Туруктуу иштөөсү бар жогорку сапаттагы кремний карбид пластиналарын массалык түрдө туруктуу өндүрүүдөгү техникалык кыйынчылыктар төмөнкүлөрдү камтыйт:
1) Кристаллдар 2000°C жогору температурадагы жабык чөйрөдө өсүшү керек болгондуктан, температураны көзөмөлдөө талаптары өтө жогору;
2) Кремний карбидинин 200дөн ашык кристаллдык түзүлүшү болгондуктан, бирок монокристаллдык кремний карбидинин бир нече гана түзүлүшү талап кылынган жарым өткөргүч материалдар болгондуктан, кремнийдин көмүртекке катышын, өсүү температурасынын градиентин жана кристаллдын өсүшүн кристаллдын өсүү процессинде так көзөмөлдөө керек. Ылдамдык жана аба агымынын басымы сыяктуу параметрлер;
3) Буу фазасын өткөрүү ыкмасы боюнча, кремний карбидинин кристаллдык өсүшүнүн диаметрин кеңейтүү технологиясы өтө кыйын;
4) Кремний карбидинин катуулугу алмаздыкына жакын, ал эми кесүү, майдалоо жана жылтыратуу ыкмалары кыйын.
SiC эпитаксиалдык пластиналары: адатта химиялык буу чөктүрүү (CVD) ыкмасы менен өндүрүлөт. Ар кандай легирлөө түрлөрүнө жараша, алар n-типтеги жана p-типтеги эпитаксиалдык пластиналарга бөлүнөт. Жергиликтүү Hantian Tiancheng жана Dongguan Tianyu компаниялары 4 дюймдук/6 дюймдук SiC эпитаксиалдык пластиналарын бере алышат. SiC эпитаксиясы үчүн аны жогорку чыңалуу тармагында көзөмөлдөө кыйын, ал эми SiC эпитаксиясынын сапаты SiC түзмөктөрүнө чоң таасирин тийгизет. Андан тышкары, эпитаксиалдык жабдуулар тармактагы төрт алдыңкы компания: Axitron, LPE, TEL жана Nuflare тарабынан монополияланган.
Кремний карбиди эпитаксиалдыкВафли - бул баштапкы кремний карбидинин субстратына белгилүү бир талаптарга жооп берген жана субстрат кристаллына окшош монокристалл пленкасы (эпитаксиалдык катмар) өстүрүлгөн кремний карбидинин вафлиси. Эпитаксиалдык өстүрүү негизинен CVD (Химиялык буу чөктүрүү) жабдууларын же MBE (Молекулярдык нур эпитакси) жабдууларын колдонот. Кремний карбидинин түзүлүштөрү түздөн-түз эпитаксиалдык катмарда өндүрүлгөндүктөн, эпитаксиалдык катмардын сапаты түзмөктүн иштешине жана өндүрүмдүүлүгүнө түздөн-түз таасир этет. Түзмөктүн чыңалууга туруштук берүү көрсөткүчү жогорулаган сайын, тиешелүү эпитаксиалдык катмардын калыңдыгы калыңдайт жана башкаруу кыйындайт. Жалпысынан алганда, чыңалуу 600 В тегерегинде болгондо, талап кылынган эпитаксиалдык катмардын калыңдыгы болжол менен 6 микронду түзөт; чыңалуу 1200-1700 В ортосунда болгондо, талап кылынган эпитаксиалдык катмардын калыңдыгы 10-15 микронго жетет. Эгерде чыңалуу 10 000 вольттон ашса, 100 микрондон ашык эпитаксиалдык катмардын калыңдыгы талап кылынышы мүмкүн. Эпитаксиалдык катмардын калыңдыгы жогорулаган сайын, калыңдыкты жана каршылыктын бирдейлигин, ошондой эле кемчиликтердин тыгыздыгын көзөмөлдөө барган сайын кыйындай берет.
SiC түзмөктөрү: Эл аралык деңгээлде 600~1700V SiC SBD жана MOSFET өнөр жайлаштырылган. Негизги продукциялар 1200V төмөн чыңалуу деңгээлинде иштейт жана негизинен TO таңгактоосун колдонот. Баа жагынан алганда, эл аралык рынокто SiC продукцияларынын баасы Si аналогдоруна караганда 5-6 эсе жогору. Бирок, баалар жылдык 10% га төмөндөп жатат. Кийинки 2-3 жылда материалдардын жана түзмөктөрдүн өндүрүшүнүн кеңейиши менен рыноктун сунушу көбөйүп, баалардын андан ары төмөндөшүнө алып келет. Баа Si продукцияларына караганда 2-3 эсеге жеткенде, системанын чыгымдарынын азайышы жана иштин жакшырышы менен пайда болгон артыкчылыктар SiCди акырындык менен Si түзмөктөрүнүн рыноктук мейкиндигин ээлөөгө түртөт деп күтүлүүдө.
