Тогтвортой ажиллагаатай, өндөр чанартай цахиурын карбидын вафлигуудыг тогтвортой олноор үйлдвэрлэхэд тулгардаг техникийн бэрхшээлүүд нь дараахь зүйлийг агуулна.
1) Талстууд 2000°C-аас дээш өндөр температуртай битүүмжилсэн орчинд ургах шаардлагатай тул температурын хяналтын шаардлага маш өндөр байдаг;
2) Цахиурын карбид нь 200 гаруй талст бүтэцтэй боловч дан талст цахиурын карбидын цөөн хэдэн бүтэц нь шаардлагатай хагас дамжуулагч материал тул цахиур-нүүрстөрөгчийн харьцаа, өсөлтийн температурын градиент, талстын өсөлтийг талстын өсөлтийн явцад нарийн хянах шаардлагатай. Хурд ба агаарын урсгалын даралт зэрэг параметрүүд;
3) Уурын фазын дамжуулалтын аргын дагуу цахиурын карбидын талстын өсөлтийн диаметрийн тэлэлтийн технологи нь маш хэцүү байдаг;
4) Цахиурын карбидын хатуулаг нь алмазын хатуулагтай ойролцоо бөгөөд зүсэх, нунтаглах, өнгөлөх техник нь хэцүү байдаг.
SiC эпитаксиал ваферууд: ихэвчлэн химийн уурын тунадасжуулалт (CVD) аргаар үйлдвэрлэдэг. Өөр өөр допинг төрлөөс хамааран тэдгээрийг n төрлийн болон p төрлийн эпитаксиал вафер гэж хуваадаг. Дотоодын Хантиан Тяньчэн болон Донгуань Тянью компаниуд 4 инчийн/6 инчийн SiC эпитаксиал ваферуудыг аль хэдийн нийлүүлж чаддаг. SiC эпитаксиалын хувьд өндөр хүчдэлийн салбарт хянах нь хэцүү бөгөөд SiC эпитаксиалын чанар нь SiC төхөөрөмжүүдэд илүү их нөлөөлдөг. Түүнчлэн, эпитаксиал тоног төхөөрөмжийг салбарын тэргүүлэгч дөрвөн компани болох Axitron, LPE, TEL, Nuflare монопольчилдог.
Цахиурын карбидын эпитаксиалВафер гэдэг нь анхны цахиурын карбидын суурь дээр тодорхой шаардлага хангасан, суурь талсттай ижил дан талст хальс (эпитаксиаль давхарга) ургуулсан цахиурын карбидын ваферийг хэлнэ. Эпитаксиаль өсөлт нь голчлон CVD (Химийн уурын тунадасжуулалт) төхөөрөмж эсвэл MBE (Молекулын цацрагийн эпитакси) төхөөрөмжийг ашигладаг. Цахиурын карбидын төхөөрөмжийг эпитаксиаль давхаргад шууд үйлдвэрлэдэг тул эпитаксиаль давхаргын чанар нь төхөөрөмжийн гүйцэтгэл, гарцад шууд нөлөөлдөг. Төхөөрөмжийн хүчдэлийн тэсвэрлэх чадвар нэмэгдэхийн хэрээр харгалзах эпитаксиаль давхаргын зузаан зузаарч, хяналт улам хэцүү болдог. Ерөнхийдөө хүчдэл 600В орчим байх үед шаардлагатай эпитаксиаль давхаргын зузаан нь ойролцоогоор 6 микрон байдаг; хүчдэл 1200-1700В хооронд байх үед шаардлагатай эпитаксиаль давхаргын зузаан нь 10-15 микрон хүрдэг. Хэрэв хүчдэл 10,000 вольтоос дээш хүрвэл 100 микроноос дээш эпитаксиаль давхаргын зузаан шаардлагатай байж болно. Эпитаксиал давхаргын зузаан нэмэгдэхийн хэрээр зузаан ба эсэргүүцлийн жигд байдал, согогийн нягтралыг хянах нь улам бүр хэцүү болж байна.
