A kiváló minőségű, stabil teljesítményű szilícium-karbid lapkák stabil tömeggyártásának technikai nehézségei a következők:
1) Mivel a kristályoknak magas hőmérsékletű, 2000 °C feletti zárt környezetben kell növekedniük, a hőmérséklet-szabályozási követelmények rendkívül magasak;
2) Mivel a szilícium-karbidnak több mint 200 kristályszerkezete van, de az egykristályos szilícium-karbid csak néhány szerkezete a szükséges félvezető anyagok, a szilícium-szén arányt, a növekedési hőmérséklet gradiensét és a kristálynövekedést pontosan szabályozni kell a kristálynövekedési folyamat.Olyan paraméterek, mint a sebesség és a légáramlási nyomás;
3) A gőzfázisú transzmissziós módszer szerint a szilícium-karbid kristálynövekedés átmérőtágítási technológiája rendkívül nehéz;
4) A szilícium-karbid keménysége közel áll a gyémánt keménységéhez, és a vágási, csiszolási és polírozási technikák bonyolultak.
SiC epitaxiális lapkák: általában kémiai gőzleválasztásos (CVD) módszerrel gyártják.Különböző adalékolási típusok szerint n-típusú és p-típusú epitaxiális ostyákra oszthatók.A hazai Hantian Tiancheng és Dongguan Tianyu már 4 hüvelykes/6 hüvelykes SiC epitaxiális szeleteket tud biztosítani.A SiC epitaxia esetében nehéz szabályozni a nagyfeszültségű mezőben, és a SiC epitaxia minősége nagyobb hatással van a SiC eszközökre.Ezenkívül az epitaxiális berendezéseket az iparág négy vezető vállalata monopolizálja: az Axitron, az LPE, a TEL és a Nuflare.
Szilícium-karbid epitaxiálisAz ostya olyan szilícium-karbid ostyára utal, amelyben az eredeti szilícium-karbid szubsztrátumon egykristályos filmet (epitaxiális réteget) növesztenek bizonyos követelményekkel, és megegyeznek a hordozókristállyal.Az epitaxiális növekedés főként CVD (Chemical Vapor Deposition, ) berendezést vagy MBE (Molecular Beam Epitaxy) berendezést használ.Mivel a szilícium-karbid eszközöket közvetlenül az epitaxiális rétegben gyártják, az epitaxiális réteg minősége közvetlenül befolyásolja az eszköz teljesítményét és hozamát.Ahogy a készülék feszültségtűrő teljesítménye tovább növekszik, a megfelelő epitaxiális réteg vastagsága megvastagszik, és a szabályozás nehezebbé válik. Általában 600 V körüli feszültség esetén a szükséges epitaxiális rétegvastagság körülbelül 6 mikron;amikor a feszültség 1200-1700V között van, a szükséges epitaxiális rétegvastagság eléri a 10-15 mikront.Ha a feszültség meghaladja a 10 000 voltot, akkor 100 mikronnál nagyobb epitaxiális rétegvastagságra lehet szükség.Ahogy az epitaxiális réteg vastagsága tovább növekszik, egyre nehezebbé válik a vastagság és a fajlagos ellenállás egyenletességének, valamint a hibasűrűségnek a szabályozása.
SiC eszközök: Nemzetközi szinten a 600-1700 V-os SiC SBD és MOSFET iparosodott.A mainstream termékek 1200 V alatti feszültségszinten működnek, és elsősorban TO csomagolást alkalmaznak.Ami az árat illeti, a SiC termékek ára a nemzetközi piacon körülbelül 5-6-szor magasabb, mint Si társaiké.Az árak azonban éves szinten 10%-kal csökkennek.a következő 2-3 évben az upstream anyagok és készülékgyártás bővülésével a piaci kínálat növekedni fog, ami további árcsökkentésekhez vezet.Várhatóan amikor az ára eléri a Si-termékek 2-3-szorosát, a rendszerköltségek csökkenéséből és a jobb teljesítményből adódó előnyök fokozatosan arra késztetik a SiC-t, hogy elfoglalja a Si-eszközök piaci terét.
A hagyományos csomagolás szilícium alapú hordozókra épül, míg a harmadik generációs félvezető anyagok teljesen új dizájnt igényelnek.A hagyományos szilícium alapú csomagolószerkezetek széles sávú áramellátó eszközökhöz való használata új problémákat és kihívásokat vethet fel a frekvenciával, a hőkezeléssel és a megbízhatósággal kapcsolatban.A SiC tápegységek érzékenyebbek a parazita kapacitásra és induktivitásra.Az Si-eszközökhöz képest a SiC teljesítménychipek gyorsabb kapcsolási sebességgel rendelkeznek, ami túllövéshez, oszcillációhoz, megnövekedett kapcsolási veszteségekhez, sőt az eszköz meghibásodásához vezethet.Ezenkívül a SiC tápegységek magasabb hőmérsékleten működnek, ami fejlettebb hőkezelési technikákat igényel.
Különféle struktúrákat fejlesztettek ki a széles sávú félvezető tápcsomagolás területén.A hagyományos Si-alapú tápegység-csomagolás már nem megfelelő.A hagyományos Si-alapú tápmodul-csomagolások magas parazita paraméterei és gyenge hőelvezetési hatékonysága problémáinak megoldása érdekében a SiC teljesítménymodul-csomagolás vezeték nélküli összekapcsolási és kétoldali hűtési technológiát alkalmaz a szerkezetében, valamint a jobb termikus hordozóanyagokat is. vezetőképességet, és megpróbálta integrálni a leválasztó kondenzátorokat, hőmérséklet-/áramérzékelőket és meghajtó áramköröket a modulszerkezetbe, és számos különböző modulcsomagolási technológiát fejlesztett ki.Ezen túlmenően a SiC-eszközök gyártásának komoly technikai akadályai vannak, és magasak a gyártási költségek.
A szilícium-karbid eszközöket úgy állítják elő, hogy epitaxiális rétegeket helyeznek fel szilícium-karbid hordozóra CVD-n keresztül.Az eljárás magában foglalja a tisztítást, oxidációt, fotolitográfiát, maratást, a fotoreziszt eltávolítását, ionimplantációt, szilícium-nitrid kémiai gőzleválasztását, polírozást, porlasztást, és az ezt követő feldolgozási lépéseket, hogy kialakítsák az eszköz szerkezetét a SiC egykristály hordozón.A SiC tápegységek fő típusai a SiC diódák, a SiC tranzisztorok és a SiC tápmodulok.Az olyan tényezők miatt, mint a lassú felfelé irányuló anyaggyártási sebesség és az alacsony hozam, a szilícium-karbid eszközök gyártási költségei viszonylag magasak.
Ezenkívül a szilícium-karbid eszközök gyártása bizonyos technikai nehézségekkel jár:
1) Olyan speciális eljárást kell kidolgozni, amely összhangban van a szilícium-karbid anyagok jellemzőivel.Például: A SiC magas olvadáspontú, ami hatástalanná teszi a hagyományos termikus diffúziót.Szükséges az ionimplantációs adalékolási módszer alkalmazása és az olyan paraméterek pontos szabályozása, mint a hőmérséklet, a fűtési sebesség, az időtartam és a gázáramlás;A SiC közömbös a kémiai oldószerekkel szemben.Olyan módszereket kell alkalmazni, mint a száraz maratás, és optimalizálni és fejleszteni kell a maszkanyagokat, gázkeverékeket, az oldalfal lejtésének szabályozását, a maratási sebességet, az oldalfal érdességét stb.;
2) A szilícium-karbid lapkákon fémelektródák gyártásához 10-5Ω2 alatti érintkezési ellenállás szükséges.A követelményeknek megfelelő elektródaanyagok, Ni és Al 100°C felett gyenge hőstabilitásúak, de az Al/Ni jobb hőstabilitású.A /W/Au kompozit elektróda anyag érintkezési fajlagos ellenállása 10-3Ω2-vel nagyobb;
3) A SiC nagy vágási kopással rendelkezik, és a szilícium-karbid keménysége a gyémánt után a második, ami magasabb követelményeket támaszt a vágás, csiszolás, polírozás és egyéb technológiák terén.
Ezen túlmenően a szilícium-karbid erőgépeket nehezebb gyártani.Különböző szerkezeti felépítések szerint a szilícium-karbid erőgépek főként síkszerkezetekre és árokszerkezetekre oszthatók.A sík szilícium-karbid tápegységek jó egységkonzisztenciával és egyszerű gyártási folyamattal rendelkeznek, de hajlamosak a JFET-hatásra, valamint nagy parazita kapacitással és bekapcsolt állapotú ellenállással rendelkeznek.Összehasonlítva a síkszerkezetekkel, a szilícium-karbid erőgépek alacsonyabb egységkonzisztenciával és összetettebb gyártási folyamattal rendelkeznek.Az árokszerkezet azonban elősegíti az eszköz egységsűrűségének növelését, és kevésbé valószínű, hogy JFET hatást vált ki, ami előnyös a csatorna mobilitás problémájának megoldásában.Kiváló tulajdonságokkal rendelkezik, például kis bekapcsolási ellenállással, kis parazita kapacitással és alacsony kapcsolási energiafogyasztással.Jelentős költség- és teljesítményelőnyökkel rendelkezik, és a szilícium-karbid erőgépek fejlesztésének fő irányvonalává vált.A Rohm hivatalos weboldala szerint a ROHM Gen3 szerkezet (Gen1 Trench szerkezet) csak a Gen2 (Plannar2) chip területének 75%-át teszi ki, és a ROHM Gen3 szerkezet bekapcsolási ellenállása 50%-kal csökken azonos chipméret mellett.
A szilícium-karbid szubsztrátum, epitaxia, front-end, K+F költségek és egyebek a szilícium-karbid eszközök gyártási költségének 47%-át, 23%-át, 19%-át, 6%-át és 5%-át teszik ki.
Végül a szilícium-karbid ipari láncban a szubsztrátok technikai akadályainak lebontására összpontosítunk.
A szilícium-karbid hordozók gyártási folyamata hasonló a szilícium alapú hordozókéhoz, de nehezebb.
A szilícium-karbid szubsztrát gyártási folyamata általában magában foglalja a nyersanyag szintézisét, a kristálynövekedést, az öntvényfeldolgozást, a tömbvágást, az ostya köszörülését, a polírozást, a tisztítást és egyéb kapcsolatokat.
A kristálynövekedési szakasz a teljes folyamat magja, és ez a lépés határozza meg a szilícium-karbid hordozó elektromos tulajdonságait.
A szilícium-karbid anyagokat nehéz folyékony fázisban termeszteni normál körülmények között.A ma a piacon népszerű gőzfázisú növesztési módszer 2300°C feletti növekedési hőmérséklettel rendelkezik, és a növekedési hőmérséklet pontos szabályozását igényli.A teljes működési folyamatot szinte nehéz megfigyelni.Egy kis hiba a termék selejtezéséhez vezet.Összehasonlításképpen, a szilícium anyagok csak 1600 ℃-ot igényelnek, ami sokkal alacsonyabb.A szilícium-karbid szubsztrátumok előkészítése olyan nehézségekkel is szembesül, mint a lassú kristálynövekedés és a magas kristályforma követelmények.A szilícium-karbid lapka növekedése körülbelül 7-10 napot vesz igénybe, míg a szilícium rúd húzása csak 2 és fél napot vesz igénybe.Ezenkívül a szilícium-karbid olyan anyag, amelynek keménysége a gyémánt után a második.Sokat veszít a vágás, csiszolás és polírozás során, és a kimeneti arány csak 60%.
Tudjuk, hogy a tendencia a szilícium-karbid hordozók méretének növelése, mivel a méretek folyamatosan növekednek, az átmérőtágítási technológiával szemben támasztott követelmények egyre magasabbak.A kristályok iteratív növekedésének eléréséhez különféle műszaki vezérlőelemek kombinációja szükséges.
Feladás időpontja: 2024. május 22