Салттуу таңгактоо кремний негизиндеги субстраттарга негизделген, ал эми үчүнчү муундагы жарым өткөргүч материалдар таптакыр жаңы дизайнды талап кылат. Кең тилкелүү кубаттуулуктагы түзмөктөр үчүн салттуу кремний негизиндеги таңгактоо структураларын колдонуу жыштык, жылуулукту башкаруу жана ишенимдүүлүккө байланыштуу жаңы маселелерди жана кыйынчылыктарды жаратышы мүмкүн. SiC кубаттуулуктагы түзмөктөр мите сыйымдуулукка жана индуктивдүүлүккө сезгич келет. Si түзмөктөрүнө салыштырмалуу SiC кубаттуулуктагы чиптеринин которулуу ылдамдыгы жогору, бул ашыкча жүктөөлөргө, термелүүлөргө, которулуу жоготууларынын көбөйүшүнө жана ал тургай түзмөктөрдүн бузулушуна алып келиши мүмкүн. Мындан тышкары, SiC кубаттуулуктагы түзмөктөр жогорку температурада иштейт, бул жылуулукту башкаруунун өркүндөтүлгөн ыкмаларын талап кылат.
Кең тилкелүү жарым өткөргүчтүү кубаттуулук таңгактоо жаатында ар кандай структуралар иштелип чыккан. Салттуу Si негизиндеги кубаттуулук модулунун таңгагы мындан ары ылайыктуу эмес. Салттуу Si негизиндеги кубаттуулук модулунун таңгагынын жогорку мите параметрлери жана жылуулукту таркатуу натыйжалуулугунун начардыгы көйгөйлөрүн чечүү үчүн, SiC кубаттуулук модулунун таңгагы өзүнүн түзүлүшүндө зымсыз байланышты жана эки тараптуу муздатуу технологиясын колдонот, ошондой эле жылуулук өткөрүмдүүлүгү жакшыраак субстрат материалдарын колдонот жана ажыратуучу конденсаторлорду, температура/ток сенсорлорун жана жетектөөчү схемаларды модулдун түзүлүшүнө интеграциялоого аракет кылып, ар кандай модулдук таңгактоо технологияларын иштеп чыккан. Андан тышкары, SiC түзмөктөрүн өндүрүүдө жогорку техникалык тоскоолдуктар бар жана өндүрүш чыгымдары жогору.
Кремний карбиддик түзүлүштөр кремний карбиддик негизине эпитаксиалдык катмарларды CVD аркылуу жайгаштыруу аркылуу өндүрүлөт. Бул процесс тазалоону, кычкылданууну, фотолитографияны, оюуну, фоторезистти сыйрып алууну, иондук имплантацияны, кремний нитридин химиялык буу менен жайгаштырууну, жылтыратуу, чачыратууну жана SiC бир кристаллдык негизине түзүлүштүн түзүлүшүн түзүү үчүн андан кийинки иштетүү кадамдарын камтыйт. SiC кубаттуулук түзүлүштөрүнүн негизги түрлөрүнө SiC диоддору, SiC транзисторлору жана SiC кубаттуулук модулдары кирет. Материалды өндүрүүнүн жай ылдамдыгы жана төмөн түшүмдүүлүк сыяктуу факторлордон улам, кремний карбиддик түзүлүштөрдүн өндүрүштүк чыгымдары салыштырмалуу жогору.
Мындан тышкары, кремний карбиддик түзүлүштү өндүрүүдө белгилүү бир техникалык кыйынчылыктар бар:
1) Кремний карбид материалдарынын мүнөздөмөлөрүнө шайкеш келген белгилүү бир процессти иштеп чыгуу зарыл. Мисалы: SiC жогорку эрүү температурасына ээ, бул салттуу жылуулук диффузиясын натыйжасыз кылат. Иондук имплантациялоо легирлөө ыкмасын колдонуу жана температура, ысытуу ылдамдыгы, узактыгы жана газ агымы сыяктуу параметрлерди так көзөмөлдөө зарыл; SiC химиялык эриткичтерге инерттүү. Кургак оюу сыяктуу ыкмаларды колдонуу керек, ошондой эле маска материалдарын, газ аралашмаларын, каптал дубалдын жантайыңкылыгын, оюу ылдамдыгын, каптал дубалдын оройлугун ж.б. көзөмөлдөө үчүн оптималдаштырылып, иштелип чыгышы керек;
2) Кремний карбид пластиналарында металл электроддорду жасоодо 10-5Ω2ден төмөн контакттык каршылык талап кылынат. Ni жана Al талаптарына жооп берген электрод материалдары 100°C жогору температурада начар жылуулук туруктуулугуна ээ, бирок Al/Ni жылуулук туруктуулугу жакшыраак. /W/Au курама электрод материалынын контакттык салыштырмалуу каршылыгы 10-3Ω2 жогору;
3) SiC кесүү эскирүүсү жогору жана SiC катуулугу алмаздан кийинки экинчи орунда турат, бул кесүү, майдалоо, жылтыратуу жана башка технологияларга жогорку талаптарды коёт.
