සිලිකන් කාබයිඩ් සඳහා ඇති තාක්ෂණික බාධක මොනවාද?Ⅱ

ස්ථාවර කාර්ය සාධනයක් සහිත උසස් තත්ත්වයේ සිලිකන් කාබයිඩ් වේෆර් විශාල වශයෙන් නිෂ්පාදනය කිරීමේදී ඇති වන තාක්ෂණික දුෂ්කරතා අතරට:

1) ස්ඵටික 2000°C ට වැඩි ඉහළ උෂ්ණත්ව මුද්‍රා තැබූ පරිසරයක වර්ධනය වීමට අවශ්‍ය බැවින්, උෂ්ණත්ව පාලන අවශ්‍යතා අතිශයින් ඉහළ ය;
2) සිලිකන් කාබයිඩ් වල ස්ඵටික ව්‍යුහ 200 කට වඩා ඇති නමුත් තනි ස්ඵටික සිලිකන් කාබයිඩ් ව්‍යුහ කිහිපයක් පමණක් අවශ්‍ය අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍ය වන බැවින්, ස්ඵටික වර්ධන ක්‍රියාවලියේදී සිලිකන්-කාබන් අනුපාතය, වර්ධන උෂ්ණත්ව අනුක්‍රමය සහ ස්ඵටික වර්ධනය නිවැරදිව පාලනය කළ යුතුය. වේගය සහ වායු ප්‍රවාහ පීඩනය වැනි පරාමිතීන්;
3) වාෂ්ප අවධි සම්ප්‍රේෂණ ක්‍රමය යටතේ, සිලිකන් කාබයිඩ් ස්ඵටික වර්ධනයේ විෂ්කම්භය ප්‍රසාරණය කිරීමේ තාක්ෂණය අතිශයින් දුෂ්කර ය;
4) සිලිකන් කාබයිඩ් වල දෘඪතාව දියමන්ති වලට ආසන්න වන අතර, කැපීම, ඇඹරීම සහ ඔප දැමීමේ ශිල්පීය ක්‍රම දුෂ්කර ය.

SiC එපිටැක්සියල් වේෆර්: සාමාන්‍යයෙන් රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීමේ (CVD) ක්‍රමය මඟින් නිෂ්පාදනය කෙරේ. විවිධ මාත්‍රණ වර්ග අනුව, ඒවා n-වර්ගය සහ p-වර්ගයේ එපිටැක්සියල් වේෆර් ලෙස බෙදා ඇත. ගෘහස්ථ හැන්ටියන් ටියැන්චෙන් සහ ඩොන්ග්ගුවාන් ටියැන්යු දැනටමත් අඟල් 4/අඟල් 6 ක SiC එපිටැක්සියල් වේෆර් සැපයිය හැකිය. SiC එපිටැක්සිය සඳහා, අධි වෝල්ටීයතා ක්ෂේත්‍රයේ පාලනය කිරීම දුෂ්කර වන අතර, SiC එපිටැක්සියල් වල ගුණාත්මකභාවය SiC උපාංග කෙරෙහි වැඩි බලපෑමක් ඇති කරයි. එපමණක් නොව, එපිටැක්සියල් උපකරණ කර්මාන්තයේ ප්‍රමුඛ සමාගම් හතර වන Axitron, LPE, TEL සහ Nuflare විසින් ඒකාධිකාරී කර ඇත.