SiC төхөөрөмжүүд: Олон улсын хэмжээнд 600~1700V SiC SBD болон MOSFET нь аж үйлдвэржсэн. Үндсэн бүтээгдэхүүнүүд 1200V-аас доош хүчдэлийн түвшинд ажилладаг бөгөөд голчлон TO сав баглаа боодлыг ашигладаг. Үнийн хувьд олон улсын зах зээл дээрх SiC бүтээгдэхүүний үнэ Si-ийн харьцуулсан үнээс 5-6 дахин өндөр байдаг. Гэсэн хэдий ч үнэ жилд 10% -иар буурч байна. Дараагийн 2-3 жилд дээд зэргийн материал, төхөөрөмжийн үйлдвэрлэл өргөжихийн хэрээр зах зээлийн нийлүүлэлт нэмэгдэж, үнэ цаашид буурахад хүргэнэ. Үнэ нь Si бүтээгдэхүүнийхээс 2-3 дахин өндөр болоход системийн зардал буурч, гүйцэтгэл сайжирснаар SiC нь Si төхөөрөмжийн зах зээлийн орон зайг аажмаар эзлэх болно гэж үзэж байна.
Уламжлалт сав баглаа боодол нь цахиур дээр суурилсан суурь дээр суурилдаг бол гурав дахь үеийн хагас дамжуулагч материалууд нь бүрэн шинэ загвар шаарддаг. Өргөн зурвасын зайтай цахилгаан төхөөрөмжүүдэд уламжлалт цахиур дээр суурилсан сав баглаа боодлын бүтцийг ашиглах нь давтамж, дулааны менежмент, найдвартай байдалтай холбоотой шинэ асуудал, бэрхшээлийг бий болгож болзошгүй юм. SiC цахилгаан төхөөрөмжүүд нь паразит багтаамж болон индуктив чанарт илүү мэдрэмтгий байдаг. Si төхөөрөмжүүдтэй харьцуулахад SiC цахилгаан чипүүд нь илүү хурдан шилжих хурдтай байдаг бөгөөд энэ нь хэт ачаалал, хэлбэлзэл, шилжих алдагдал нэмэгдэх, тэр ч байтугай төхөөрөмжийн эвдрэлд хүргэж болзошгүй юм. Нэмж дурдахад, SiC цахилгаан төхөөрөмжүүд нь илүү өндөр температурт ажилладаг тул илүү дэвшилтэт дулааны менежментийн техник шаарддаг.
Өргөн зурвасын завсрын хагас дамжуулагч цахилгаан сав баглаа боодлын салбарт олон төрлийн бүтэц боловсруулагдсан. Уламжлалт Si суурьтай цахилгаан модулийн сав баглаа боодол нь цаашид тохиромжгүй болсон. Уламжлалт Si суурьтай цахилгаан модулийн сав баглаа боодлын өндөр паразит параметрүүд болон дулаан тархалтын үр ашиг муу байгаа асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд SiC цахилгаан модулийн сав баглаа боодол нь бүтцэдээ утасгүй холболт болон хоёр талын хөргөлтийн технологийг ашигладаг бөгөөд дулаан дамжуулалт сайтай суурь материалыг ашигладаг бөгөөд салгах конденсатор, температур/гүйдлийн мэдрэгч, хөтлөх хэлхээг модулийн бүтцэд нэгтгэхийг оролдож, янз бүрийн модулийн сав баглаа боодлын технологийг боловсруулсан. Түүнчлэн, SiC төхөөрөмж үйлдвэрлэхэд техникийн өндөр саад бэрхшээл тулгардаг бөгөөд үйлдвэрлэлийн зардал өндөр байдаг.
