சிலிக்கான் கார்பைடுக்கான தொழில்நுட்ப தடைகள் என்ன?Ⅱ

நிலையான செயல்திறனுடன் கூடிய நிலையான, பெருமளவில் உற்பத்தி செய்யும் உயர்தர சிலிக்கான் கார்பைடு செதில்களில் உள்ள தொழில்நுட்ப சிக்கல்கள் பின்வருமாறு:

1) 2000°C க்கு மேல் அதிக வெப்பநிலை சீல் செய்யப்பட்ட சூழலில் படிகங்கள் வளர வேண்டியிருப்பதால், வெப்பநிலை கட்டுப்பாட்டு தேவைகள் மிக அதிகம்;
2) சிலிக்கான் கார்பைடு 200 க்கும் மேற்பட்ட படிக அமைப்புகளைக் கொண்டிருந்தாலும், ஒற்றை-படிக சிலிக்கான் கார்பைட்டின் சில கட்டமைப்புகள் மட்டுமே தேவையான குறைக்கடத்தி பொருட்களாக இருப்பதால், படிக வளர்ச்சி செயல்முறையின் போது சிலிக்கான்-கார்பன் விகிதம், வளர்ச்சி வெப்பநிலை சாய்வு மற்றும் படிக வளர்ச்சி ஆகியவை துல்லியமாக கட்டுப்படுத்தப்பட வேண்டும். வேகம் மற்றும் காற்று ஓட்ட அழுத்தம் போன்ற அளவுருக்கள்;
3) நீராவி கட்ட பரிமாற்ற முறையின் கீழ், சிலிக்கான் கார்பைடு படிக வளர்ச்சியின் விட்டம் விரிவாக்க தொழில்நுட்பம் மிகவும் கடினம்;
4) சிலிக்கான் கார்பைடின் கடினத்தன்மை வைரத்தின் கடினத்தன்மைக்கு அருகில் உள்ளது, மேலும் வெட்டுதல், அரைத்தல் மற்றும் மெருகூட்டல் நுட்பங்கள் கடினமானவை.

SiC எபிடாக்சியல் வேஃபர்கள்: பொதுவாக வேதியியல் நீராவி படிவு (CVD) முறையால் தயாரிக்கப்படுகின்றன. வெவ்வேறு ஊக்கமருந்து வகைகளின்படி, அவை n-வகை மற்றும் p-வகை எபிடாக்சியல் வேஃபர்களாகப் பிரிக்கப்படுகின்றன. உள்நாட்டு ஹான்டியன் தியான்செங் மற்றும் டோங்குவான் தியான்யு ஏற்கனவே 4-இன்ச்/6-இன்ச் SiC எபிடாக்சியல் வேஃபர்களை வழங்க முடியும். SiC எபிடாக்சியைப் பொறுத்தவரை, உயர் மின்னழுத்த புலத்தில் கட்டுப்படுத்துவது கடினம், மேலும் SiC எபிடாக்சியின் தரம் SiC சாதனங்களில் அதிக தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகிறது. மேலும், எபிடாக்சியல் உபகரணங்கள் தொழில்துறையின் நான்கு முன்னணி நிறுவனங்களால் ஏகபோகமாக உள்ளன: ஆக்சிட்ரான், LPE, TEL மற்றும் நுஃப்ளேர்.

சிலிக்கான் கார்பைடு எபிடாக்சியல்வேஃபர் என்பது ஒரு சிலிக்கான் கார்பைடு வேஃபரைக் குறிக்கிறது, இதில் சில தேவைகள் மற்றும் அடி மூலக்கூறு படிகத்தைப் போன்ற ஒற்றை படிகப் படம் (எபிடாக்சியல் அடுக்கு) அசல் சிலிக்கான் கார்பைடு அடி மூலக்கூறில் வளர்க்கப்படுகிறது. எபிடாக்சியல் வளர்ச்சி முக்கியமாக CVD (வேதியியல் நீராவி படிவு, ) உபகரணங்கள் அல்லது MBE (மூலக்கூறு பீம் எபிடாக்சியல்) உபகரணங்களைப் பயன்படுத்துகிறது. சிலிக்கான் கார்பைடு சாதனங்கள் நேரடியாக எபிடாக்சியல் அடுக்கில் தயாரிக்கப்படுவதால், எபிடாக்சியல் அடுக்கின் தரம் சாதனத்தின் செயல்திறன் மற்றும் விளைச்சலை நேரடியாக பாதிக்கிறது. சாதனத்தின் மின்னழுத்த தாங்கும் செயல்திறன் தொடர்ந்து அதிகரித்து வருவதால், தொடர்புடைய எபிடாக்சியல் அடுக்கின் தடிமன் தடிமனாகிறது மற்றும் கட்டுப்பாடு மிகவும் கடினமாகிறது. பொதுவாக, மின்னழுத்தம் சுமார் 600V ஆக இருக்கும்போது, ​​தேவையான எபிடாக்சியல் அடுக்கு தடிமன் சுமார் 6 மைக்ரான்கள்; மின்னழுத்தம் 1200-1700V க்கு இடையில் இருக்கும்போது, ​​தேவையான எபிடாக்சியல் அடுக்கு தடிமன் 10-15 மைக்ரான்களை அடைகிறது. மின்னழுத்தம் 10,000 வோல்ட்டுகளுக்கு மேல் அடைந்தால், 100 மைக்ரான்களுக்கு மேல் எபிடாக்சியல் அடுக்கு தடிமன் தேவைப்படலாம். எபிடாக்சியல் அடுக்கின் தடிமன் தொடர்ந்து அதிகரித்து வருவதால், தடிமன், எதிர்ப்புத் திறன், சீரான தன்மை மற்றும் குறைபாடு அடர்த்தியைக் கட்டுப்படுத்துவது கடினமாகி வருகிறது.

SiC சாதனங்கள்: சர்வதேச அளவில், 600~1700V SiC SBD மற்றும் MOSFET ஆகியவை தொழில்மயமாக்கப்பட்டுள்ளன. முக்கிய தயாரிப்புகள் 1200V க்கும் குறைவான மின்னழுத்த மட்டங்களில் இயங்குகின்றன மற்றும் முக்கியமாக TO பேக்கேஜிங்கைப் பயன்படுத்துகின்றன. விலை நிர்ணயத்தைப் பொறுத்தவரை, சர்வதேச சந்தையில் SiC தயாரிப்புகள் அவற்றின் Si சகாக்களை விட சுமார் 5-6 மடங்கு அதிக விலையில் உள்ளன. இருப்பினும், விலைகள் ஆண்டுக்கு 10% வீதத்தில் குறைந்து வருகின்றன. அடுத்த 2-3 ஆண்டுகளில் அப்ஸ்ட்ரீம் பொருட்கள் மற்றும் சாதன உற்பத்தியின் விரிவாக்கத்துடன், சந்தை வழங்கல் அதிகரிக்கும், இது மேலும் விலைக் குறைப்புகளுக்கு வழிவகுக்கும். விலை Si தயாரிப்புகளை விட 2-3 மடங்கு அடையும் போது, ​​குறைக்கப்பட்ட கணினி செலவுகள் மற்றும் மேம்பட்ட செயல்திறன் மூலம் கிடைக்கும் நன்மைகள் படிப்படியாக SiC ஐ Si சாதனங்களின் சந்தை இடத்தை ஆக்கிரமிக்கத் தூண்டும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.
பாரம்பரிய பேக்கேஜிங் சிலிக்கான் அடிப்படையிலான அடி மூலக்கூறுகளை அடிப்படையாகக் கொண்டது, அதே நேரத்தில் மூன்றாம் தலைமுறை குறைக்கடத்தி பொருட்களுக்கு முற்றிலும் புதிய வடிவமைப்பு தேவைப்படுகிறது. வைட்-பேண்ட்கேப் பவர் சாதனங்களுக்கு பாரம்பரிய சிலிக்கான் அடிப்படையிலான பேக்கேஜிங் கட்டமைப்புகளைப் பயன்படுத்துவது அதிர்வெண், வெப்ப மேலாண்மை மற்றும் நம்பகத்தன்மை தொடர்பான புதிய சிக்கல்கள் மற்றும் சவால்களை அறிமுகப்படுத்தலாம். SiC பவர் சாதனங்கள் ஒட்டுண்ணி கொள்ளளவு மற்றும் தூண்டலுக்கு அதிக உணர்திறன் கொண்டவை. Si சாதனங்களுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​SiC பவர் சில்லுகள் வேகமான ஸ்விட்சிங் வேகத்தைக் கொண்டுள்ளன, இது ஓவர்ஷூட், அலைவு, அதிகரித்த ஸ்விட்சிங் இழப்புகள் மற்றும் சாதன செயலிழப்புகளுக்கு கூட வழிவகுக்கும். கூடுதலாக, SiC பவர் சாதனங்கள் அதிக வெப்பநிலையில் இயங்குகின்றன, இதற்கு மிகவும் மேம்பட்ட வெப்ப மேலாண்மை நுட்பங்கள் தேவைப்படுகின்றன.

வைட்-பேண்ட்கேப் செமிகண்டக்டர் பவர் பேக்கேஜிங் துறையில் பல்வேறு வகையான கட்டமைப்புகள் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன. பாரம்பரிய Si-அடிப்படையிலான பவர் மாட்யூல் பேக்கேஜிங் இனி பொருத்தமானதல்ல. பாரம்பரிய Si-அடிப்படையிலான பவர் மாட்யூல் பேக்கேஜிங்கின் உயர் ஒட்டுண்ணி அளவுருக்கள் மற்றும் மோசமான வெப்பச் சிதறல் திறன் ஆகியவற்றின் சிக்கல்களைத் தீர்க்க, SiC பவர் மாட்யூல் பேக்கேஜிங் அதன் கட்டமைப்பில் வயர்லெஸ் இன்டர்கனெக்ஷன் மற்றும் இரட்டை-பக்க குளிரூட்டும் தொழில்நுட்பத்தை ஏற்றுக்கொள்கிறது, மேலும் சிறந்த வெப்ப கடத்துத்திறன் கொண்ட அடி மூலக்கூறு பொருட்களையும் ஏற்றுக்கொள்கிறது, மேலும் டிகூப்பிங் மின்தேக்கிகள், வெப்பநிலை/மின்னோட்ட உணரிகள் மற்றும் டிரைவ் சர்க்யூட்களை தொகுதி கட்டமைப்பில் ஒருங்கிணைக்க முயற்சித்தது, மேலும் பல்வேறு தொகுதி பேக்கேஜிங் தொழில்நுட்பங்களை உருவாக்கியது. மேலும், SiC சாதன உற்பத்திக்கு அதிக தொழில்நுட்ப தடைகள் உள்ளன மற்றும் உற்பத்தி செலவுகள் அதிகம்.

சிலிக்கான் கார்பைடு சாதனங்கள் CVD மூலம் ஒரு சிலிக்கான் கார்பைடு அடி மூலக்கூறில் எபிடாக்சியல் அடுக்குகளை வைப்பதன் மூலம் தயாரிக்கப்படுகின்றன. இந்த செயல்முறையில் சுத்தம் செய்தல், ஆக்சிஜனேற்றம், ஃபோட்டோலித்தோகிராபி, பொறித்தல், ஃபோட்டோரெசிஸ்ட்டை அகற்றுதல், அயன் பொருத்துதல், சிலிக்கான் நைட்ரைட்டின் வேதியியல் நீராவி படிவு, மெருகூட்டல், தெளித்தல் மற்றும் SiC ஒற்றை படிக அடி மூலக்கூறில் சாதன அமைப்பை உருவாக்குவதற்கான அடுத்தடுத்த செயலாக்க படிகள் ஆகியவை அடங்கும். SiC சக்தி சாதனங்களின் முக்கிய வகைகளில் SiC டையோட்கள், SiC டிரான்சிஸ்டர்கள் மற்றும் SiC சக்தி தொகுதிகள் அடங்கும். மெதுவான அப்ஸ்ட்ரீம் பொருள் உற்பத்தி வேகம் மற்றும் குறைந்த மகசூல் விகிதங்கள் போன்ற காரணிகளால், சிலிக்கான் கார்பைடு சாதனங்கள் ஒப்பீட்டளவில் அதிக உற்பத்தி செலவுகளைக் கொண்டுள்ளன.

கூடுதலாக, சிலிக்கான் கார்பைடு சாதன உற்பத்தி சில தொழில்நுட்ப சிக்கல்களைக் கொண்டுள்ளது:

1) சிலிக்கான் கார்பைடு பொருட்களின் பண்புகளுடன் ஒத்துப்போகும் ஒரு குறிப்பிட்ட செயல்முறையை உருவாக்குவது அவசியம். எடுத்துக்காட்டாக: SiC அதிக உருகுநிலையைக் கொண்டுள்ளது, இது பாரம்பரிய வெப்ப பரவலை பயனற்றதாக்குகிறது. அயன் பொருத்துதல் ஊக்கமருந்து முறையைப் பயன்படுத்துவதும் வெப்பநிலை, வெப்பமூட்டும் விகிதம், கால அளவு மற்றும் வாயு ஓட்டம் போன்ற அளவுருக்களை துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்துவதும் அவசியம்; SiC இரசாயன கரைப்பான்களுக்கு மந்தமானது. உலர் செதுக்குதல் போன்ற முறைகள் பயன்படுத்தப்பட வேண்டும், மேலும் முகமூடி பொருட்கள், வாயு கலவைகள், பக்கச்சுவர் சாய்வின் கட்டுப்பாடு, செதுக்குதல் விகிதம், பக்கச்சுவர் கடினத்தன்மை போன்றவற்றை மேம்படுத்தி உருவாக்க வேண்டும்;
2) சிலிக்கான் கார்பைடு வேஃபர்களில் உலோக மின்முனைகளை உற்பத்தி செய்வதற்கு 10-5Ω2 க்கும் குறைவான தொடர்பு எதிர்ப்பு தேவைப்படுகிறது. தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்யும் மின்முனைப் பொருட்களான Ni மற்றும் Al, 100°C க்கு மேல் மோசமான வெப்ப நிலைத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளன, ஆனால் Al/Ni சிறந்த வெப்ப நிலைத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளது. /W/Au கலப்பு மின்முனைப் பொருளின் தொடர்பு குறிப்பிட்ட எதிர்ப்பு 10-3Ω2 அதிகமாகும்;
3) SiC அதிக வெட்டு தேய்மானத்தைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் SiC இன் கடினத்தன்மை வைரத்திற்கு அடுத்தபடியாக உள்ளது, இது வெட்டுதல், அரைத்தல், மெருகூட்டல் மற்றும் பிற தொழில்நுட்பங்களுக்கு அதிக தேவைகளை முன்வைக்கிறது.

மேலும், அகழி சிலிக்கான் கார்பைடு மின் சாதனங்களை உற்பத்தி செய்வது மிகவும் கடினம். வெவ்வேறு சாதன கட்டமைப்புகளின்படி, சிலிக்கான் கார்பைடு மின் சாதனங்களை முக்கியமாக பிளானர் சாதனங்கள் மற்றும் ட்ரெஞ்ச் சாதனங்களாகப் பிரிக்கலாம். பிளானர் சிலிக்கான் கார்பைடு மின் சாதனங்கள் நல்ல அலகு நிலைத்தன்மை மற்றும் எளிமையான உற்பத்தி செயல்முறையைக் கொண்டுள்ளன, ஆனால் அவை JFET விளைவுக்கு ஆளாகின்றன மற்றும் அதிக ஒட்டுண்ணி கொள்ளளவு மற்றும் நிலை எதிர்ப்பைக் கொண்டுள்ளன. பிளானர் சாதனங்களுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​அகழி சிலிக்கான் கார்பைடு மின் சாதனங்கள் குறைந்த அலகு நிலைத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளன மற்றும் மிகவும் சிக்கலான உற்பத்தி செயல்முறையைக் கொண்டுள்ளன. இருப்பினும், அகழி அமைப்பு சாதன அலகு அடர்த்தியை அதிகரிக்க உகந்தது மற்றும் JFET விளைவை உருவாக்கும் வாய்ப்பு குறைவு, இது சேனல் இயக்கத்தின் சிக்கலைத் தீர்ப்பதற்கு நன்மை பயக்கும். இது சிறிய ஆன்-ரெசிஸ்டன்ஸ், சிறிய ஒட்டுண்ணி கொள்ளளவு மற்றும் குறைந்த மாறுதல் ஆற்றல் நுகர்வு போன்ற சிறந்த பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது. இது குறிப்பிடத்தக்க செலவு மற்றும் செயல்திறன் நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது மற்றும் சிலிக்கான் கார்பைடு மின் சாதனங்களின் வளர்ச்சியின் முக்கிய திசையாக மாறியுள்ளது. ரோம் அதிகாரப்பூர்வ வலைத்தளத்தின்படி, ROHM Gen3 கட்டமைப்பு (Gen1 அகழி அமைப்பு) Gen2 (Plannar2) சிப் பகுதியில் 75% மட்டுமே உள்ளது, மேலும் அதே சிப் அளவின் கீழ் ROHM Gen3 கட்டமைப்பின் ஆன்-ரெசிஸ்டன்ஸ் 50% குறைக்கப்படுகிறது.

சிலிக்கான் கார்பைடு சாதனங்களின் உற்பத்தி செலவில் சிலிக்கான் கார்பைடு அடி மூலக்கூறு, எபிடாக்ஸி, முன்-முனை, ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டு செலவுகள் மற்றும் பிற செலவுகள் முறையே 47%, 23%, 19%, 6% மற்றும் 5% ஆகும்.

இறுதியாக, சிலிக்கான் கார்பைடு தொழில் சங்கிலியில் உள்ள அடி மூலக்கூறுகளின் தொழில்நுட்ப தடைகளை உடைப்பதில் கவனம் செலுத்துவோம்.

சிலிக்கான் கார்பைடு அடி மூலக்கூறுகளின் உற்பத்தி செயல்முறை சிலிக்கான் அடிப்படையிலான அடி மூலக்கூறுகளைப் போன்றது, ஆனால் மிகவும் கடினமானது.
சிலிக்கான் கார்பைடு அடி மூலக்கூறின் உற்பத்தி செயல்முறை பொதுவாக மூலப்பொருள் தொகுப்பு, படிக வளர்ச்சி, இங்காட் செயலாக்கம், இங்காட் வெட்டுதல், வேஃபர் அரைத்தல், மெருகூட்டல், சுத்தம் செய்தல் மற்றும் பிற இணைப்புகளை உள்ளடக்கியது.
படிக வளர்ச்சி நிலை முழு செயல்முறையின் மையமாகும், மேலும் இந்த படி சிலிக்கான் கார்பைடு அடி மூலக்கூறின் மின் பண்புகளை தீர்மானிக்கிறது.

சிலிக்கான் கார்பைடு பொருட்கள் சாதாரண நிலைமைகளின் கீழ் திரவ கட்டத்தில் வளர்வது கடினம். இன்று சந்தையில் பிரபலமான நீராவி கட்ட வளர்ச்சி முறை 2300°C க்கும் அதிகமான வளர்ச்சி வெப்பநிலையைக் கொண்டுள்ளது மற்றும் வளர்ச்சி வெப்பநிலையின் துல்லியமான கட்டுப்பாடு தேவைப்படுகிறது. முழு செயல்பாட்டு செயல்முறையையும் கவனிப்பது கிட்டத்தட்ட கடினம். ஒரு சிறிய பிழை தயாரிப்பு ஸ்கிராப்பிங்கிற்கு வழிவகுக்கும். ஒப்பிடுகையில், சிலிக்கான் பொருட்களுக்கு 1600℃ மட்டுமே தேவைப்படுகிறது, இது மிகவும் குறைவு. சிலிக்கான் கார்பைடு அடி மூலக்கூறுகளைத் தயாரிப்பது மெதுவான படிக வளர்ச்சி மற்றும் அதிக படிக வடிவத் தேவைகள் போன்ற சிரமங்களையும் எதிர்கொள்கிறது. சிலிக்கான் கார்பைடு வேஃபர் வளர்ச்சி சுமார் 7 முதல் 10 நாட்கள் வரை ஆகும், அதே நேரத்தில் சிலிக்கான் கம்பி இழுப்பது இரண்டரை நாட்கள் மட்டுமே ஆகும். மேலும், சிலிக்கான் கார்பைடு என்பது வைரத்திற்கு அடுத்தபடியாக கடினத்தன்மை கொண்ட ஒரு பொருளாகும். வெட்டுதல், அரைத்தல் மற்றும் மெருகூட்டல் ஆகியவற்றின் போது இது நிறைய இழக்கும், மேலும் வெளியீட்டு விகிதம் 60% மட்டுமே.

சிலிக்கான் கார்பைடு அடி மூலக்கூறுகளின் அளவை அதிகரிப்பதே போக்கு என்பதை நாம் அறிவோம், அளவு தொடர்ந்து அதிகரித்து வருவதால், விட்டம் விரிவாக்க தொழில்நுட்பத்திற்கான தேவைகள் அதிகரித்து வருகின்றன. படிகங்களின் தொடர்ச்சியான வளர்ச்சியை அடைய பல்வேறு தொழில்நுட்ப கட்டுப்பாட்டு கூறுகளின் கலவை தேவைப்படுகிறது.