Որո՞նք են սիլիցիումի կարբիդի տեխնիկական խոչընդոտները։Ⅱ

Բարձրորակ և կայուն կատարողականությամբ սիլիցիումի կարբիդային վեֆլերների կայուն զանգվածային արտադրության տեխնիկական դժվարությունները ներառում են.

1) Քանի որ բյուրեղները պետք է աճեն 2000°C-ից բարձր ջերմաստիճանով փակ միջավայրում, ջերմաստիճանի կարգավորման պահանջները չափազանց բարձր են։
2) Քանի որ սիլիցիումի կարբիդն ունի ավելի քան 200 բյուրեղային կառուցվածք, սակայն միայն միաբյուրեղային սիլիցիումի կարբիդի մի քանի կառուցվածքներ են անհրաժեշտ կիսահաղորդչային նյութեր, սիլիցիում-ածխածնի հարաբերակցությունը, աճի ջերմաստիճանի գրադիենտը և բյուրեղի աճը պետք է ճշգրիտ վերահսկվեն բյուրեղի աճի գործընթացում: Պարամետրեր, ինչպիսիք են արագությունը և օդի հոսքի ճնշումը.
3) Գոլորշի փուլի փոխանցման մեթոդի դեպքում, սիլիցիումի կարբիդի բյուրեղների աճի տրամագծի ընդարձակման տեխնոլոգիան չափազանց դժվար է։
4) Սիլիցիումի կարբիդի կարծրությունը մոտ է ադամանդի կարծրությանը, և կտրման, հղկման և փայլեցման տեխնիկան դժվար է։

SiC էպիտաքսիալ վաֆլիներ. սովորաբար արտադրվում են քիմիական գոլորշիների նստեցման (CVD) մեթոդով: Տարբեր խառնուրդների տեսակների համաձայն՝ դրանք բաժանվում են n-տիպի և p-տիպի էպիտաքսիալ վաֆլիների: Տեղական Hantian Tiancheng և Dongguan Tianyu ընկերություններն արդեն կարող են մատակարարել 4/6 դյույմանոց SiC էպիտաքսիալ վաֆլիներ: SiC էպիտաքսիալ վաֆլիների դեպքում այն ​​դժվար է վերահսկել բարձր լարման դաշտում, և SiC էպիտաքսիալ վաֆլիի որակը ավելի մեծ ազդեցություն ունի SiC սարքերի վրա: Ավելին, էպիտաքսիալ սարքավորումները մենաշնորհված են ոլորտի չորս առաջատար ընկերությունների կողմից՝ Axitron, LPE, TEL և Nuflare:

Սիլիցիումի կարբիդային էպիտաքսիալՎաֆլի նշանակում է սիլիցիումի կարբիդային վաֆլի, որի դեպքում սիլիցիումի կարբիդային հիմքի վրա աճեցվում է միաբյուրեղային թաղանթ (էպիտաքսիալ շերտ), որն ունի որոշակի պահանջներ և նույնն է, ինչ հիմքի բյուրեղը: Էպիտաքսիալ աճեցման համար հիմնականում օգտագործվում են CVD (քիմիական գոլորշու նստեցում) սարքավորումներ կամ MBE (մոլեկուլային ճառագայթային էպիտաքսիալ) սարքավորումներ: Քանի որ սիլիցիումի կարբիդային սարքերը արտադրվում են անմիջապես էպիտաքսիալ շերտում, էպիտաքսիալ շերտի որակը անմիջականորեն ազդում է սարքի աշխատանքի և արտադրողականության վրա: Քանի որ սարքի լարման դիմադրության աշխատանքը շարունակում է աճել, համապատասխան էպիտաքսիալ շերտի հաստությունը դառնում է ավելի հաստ, և կառավարումը դառնում է ավելի դժվար: Ընդհանուր առմամբ, երբ լարումը մոտ 600 Վ է, անհրաժեշտ էպիտաքսիալ շերտի հաստությունը մոտ 6 միկրոն է. երբ լարումը 1200-1700 Վ միջակայքում է, անհրաժեշտ էպիտաքսիալ շերտի հաստությունը հասնում է 10-15 միկրոնի: Եթե լարումը հասնում է ավելի քան 10,000 վոլտի, կարող է պահանջվել ավելի քան 100 միկրոն էպիտաքսիալ շերտի հաստություն: Քանի որ էպիտաքսիալ շերտի հաստությունը շարունակում է աճել, ավելի ու ավելի դժվար է դառնում վերահսկել հաստությունը, դիմադրությունը, միատարրությունը և արատների խտությունը։