Цахиурын карбидын төхөөрөмжийг цахиурын карбидын суурь дээр CVD-ээр дамжуулан эпитаксиаль давхаргыг хуримтлуулах замаар үйлдвэрлэдэг. Энэ үйл явцад цэвэрлэх, исэлдүүлэх, фотолитографи хийх, сийлбэр хийх, фоторезистийг хуулах, ионы суулгац хийх, цахиурын нитридийг химийн уураар хуримтлуулах, өнгөлөх, цацах, SiC дан талст суурь дээр төхөөрөмжийн бүтцийг бүрдүүлэх дараагийн боловсруулалтын алхмууд орно. SiC цахилгаан төхөөрөмжүүдийн үндсэн төрлүүдэд SiC диод, SiC транзистор, SiC цахилгаан модулиуд орно. Дээд урсгалын материалын үйлдвэрлэлийн хурд удаан, гарц бага зэрэг хүчин зүйлээс шалтгаалан цахиурын карбидын төхөөрөмжүүд харьцангуй өндөр үйлдвэрлэлийн зардалтай байдаг.
Үүнээс гадна, цахиурын карбидын төхөөрөмж үйлдвэрлэх нь тодорхой техникийн бэрхшээлтэй байдаг.
1) Цахиурын карбидын материалын шинж чанарт нийцсэн тодорхой процессыг боловсруулах шаардлагатай. Жишээлбэл: SiC нь өндөр хайлах цэгтэй тул уламжлалт дулааны диффузийг үр дүнгүй болгодог. Ионы суулгацын допингийн аргыг ашиглах, температур, халаалтын хурд, үргэлжлэх хугацаа, хийн урсгал зэрэг параметрүүдийг нарийн хянах шаардлагатай; SiC нь химийн уусгагч бодисуудад идэвхгүй байдаг. Хуурай сийлбэр зэрэг аргуудыг ашиглах, мөн маск материал, хийн хольц, хажуугийн хананы налуу, сийлбэрийн хурд, хажуугийн хананы барзгар байдлыг хянах гэх мэтийг оновчтой болгож, хөгжүүлэх шаардлагатай.
2) Цахиурын карбидын вафли дээр металл электрод үйлдвэрлэхэд 10-5Ω2-оос доош контакт эсэргүүцэл шаардлагатай. Ni ба Al шаардлагыг хангасан электродын материалууд нь 100°C-аас дээш температурт дулааны тогтвортой байдал муутай байдаг ч Al/Ni нь илүү сайн дулааны тогтвортой байдалтай байдаг. /W/Au нийлмэл электродын материалын контактын хувийн эсэргүүцэл 10-3Ω2-оос өндөр байдаг;
3) SiC нь өндөр зүсэлтийн элэгдэлтэй бөгөөд SiC-ийн хатуулаг нь алмазын дараа хоёрдугаарт ордог бөгөөд энэ нь зүсэх, нунтаглах, өнгөлөх болон бусад технологид өндөр шаардлага тавьдаг.
Түүнчлэн, шуудууны цахиурын карбидын цахилгаан төхөөрөмжийг үйлдвэрлэхэд илүү хэцүү байдаг. Төхөөрөмжийн янз бүрийн бүтцийн дагуу цахиурын карбидын цахилгаан төхөөрөмжийг голчлон хавтгай төхөөрөмж болон шуудууны төхөөрөмж гэж хувааж болно. Хавтгай цахиурын карбидын цахилгаан төхөөрөмж нь сайн нэгжийн тогтвортой байдал, энгийн үйлдвэрлэлийн процесстой боловч JFET нөлөөнд өртөмтгий бөгөөд өндөр паразит багтаамж, төлөвт тэсвэртэй байдаг. Хавтгай төхөөрөмжтэй харьцуулахад шуудууны цахиурын карбидын цахилгаан төхөөрөмж нь нэгжийн тогтвортой байдал багатай бөгөөд илүү төвөгтэй үйлдвэрлэлийн процесстой байдаг. Гэсэн хэдий ч шуудууны бүтэц нь төхөөрөмжийн нэгжийн нягтралыг нэмэгдүүлэхэд тустай бөгөөд JFET нөлөөг үүсгэх магадлал багатай бөгөөд энэ нь сувгийн хөдөлгөөний асуудлыг шийдвэрлэхэд тустай. Энэ нь бага эсэргүүцэл, бага паразит багтаамж, бага шилжих эрчим хүчний хэрэглээ зэрэг маш сайн шинж чанартай. Энэ нь өртөг болон гүйцэтгэлийн давуу талуудтай бөгөөд цахиурын карбидын цахилгаан төхөөрөмжийн хөгжлийн гол чиглэл болсон. Rohm-ийн албан ёсны вэбсайтын мэдээлснээр, ROHM Gen3 бүтэц (Gen1 Trench бүтэц) нь Gen2 (Plannar2) чипийн талбайн ердөө 75%-ийг эзэлдэг бөгөөд ижил чипийн хэмжээтэй үед ROHM Gen3 бүтцийн эсэргүүцэл 50%-иар буурдаг.