සිලිකන් කාබයිඩ් එපිටැක්සියල්වේෆර් යනු සිලිකන් කාබයිඩ් වේෆර් එකක් වන අතර එහි උපස්ථර ස්ඵටිකය හා සමාන නිශ්චිත අවශ්‍යතා සහිත තනි ස්ඵටික පටලයක් (එපිටැක්සියල් ස්ථරය) මුල් සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථරය මත වගා කෙරේ. එපිටැක්සියල් වර්ධනය ප්‍රධාන වශයෙන් CVD (රසායනික වාෂ්ප තැන්පතු, ) උපකරණ හෝ MBE (අණුක කදම්භ එපිටැක්සි) උපකරණ භාවිතා කරයි. සිලිකන් කාබයිඩ් උපාංග සෘජුවම එපිටැක්සියල් ස්ථරයේ නිෂ්පාදනය කර ඇති බැවින්, එපිටැක්සියල් ස්ථරයේ ගුණාත්මකභාවය උපාංගයේ ක්‍රියාකාරිත්වයට සහ අස්වැන්නට සෘජුවම බලපායි. උපාංගයේ වෝල්ටීයතාවයට ඔරොත්තු දෙන කාර්ය සාධනය අඛණ්ඩව වැඩි වන විට, අනුරූප එපිටැක්සියල් ස්ථරයේ ඝණකම ඝන වන අතර පාලනය වඩාත් අපහසු වේ. සාමාන්‍යයෙන්, වෝල්ටීයතාව 600V පමණ වන විට, අවශ්‍ය එපිටැක්සියල් ස්ථරයේ ඝණකම මයික්‍රෝන 6 ක් පමණ වේ; වෝල්ටීයතාව 1200-1700V අතර වන විට, අවශ්‍ය එපිටැක්සියල් ස්ථරයේ ඝණකම මයික්‍රෝන 10-15 දක්වා ළඟා වේ. වෝල්ටීයතාව වෝල්ට් 10,000 ට වඩා ළඟා වුවහොත්, මයික්‍රෝන 100 ට වැඩි එපිටැක්සියල් ස්ථරයේ ඝණකම අවශ්‍ය විය හැකිය. එපිටැක්සියල් ස්ථරයේ ඝනකම වැඩි වෙමින් පවතින විට, ඝනකම සහ ප්‍රතිරෝධකතාව, ඒකාකාරිත්වය සහ දෝෂ ඝනත්වය පාලනය කිරීම වඩ වඩාත් අපහසු වේ.

SiC උපාංග: ජාත්‍යන්තරව, 600~1700V SiC SBD සහ MOSFET කාර්මිකකරණය වී ඇත. ප්‍රධාන ධාරාවේ නිෂ්පාදන 1200V ට අඩු වෝල්ටීයතා මට්ටම්වල ක්‍රියාත්මක වන අතර ප්‍රධාන වශයෙන් TO ඇසුරුම්කරණය භාවිතා කරයි. මිලකරණය සම්බන්ධයෙන් ගත් කල, ජාත්‍යන්තර වෙළඳපොලේ SiC නිෂ්පාදන ඒවායේ Si සගයන්ට වඩා 5-6 ගුණයකින් පමණ ඉහළ මිලකට ලබා දී ඇත. කෙසේ වෙතත්, මිල ගණන් වාර්ෂිකව 10% කින් අඩු වෙමින් පවතී. ඉදිරි වසර 2-3 තුළ උඩුගං බලා ඇති ද්‍රව්‍ය සහ උපාංග නිෂ්පාදනය පුළුල් වීමත් සමඟ, වෙළඳපල සැපයුම වැඩි වන අතර එමඟින් තවදුරටත් මිල අඩුවීම් සිදුවනු ඇත. Si නිෂ්පාදනවල මිල 2-3 ගුණයකට ළඟා වූ විට, අඩු කරන ලද පද්ධති පිරිවැය සහ වැඩිදියුණු කළ ක්‍රියාකාරිත්වය මගින් ගෙන එන වාසි ක්‍රමයෙන් SiC Si උපාංගවල වෙළඳපල අවකාශය අත්පත් කර ගැනීමට පොළඹවනු ඇතැයි අපේක්ෂා කෙරේ.
සාම්ප්‍රදායික ඇසුරුම්කරණය සිලිකන් පාදක උපස්ථර මත පදනම් වන අතර, තුන්වන පරම්පරාවේ අර්ධ සන්නායක ද්‍රව්‍යවලට සම්පූර්ණයෙන්ම නව සැලසුමක් අවශ්‍ය වේ. පුළුල් කලාප පරතරය බල උපාංග සඳහා සාම්ප්‍රදායික සිලිකන් පාදක ඇසුරුම් ව්‍යුහයන් භාවිතා කිරීම සංඛ්‍යාතය, තාප කළමනාකරණය සහ විශ්වසනීයත්වයට අදාළ නව ගැටළු සහ අභියෝග හඳුන්වා දිය හැකිය. SiC බල උපාංග පරපෝෂිත ධාරිතාව සහ ප්‍රේරණයට වඩා සංවේදී වේ. Si උපාංග හා සසඳන විට, SiC බල චිපවලට වේගවත් මාරු කිරීමේ වේගයක් ඇති අතර එමඟින් අධි වෙඩි තැබීම, දෝලනය, වැඩි මාරු කිරීමේ පාඩු සහ උපාංග අක්‍රියතාවයන් පවා ඇති විය හැකිය. අතිරේකව, SiC බල උපාංග ඉහළ උෂ්ණත්වවලදී ක්‍රියාත්මක වන අතර, වඩාත් දියුණු තාප කළමනාකරණ ශිල්පීය ක්‍රම අවශ්‍ය වේ.