SiC սարքեր. Միջազգային մակարդակում 600~1700V SiC SBD-ն և MOSFET-ը արդյունաբերականացվել են: Հիմնական արտադրանքը գործում է 1200V-ից ցածր լարման մակարդակներում և հիմնականում օգտագործում է TO փաթեթավորում: Գնագոյացման առումով, միջազգային շուկայում SiC արտադրանքի գինը մոտ 5-6 անգամ ավելի բարձր է, քան Si համարժեքները: Այնուամենայնիվ, գները նվազում են տարեկան 10%-ով: Հաջորդ 2-3 տարիների ընթացքում վերին հոսքի նյութերի և սարքերի արտադրության ընդլայնման հետ մեկտեղ, շուկայի առաջարկը կաճի, ինչը կհանգեցնի գների հետագա անկման: Ակնկալվում է, որ երբ գինը հասնի Si արտադրանքի գնի 2-3 անգամ բարձր լինելուն, համակարգի ծախսերի կրճատման և բարելավված աշխատանքի առավելությունները աստիճանաբար կստիպեն SiC-ին զբաղեցնել Si սարքերի շուկայական տարածքը:
Ավանդական փաթեթավորումը հիմնված է սիլիցիումի վրա հիմնված հիմքերի վրա, մինչդեռ երրորդ սերնդի կիսահաղորդչային նյութերը պահանջում են բոլորովին նոր դիզայն: Լայն գոտիական բացվածքով հզորության սարքերի համար ավանդական սիլիցիումի վրա հիմնված փաթեթավորման կառուցվածքների օգտագործումը կարող է առաջացնել նոր խնդիրներ և մարտահրավերներ՝ կապված հաճախականության, ջերմային կառավարման և հուսալիության հետ: SiC հզորության սարքերն ավելի զգայուն են պարազիտային տարողունակության և ինդուկտիվության նկատմամբ: Si սարքերի համեմատ, SiC հզորության չիպերն ունեն ավելի արագ միացման արագություն, ինչը կարող է հանգեցնել գերլարման, տատանումների, միացման կորուստների աճի և նույնիսկ սարքի անսարքությունների: Բացի այդ, SiC հզորության սարքերը գործում են ավելի բարձր ջերմաստիճաններում, ինչը պահանջում է ավելի առաջադեմ ջերմային կառավարման մեթոդներ:

Լայն գոտիական բացվածքով կիսահաղորդչային հզորության փաթեթավորման ոլորտում մշակվել են բազմազան կառուցվածքներ: Ավանդական Si-ի վրա հիմնված հզորության մոդուլների փաթեթավորումը այլևս հարմար չէ: Ավանդական Si-ի վրա հիմնված հզորության մոդուլների փաթեթավորման բարձր պարազիտային պարամետրերի և ջերմության ցրման ցածր արդյունավետության խնդիրները լուծելու համար, SiC հզորության մոդուլների փաթեթավորումը իր կառուցվածքում օգտագործում է անլար միացման և երկկողմանի սառեցման տեխնոլոգիա, ինչպես նաև օգտագործում է ավելի լավ ջերմահաղորդականություն ունեցող հիմքի նյութեր, և փորձ է արվել մոդուլի կառուցվածքում ինտեգրել անջատող կոնդենսատորներ, ջերմաստիճանի/հոսանքի սենսորներ և շարժիչային սխեմաներ, և մշակվել են մոդուլների փաթեթավորման բազմազան տարբեր տեխնոլոգիաներ: Ավելին, SiC սարքերի արտադրության համար կան բարձր տեխնիկական խոչընդոտներ, և արտադրության ծախսերը բարձր են:

Սիլիցիումի կարբիդային սարքերը արտադրվում են սիլիցիումի կարբիդային հիմքի վրա էպիտաքսիալ շերտերը CVD-ի միջոցով նստեցնելով: Գործընթացը ներառում է մաքրում, օքսիդացում, ֆոտոլիտոգրաֆիա, փորագրում, լուսառեզիստի շերտազատում, իոնային իմպլանտացիա, սիլիցիումի նիտրիդի քիմիական գոլորշու նստեցում, հղկում, փոշիացում և հետագա մշակման քայլեր՝ սարքի կառուցվածքը SiC միաբյուրեղային հիմքի վրա ձևավորելու համար: SiC էներգամատակարարման սարքերի հիմնական տեսակներն են SiC դիոդները, SiC տրանզիստորները և SiC էներգամատակարարման մոդուլները: Նյութի արտադրության դանդաղ արագության և ցածր արտադրողականության նման գործոնների պատճառով սիլիցիումի կարբիդային սարքերն ունեն համեմատաբար բարձր արտադրական ծախսեր:

Բացի այդ, սիլիցիումի կարբիդային սարքերի արտադրությունը որոշակի տեխնիկական դժվարություններ ունի.

1) Անհրաժեշտ է մշակել սիլիցիումի կարբիդային նյութերի բնութագրերին համապատասխանող հատուկ գործընթաց։ Օրինակ՝ SiC-ն ունի բարձր հալման կետ, ինչը ավանդական ջերմային դիֆուզիան դարձնում է անարդյունավետ։ Անհրաժեշտ է օգտագործել իոնային իմպլանտացիայի խառնուրդի մեթոդը և ճշգրիտ վերահսկել այնպիսի պարամետրեր, ինչպիսիք են ջերմաստիճանը, տաքացման արագությունը, տևողությունը և գազի հոսքը. SiC-ն իներտ է քիմիական լուծիչների նկատմամբ։ Պետք է օգտագործվեն չոր փորագրման նման մեթոդներ, և պետք է օպտիմալացվեն և մշակվեն դիմակային նյութեր, գազային խառնուրդներ, կողային պատերի թեքության վերահսկում, փորագրման արագություն, կողային պատերի կոպտություն և այլն։
2) Սիլիցիումի կարբիդային վեֆլերի վրա մետաղական էլեկտրոդների արտադրությունը պահանջում է 10-5Ω2-ից ցածր կոնտակտային դիմադրություն: Պահանջներին համապատասխանող էլեկտրոդային նյութերը՝ Ni-ն և Al-ը, ունեն 100°C-ից բարձր ցածր ջերմային կայունություն, սակայն Al/Ni-ն ունի ավելի լավ ջերմային կայունություն: /W/Au կոմպոզիտային էլեկտրոդային նյութի կոնտակտային տեսակարար դիմադրությունը 10-3Ω2-ից բարձր է։
3) SiC-ն ունի բարձր կտրման մաշվածություն, իսկ SiC-ի կարծրությունը զիջում է միայն ադամանդին, ինչը ավելի բարձր պահանջներ է ներկայացնում կտրման, հղկման, փայլեցման և այլ տեխնոլոգիաների համար։

Ավելին, խրամատային սիլիցիումի կարբիդային էներգամատակարարման սարքերն ավելի դժվար են արտադրվում: Սարքերի տարբեր կառուցվածքների համաձայն, սիլիցիումի կարբիդային էներգամատակարարման սարքերը կարելի է հիմնականում բաժանել պլանար սարքերի և խրամատային սարքերի: Պլանար սիլիցիումի կարբիդային էներգամատակարարման սարքերն ունեն լավ միավորային հետևողականություն և պարզ արտադրական գործընթաց, բայց հակված են JFET էֆեկտի և ունեն բարձր պարազիտային տարողություն և միացման դիմադրություն: Պլանար սարքերի համեմատ, խրամատային սիլիցիումի կարբիդային էներգամատակարարման սարքերն ունեն ավելի ցածր միավորային հետևողականություն և ավելի բարդ արտադրական գործընթաց: Այնուամենայնիվ, խրամատային կառուցվածքը նպաստում է սարքի միավորների խտության մեծացմանը և ավելի քիչ հավանական է, որ առաջացնի JFET էֆեկտ, ինչը օգտակար է ալիքների շարժունակության խնդիրը լուծելու համար: Այն ունի գերազանց հատկություններ, ինչպիսիք են փոքր միացման դիմադրությունը, փոքր պարազիտային տարողությունը և ցածր միացման էներգիայի սպառումը: Այն ունի զգալի արժեքի և կատարողականի առավելություններ և դարձել է սիլիցիումի կարբիդային էներգամատակարարման սարքերի մշակման հիմնական ուղղությունը: Ըստ Rohm-ի պաշտոնական կայքի՝ ROHM Gen3 կառուցվածքը (Gen1 Trench կառուցվածք) կազմում է Gen2 (Plannar2) չիպի մակերեսի միայն 75%-ը, և ROHM Gen3 կառուցվածքի միացման դիմադրությունը նվազում է 50%-ով նույն չիպի չափի դեպքում։

