materyèl substrat ki gen pi bon konduktivite tèmik, epi yo te eseye entegre kondansateur dekouplaj, detèktè tanperati/kouran, ak sikui kondwi nan estrikti modil la, epi devlope yon varyete teknoloji anbalaj modil diferan. Anplis de sa, gen gwo baryè teknik pou fabrikasyon aparèy SiC ak pri pwodiksyon yo wo.
Aparèy carbure Silisyòm yo pwodui lè yo depoze kouch epitaksyèl sou yon substrat carbure Silisyòm atravè CVD. Pwosesis la enplike netwayaj, oksidasyon, fotolitografi, grave, retire fotorezist, enplantasyon iyon, depo chimik vapè nitrid Silisyòm, polisaj, pulverizasyon, ak etap pwosesis ki vin apre pou fòme estrikti aparèy la sou substrat monokristal SiC la. Prensipal kalite aparèy pouvwa SiC yo enkli dyòd SiC, tranzistò SiC, ak modil pouvwa SiC. Akòz faktè tankou vitès pwodiksyon materyèl en ki ba ak to sede ki ba, aparèy carbure Silisyòm yo gen pri fabrikasyon relativman wo.
Anplis de sa, fabrikasyon aparèy Silisyòm kabid gen sèten difikilte teknik:
1) Li nesesè pou devlope yon pwosesis espesifik ki konsistan avèk karakteristik materyèl carbure Silisyòm yo. Pa egzanp: SiC gen yon pwen fizyon ki wo, sa ki fè difizyon tèmik tradisyonèl la pa efikas. Li nesesè pou itilize metòd dopaj enplantasyon iyon epi kontwole avèk presizyon paramèt tankou tanperati, vitès chofaj, dire, ak koule gaz; SiC inaktif anvè solvang chimik yo. Yo ta dwe itilize metòd tankou grave sèk, epi yo ta dwe optimize ak devlope materyèl mask, melanj gaz, kontwòl pant miray bò, vitès grave, brutality miray bò, elatriye;
2) Fabrikasyon elektwòd metal sou waf Silisyòm carbure mande yon rezistans kontak ki anba 10-5Ω2. Materyèl elektwòd ki satisfè egzijans yo, Ni ak Al, gen yon estabilite tèmik ki pòv pi wo pase 100°C, men Al/Ni gen pi bon estabilite tèmik. Rezistans espesifik kontak materyèl elektwòd konpoze /W/Au a se 10-3Ω2 pi wo;
3) SiC gen gwo usure koupe, epi dite SiC a se dezyèm sèlman apre dyaman, ki mete pi gwo kondisyon pou koupe, fanm k'ap pile, polisaj ak lòt teknoloji.
Anplis, aparèy pouvwa Silisyòm kabid tranche yo pi difisil pou fabrike. Selon diferan estrikti aparèy yo, aparèy pouvwa Silisyòm kabid yo ka divize prensipalman an aparèy planè ak aparèy tranche. Aparèy pouvwa Silisyòm kabid planè yo gen yon bon konsistans inite ak yon pwosesis fabrikasyon senp, men yo gen tandans pou efè JFET epi yo gen yon gwo kapasitans parazit ak rezistans eta aktif. Konpare ak aparèy planè yo, aparèy pouvwa Silisyòm kabid tranche yo gen yon konsistans inite ki pi ba epi yo gen yon pwosesis fabrikasyon ki pi konplèks. Sepandan, estrikti tranche a fezab pou ogmante dansite inite aparèy la epi li gen mwens chans pou pwodui efè JFET, ki benefisye pou rezoud pwoblèm mobilite kanal la. Li gen pwopriyete ekselan tankou ti rezistans aktif, ti kapasitans parazit, ak konsomasyon enèji komitasyon ki ba. Li gen avantaj siyifikatif nan pri ak pèfòmans epi li vin direksyon prensipal devlopman aparèy pouvwa Silisyòm kabid. Selon sit entènèt ofisyèl Rohm, estrikti ROHM Gen3 la (Gen1 Trench structure) se sèlman 75% nan zòn chip Gen2 (Plannar2) la, epi rezistans aktif estrikti ROHM Gen3 la redwi a 50% anba menm gwosè chip la.
Substra Silisyòm kabid, epitaksi, front-end, depans R&D ak lòt depans reprezante respektivman 47%, 23%, 19%, 6% ak 5% nan pri fabrikasyon aparèy Silisyòm kabid yo.
Finalman, nou pral konsantre sou kraze baryè teknik substrats yo nan chèn endistri carbure Silisyòm lan.
Pwosesis pwodiksyon substrats Silisyòm karbid la sanble ak substrats ki baze sou Silisyòm, men li pi difisil.
Pwosesis fabrikasyon substrati carbure Silisyòm lan jeneralman gen ladan sentèz matyè premyè, kwasans kristal, pwosesis lengote, koupe lengote, fanm k'ap pile wafer, polisaj, netwayaj ak lòt lyen.
Etap kwasans kristal la se nwayo tout pwosesis la, epi etap sa a detèmine pwopriyete elektrik substrati carbure Silisyòm lan.
Materyèl carbure Silisyòm yo difisil pou grandi nan faz likid anba kondisyon nòmal. Metòd kwasans faz vapè ki popilè sou mache a jodi a gen yon tanperati kwasans ki pi wo pase 2300°C epi li mande yon kontwòl presi sou tanperati kwasans lan. Tout pwosesis operasyon an prèske difisil pou obsève. Yon ti erè ap mennen nan dechè pwodwi a. An konparezon, materyèl silikon yo sèlman bezwen 1600℃, ki pi ba anpil. Prepare substrats carbure Silisyòm yo fè fas ak difikilte tou tankou kwasans kristal ralanti ak egzijans fòm kristal ki wo. Kwasans waf carbure Silisyòm pran apeprè 7 a 10 jou, alòske rale baton silikon an pran sèlman 2 jou edmi. Anplis, carbure Silisyòm se yon materyèl ki gen yon dite ki dezyèm sèlman apre dyaman. Li pral pèdi anpil pandan koupe, fanm k'ap pile, ak polisaj, epi rapò pwodiksyon an se sèlman 60%.
Nou konnen tandans lan se ogmante gwosè substrats carbure Silisyòm yo, pandan gwosè a kontinye ap ogmante, egzijans pou teknoloji ekspansyon dyamèt la ap vin pi wo chak jou. Li mande yon konbinezon plizyè eleman kontwòl teknik pou reyalize kwasans iteratif kristal yo.
Dat piblikasyon: 22 me 2024