පුළුල් කලාප පරතරය අර්ධ සන්නායක බල ඇසුරුම් ක්ෂේත්‍රයේ විවිධ ව්‍යුහයන් සංවර්ධනය කර ඇත. සාම්ප්‍රදායික Si-පාදක බල මොඩියුල ඇසුරුම් තවදුරටත් සුදුසු නොවේ. සාම්ප්‍රදායික Si-පාදක බල මොඩියුල ඇසුරුම්වල ඉහළ පරපෝෂිත පරාමිතීන් සහ දුර්වල තාප විසර්ජන කාර්යක්ෂමතාවයේ ගැටළු විසඳීම සඳහා, SiC බල මොඩියුල ඇසුරුම්කරණය එහි ව්‍යුහය තුළ රැහැන් රහිත අන්තර් සම්බන්ධතාවය සහ ද්විත්ව පැති සිසිලන තාක්ෂණය භාවිතා කරන අතර, වඩා හොඳ තාප සන්නායකතාවක් සහිත උපස්ථර ද්‍රව්‍ය ද භාවිතා කරන අතර, විසන්ධි කිරීමේ ධාරිත්‍රක, උෂ්ණත්වය/ධාරා සංවේදක සහ ධාවක පරිපථ මොඩියුල ව්‍යුහයට ඒකාබද්ධ කිරීමට උත්සාහ කළ අතර, විවිධ මොඩියුල ඇසුරුම් තාක්ෂණයන් සංවර්ධනය කළේය. එපමණක් නොව, SiC උපාංග නිෂ්පාදනයට ඉහළ තාක්ෂණික බාධක ඇති අතර නිෂ්පාදන පිරිවැය ඉහළ ය.

සිලිකන් කාබයිඩ් උපාංග නිෂ්පාදනය කරනු ලබන්නේ CVD හරහා සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථරයක් මත එපිටැක්සියල් ස්ථර තැන්පත් කිරීමෙනි. මෙම ක්‍රියාවලියට පිරිසිදු කිරීම, ඔක්සිකරණය, ෆොටෝලිතෝග්‍රැෆි, කැටයම් කිරීම, ෆොටෝරෙසිස්ට් ඉවත් කිරීම, අයන බද්ධ කිරීම, සිලිකන් නයිට්‍රයිඩ් රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් කිරීම, ඔප දැමීම, ඉසීම සහ SiC තනි ස්ඵටික උපස්ථරය මත උපාංග ව්‍යුහය සෑදීම සඳහා පසුව සැකසුම් පියවර ඇතුළත් වේ. SiC බල උපාංගවල ප්‍රධාන වර්ග අතර SiC ඩයෝඩ, SiC ට්‍රාන්සිස්ටර සහ SiC බල මොඩියුල ඇතුළත් වේ. මන්දගාමී උඩුගං බලා ද්‍රව්‍ය නිෂ්පාදන වේගය සහ අඩු අස්වැන්න අනුපාත වැනි සාධක නිසා, සිලිකන් කාබයිඩ් උපාංග සාපේක්ෂව ඉහළ නිෂ්පාදන පිරිවැයක් දරයි.

ඊට අමතරව, සිලිකන් කාබයිඩ් උපාංග නිෂ්පාදනයට යම් යම් තාක්ෂණික දුෂ්කරතා ඇත:

1) සිලිකන් කාබයිඩ් ද්‍රව්‍යවල ලක්ෂණ වලට අනුකූල වන නිශ්චිත ක්‍රියාවලියක් සංවර්ධනය කිරීම අවශ්‍ය වේ. උදාහරණයක් ලෙස: SiC හි ඉහළ ද්‍රවාංකයක් ඇති අතර එමඟින් සාම්ප්‍රදායික තාප විසරණය අකාර්යක්ෂම වේ. අයන බද්ධ කිරීමේ මාත්‍රණ ක්‍රමය භාවිතා කිරීම සහ උෂ්ණත්වය, තාපන අනුපාතය, කාලසීමාව සහ වායු ප්‍රවාහය වැනි පරාමිතීන් නිවැරදිව පාලනය කිරීම අවශ්‍ය වේ; SiC රසායනික ද්‍රාවක වලට නිෂ්ක්‍රීය වේ. වියළි කැටයම් කිරීම වැනි ක්‍රම භාවිතා කළ යුතු අතර, ආවරණ ද්‍රව්‍ය, වායු මිශ්‍රණ, පැති බිත්ති බෑවුම පාලනය කිරීම, කැටයම් කිරීමේ අනුපාතය, පැති බිත්ති රළුබව යනාදිය ප්‍රශස්ත කර සංවර්ධනය කළ යුතුය;
2) සිලිකන් කාබයිඩ් වේෆර් මත ලෝහ ඉලෙක්ට්‍රෝඩ නිෂ්පාදනය සඳහා 10-5Ω2 ට අඩු ස්පර්ශ ප්‍රතිරෝධයක් අවශ්‍ය වේ. අවශ්‍යතා සපුරාලන ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ද්‍රව්‍ය, Ni සහ Al, 100°C ට වැඩි දුර්වල තාප ස්ථායිතාවයක් ඇත, නමුත් Al/Ni වඩා හොඳ තාප ස්ථායිතාවයක් ඇත. /W/Au සංයුක්ත ඉලෙක්ට්‍රෝඩ ද්‍රව්‍යයේ ස්පර්ශ නිශ්චිත ප්‍රතිරෝධය 10-3Ω2 වැඩි ය;
3) SiC හි ඉහළ කැපුම් ඇඳුම් ඇති අතර, SiC හි දෘඪතාව දියමන්ති වලට පමණක් දෙවැනි වන අතර, එමඟින් කැපීම, ඇඹරීම, ඔප දැමීම සහ අනෙකුත් තාක්ෂණයන් සඳහා ඉහළ අවශ්‍යතා ඉදිරිපත් කරයි.

තවද, අගල් සිලිකන් කාබයිඩ් බල උපාංග නිෂ්පාදනය කිරීම වඩාත් අපහසු වේ. විවිධ උපාංග ව්‍යුහයන්ට අනුව, සිලිකන් කාබයිඩ් බල උපාංග ප්‍රධාන වශයෙන් තල උපාංග සහ අගල් උපාංග ලෙස බෙදිය හැකිය. තල සිලිකන් කාබයිඩ් බල උපාංග හොඳ ඒකක අනුකූලතාවයක් සහ සරල නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලියක් ඇත, නමුත් JFET ආචරණයට නැඹුරු වන අතර ඉහළ පරපෝෂිත ධාරිතාවක් සහ තත්වයේ ප්‍රතිරෝධයක් ඇත. තල උපාංග සමඟ සසඳන විට, අගල් සිලිකන් කාබයිඩ් බල උපාංග අඩු ඒකක අනුකූලතාවයක් ඇති අතර වඩාත් සංකීර්ණ නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලියක් ඇත. කෙසේ වෙතත්, අගල් ව්‍යුහය උපාංග ඒකක ඝනත්වය වැඩි කිරීමට හිතකර වන අතර නාලිකා සංචලනයේ ගැටළුව විසඳීමට ප්‍රයෝජනවත් වන JFET ආචරණය නිපදවීමට ඇති ඉඩකඩ අඩුය. එයට කුඩා ප්‍රතිරෝධය, කුඩා පරපෝෂිත ධාරිතාව සහ අඩු මාරු කිරීමේ බලශක්ති පරිභෝජනය වැනි විශිෂ්ට ගුණාංග ඇත. එය සැලකිය යුතු පිරිවැය සහ කාර්ය සාධන වාසි ඇති අතර සිලිකන් කාබයිඩ් බල උපාංග සංවර්ධනය කිරීමේ ප්‍රධාන ධාරාවේ දිශාව බවට පත්ව ඇත. Rohm නිල වෙබ් අඩවියට අනුව, ROHM Gen3 ව්‍යුහය (Gen1 Trench ව්‍යුහය) Gen2 (Plannar2) චිප ප්‍රදේශයෙන් 75% ක් පමණක් වන අතර, එම චිප ප්‍රමාණය යටතේ ROHM Gen3 ව්‍යුහයේ ප්‍රතිරෝධය 50% කින් අඩු වේ.