Цахиурын карбидын суурь, эпитакси, урд хэсэг, судалгаа, хөгжүүлэлтийн зардал болон бусад зардал нь цахиурын карбидын төхөөрөмжийн үйлдвэрлэлийн өртгийн 47%, 23%, 19%, 6%, 5%-ийг тус тус эзэлдэг.
Эцэст нь бид цахиурын карбидын үйлдвэрлэлийн гинжин хэлхээнд субстратын техникийн саад бэрхшээлийг арилгахад анхаарлаа хандуулах болно.
Цахиурын карбидын суурь үйлдвэрлэх үйл явц нь цахиур дээр суурилсан суурьтай төстэй боловч илүү хэцүү байдаг.
Цахиурын карбидын суурь үйлдвэрлэх үйл явцад ерөнхийдөө түүхий эдийн нийлэгжилт, болор ургалт, гулдмай боловсруулах, гулдмай огтлох, вафли нунтаглах, өнгөлөх, цэвэрлэх болон бусад холбоосууд орно.
Кристал өсөлтийн үе шат нь бүхэл бүтэн үйл явцын цөм бөгөөд энэ алхам нь цахиурын карбидын суурь материалын цахилгаан шинж чанарыг тодорхойлдог.
Цахиурын карбидын материалыг хэвийн нөхцөлд шингэн үе шатанд ургуулахад хэцүү байдаг. Өнөөдөр зах зээл дээр түгээмэл хэрэглэгддэг уурын үе шатны ургалтын арга нь 2300°C-аас дээш ургалтын температуртай бөгөөд ургалтын температурыг нарийн хянах шаардлагатай байдаг. Үйл ажиллагааны бүх үйл явцыг ажиглахад бараг хэцүү байдаг. Бага зэрэг алдаа гарвал бүтээгдэхүүнийг хаягдал болгоно. Харьцуулбал, цахиурын материал нь зөвхөн 1600℃ шаарддаг бөгөөд энэ нь хамаагүй бага юм. Цахиурын карбидын суурь бэлтгэх нь талстын өсөлт удаан, талстын хэлбэрийн өндөр шаардлага зэрэг бэрхшээлтэй тулгардаг. Цахиурын карбидын вафлийн ургалт 7-10 хоног, харин цахиурын саваа татахад ердөө 2.5 хоног шаардагдана. Түүнээс гадна, цахиурын карбид нь алмазын дараа ордог хатуулагтай материал юм. Зүсэх, нунтаглах, өнгөлөх явцад маш их алддаг бөгөөд гаралтын харьцаа нь ердөө 60% байдаг.
Цахиурын карбидын суурь материалын хэмжээг нэмэгдүүлэх хандлага ажиглагдаж байгааг бид мэднэ. Хэмжээ нь нэмэгдэхийн хэрээр диаметрийн тэлэлтийн технологийн шаардлага улам бүр нэмэгдэж байна. Энэ нь талстын давтагдах өсөлтийг хангахын тулд янз бүрийн техникийн хяналтын элементүүдийн хослолыг шаарддаг.
Нийтэлсэн цаг: 2024 оны 5-р сарын 22