Мындан тышкары, траншея кремний карбидинин кубаттуулук түзүлүштөрүн өндүрүү кыйыныраак. Ар кандай түзүлүштөрдүн түзүлүшүнө ылайык, кремний карбидинин кубаттуулук түзүлүштөрүн негизинен тегиз түзүлүштөр жана траншея түзүлүштөрү деп бөлүүгө болот. Тегиз кремний карбидинин кубаттуулук түзүлүштөрү жакшы бирдик консистенциясына жана жөнөкөй өндүрүш процессине ээ, бирок JFET эффектине жакын жана жогорку мите сыйымдуулугуна жана учурдагы абалга каршылыгына ээ. Тегиз түзүлүштөргө салыштырмалуу, траншея кремний карбидинин кубаттуулук түзүлүштөрү төмөнкү бирдик консистенциясына жана татаал өндүрүш процессине ээ. Бирок, траншея түзүлүшү түзүлүштүн бирдик тыгыздыгын жогорулатууга өбөлгө түзөт жана JFET эффектин пайда кылуу ыктымалдыгы азыраак, бул каналдын мобилдүүлүгү көйгөйүн чечүүгө пайдалуу. Ал кичинекей каршылык, кичинекей мите сыйымдуулугу жана аз которулуу энергиясын керектөө сыяктуу эң сонун касиеттерге ээ. Ал олуттуу баа жана иштөө артыкчылыктарына ээ жана кремний карбидинин кубаттуулук түзүлүштөрүн өнүктүрүүнүн негизги багытына айланган. Rohm расмий веб-сайтына ылайык, ROHM Gen3 түзүлүшү (Gen1 Trench түзүлүшү) Gen2 (Plannar2) чип аянтынын 75% гана түзөт жана ошол эле чип өлчөмүндө ROHM Gen3 түзүлүшүнүн каршылыгы 50% га азаят.
Кремний карбидинин негизи, эпитакси, алдыңкы бөлүгү, изилдөө жана иштеп чыгуу чыгымдары жана башкалар кремний карбидинин түзүлүштөрүн өндүрүүнүн наркынын тиешелүүлүгүнө жараша 47%, 23%, 19%, 6% жана 5% түзөт.
Акырында, биз кремний карбиди өнөр жай чынжырындагы субстраттардын техникалык тоскоолдуктарын жоюуга көңүл бурабыз.
Кремний карбидинин субстраттарын өндүрүү процесси кремний негизиндеги субстраттардыкына окшош, бирок татаалыраак.
Кремний карбидинин субстратын өндүрүү процесси жалпысынан чийки затты синтездөөнү, кристаллдарды өстүрүүнү, куйманы иштетүүнү, куйманы кесүүнү, пластинаны майдалоону, жылтыратууну, тазалоону жана башка байланыштарды камтыйт.
Кристаллдын өсүү этабы бүтүндөй процесстин өзөгү болуп саналат жана бул кадам кремний карбидинин негизинин электрдик касиеттерин аныктайт.
Кремний карбид материалдарын кадимки шарттарда суюк фазада өстүрүү кыйын. Бүгүнкү күндө рынокто кеңири таралган буу фазасынын өсүү ыкмасынын өсүү температурасы 2300°C жогору жана өсүү температурасын так көзөмөлдөөнү талап кылат. Бүткүл иштөө процессин байкоо дээрлик кыйын. Кичинекей ката продукцияны жок кылууга алып келет. Салыштырмалуу, кремний материалдары 1600℃ гана талап кылат, бул бир топ төмөн. Кремний карбидинин субстраттарын даярдоодо кристаллдардын жай өсүшү жана кристаллдын формасына жогорку талаптар сыяктуу кыйынчылыктар бар. Кремний карбидинин пластинасынын өсүшү 7-10 күнгө созулат, ал эми кремний таякчасын тартуу 2 жарым күнгө гана созулат. Андан тышкары, кремний карбиди - бул катуулугу алмаздан кийинки экинчи орунда турган материал. Кесүү, майдалоо жана жылтыратуу учурунда ал көп нерсени жоготот жана чыгаруу катышы болгону 60% түзөт.
Биз кремний карбидинин субстраттарынын өлчөмүн көбөйтүү тенденциясы бар экенин билебиз, өлчөмү чоңойгон сайын диаметрди кеңейтүү технологиясына болгон талаптар барган сайын жогорулап баратат. Кристаллдардын кайталануучу өсүшүнө жетүү үчүн ар кандай техникалык башкаруу элементтеринин айкалышын талап кылат.
Жарыяланган убактысы: 2024-жылдын 22-майы