සිලිකන් කාබයිඩ් උපාංගවල නිෂ්පාදන පිරිවැයෙන් සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථරය, එපිටැක්සි, ඉදිරිපස අන්තය, පර්යේෂණ සහ සංවර්ධන වියදම් සහ අනෙකුත් වියදම් පිළිවෙලින් 47%, 23%, 19%, 6% සහ 5% ක් වේ.

අවසාන වශයෙන්, සිලිකන් කාබයිඩ් කර්මාන්ත දාමයේ උපස්ථරවල තාක්ෂණික බාධක බිඳ දැමීම කෙරෙහි අපි අවධානය යොමු කරමු.

සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථරවල නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලිය සිලිකන් පාදක උපස්ථරවලට සමාන නමුත් වඩා දුෂ්කර ය.
සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථරයේ නිෂ්පාදන ක්‍රියාවලියට සාමාන්‍යයෙන් අමුද්‍රව්‍ය සංස්ලේෂණය, ස්ඵටික වර්ධනය, ඉන්ගෝට් සැකසීම, ඉන්ගෝට් කැපීම, වේෆර් ඇඹරීම, ඔප දැමීම, පිරිසිදු කිරීම සහ අනෙකුත් සබැඳි ඇතුළත් වේ.
ස්ඵටික වර්ධන අවධිය සමස්ත ක්‍රියාවලියේම හරය වන අතර, මෙම පියවර සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථරයේ විද්‍යුත් ගුණාංග තීරණය කරයි.

සිලිකන් කාබයිඩ් ද්‍රව්‍ය සාමාන්‍ය තත්ව යටතේ ද්‍රව අවධියේදී වර්ධනය වීමට අපහසුය. අද වෙළඳපොලේ ජනප්‍රිය වාෂ්ප අවධි වර්ධන ක්‍රමයට 2300°C ට වැඩි වර්ධන උෂ්ණත්වයක් ඇති අතර වර්ධන උෂ්ණත්වය නිවැරදිව පාලනය කිරීම අවශ්‍ය වේ. සමස්ත මෙහෙයුම් ක්‍රියාවලියම නිරීක්ෂණය කිරීම පාහේ දුෂ්කර ය. සුළු දෝෂයක් නිෂ්පාදන සීරීමට හේතු වේ. සාපේක්ෂව, සිලිකන් ද්‍රව්‍ය සඳහා අවශ්‍ය වන්නේ 1600℃ පමණි, එය බෙහෙවින් අඩුය. සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථර සකස් කිරීම ද මන්දගාමී ස්ඵටික වර්ධනය සහ ඉහළ ස්ඵටික ආකෘති අවශ්‍යතා වැනි දුෂ්කරතාවන්ට මුහුණ දෙයි. සිලිකන් කාබයිඩ් වේෆර් වර්ධනයට දින 7 සිට 10 දක්වා ගත වන අතර සිලිකන් දණ්ඩ ඇදීම සඳහා දින දෙකහමාරක් පමණක් ගත වේ. එපමණක් නොව, සිලිකන් කාබයිඩ් යනු දියමන්ති වලට පමණක් දෙවැනි වන දෘඪතාව ඇති ද්‍රව්‍යයකි. කැපීම, ඇඹරීම සහ ඔප දැමීමේදී එය බොහෝ දේ අහිමි වන අතර ප්‍රතිදාන අනුපාතය 60% ක් පමණි.

සිලිකන් කාබයිඩ් උපස්ථරවල ප්‍රමාණය වැඩි කිරීම ප්‍රවණතාවය බව අපි දනිමු, ප්‍රමාණය අඛණ්ඩව වැඩි වන විට, විෂ්කම්භය ප්‍රසාරණ තාක්ෂණය සඳහා අවශ්‍යතා වැඩි වෙමින් පවතී. ස්ඵටිකවල පුනරාවර්තන වර්ධනයක් ලබා ගැනීම සඳහා විවිධ තාක්ෂණික පාලන මූලද්‍රව්‍යවල එකතුවක් අවශ්‍ය වේ.