Սիլիցիումի կարբիդային հիմքի, էպիտաքսիայի, նախնական աշխատանքների, հետազոտությունների և զարգացման ծախսերի և այլ ծախսերը կազմում են սիլիցիումի կարբիդային սարքերի արտադրական արժեքի համապատասխանաբար 47%-ը, 23%-ը, 19%-ը, 6%-ը և 5%-ը։

Վերջապես, մենք կկենտրոնանանք սիլիցիումի կարբիդի արդյունաբերական շղթայում հիմքերի տեխնիկական խոչընդոտների քանդման վրա։

Սիլիցիումի կարբիդային հիմքերի արտադրության գործընթացը նման է սիլիցիումային հիմքով հիմքերի արտադրությանը, բայց ավելի դժվար է։
Սիլիցիումի կարբիդային հիմքի արտադրական գործընթացը սովորաբար ներառում է հումքի սինթեզ, բյուրեղների աճեցում, ձուլակտորների մշակում, ձուլակտորների կտրում, վաֆլիների հղկում, հղկում, մաքրում և այլ գործընթացներ։
Բյուրեղների աճի փուլը ամբողջ գործընթացի միջուկն է, և այս քայլը որոշում է սիլիցիումի կարբիդային հիմքի էլեկտրական հատկությունները։

Սիլիցիումի կարբիդային նյութերը դժվար է աճեցնել հեղուկ փուլում նորմալ պայմաններում: Այսօր շուկայում տարածված գոլորշու փուլի աճի մեթոդը ունի 2300°C-ից բարձր աճի ջերմաստիճան և պահանջում է աճի ջերմաստիճանի ճշգրիտ վերահսկողություն: Ամբողջ շահագործման գործընթացը գրեթե դժվար է դիտարկել: Փոքր սխալը կհանգեցնի արտադրանքի ջարդոնի: Համեմատության համար, սիլիցիումային նյութերը պահանջում են միայն 1600℃, ինչը շատ ավելի ցածր է: Սիլիցիումի կարբիդային հիմքերի պատրաստումը նույնպես բախվում է դժվարությունների, ինչպիսիք են բյուրեղների դանդաղ աճը և բյուրեղային ձևի բարձր պահանջները: Սիլիցիումի կարբիդային վաֆլիի աճը տևում է մոտ 7-10 օր, մինչդեռ սիլիցիումային ձողերի քաշումը տևում է ընդամենը 2 ու կես օր: Ավելին, սիլիցիումի կարբիդը այնպիսի նյութ է, որի կարծրությունը զիջում է միայն ադամանդին: Այն շատ բան կկորցնի կտրման, հղկման և փայլեցման ժամանակ, և արդյունքի հարաբերակցությունը կազմում է ընդամենը 60%:

Մենք գիտենք, որ միտումը սիլիցիումի կարբիդային հիմքերի չափերի մեծացումն է, քանի որ չափերի շարունակական աճին զուգընթաց, տրամագծի ընդարձակման տեխնոլոգիայի պահանջները գնալով ավելի ու ավելի են բարձրանում: Բյուրեղների իտերատիվ աճին հասնելու համար անհրաժեշտ է տարբեր տեխնիկական կառավարման տարրերի համադրություն: