Durnukly öndürijilikli ýokary hilli kremniý karbid waferlerini yzygiderli köpçülikleýin öndürmekdäki tehniki kynçylyklara aşakdakylar girýär:
1) Kristallaryň 2000°C-den ýokary temperaturaly ýapyk gurşawda ösmegi zerur bolany üçin, temperatura gözegçilik talaplary örän ýokarydyr;
2) Kremniý karbidiniň 200-den gowrak kristal gurluşy bolandygy sebäpli, ýöne monokristally kremniý karbidiniň diňe birnäçe gurluşy zerur ýarymgeçiriji materiallar bolup durýar, şonuň üçin kristal ösüş prosesinde kremniý-uglerod gatnaşygy, ösüş temperatura gradienti we kristal ösüş takyk gözegçilikde saklanmalydyr. Tizlik we howa akymynyň basyşy ýaly parametrler;
3) Bug fazasynyň geçirijilik usulynda kremniý karbidiniň kristal ösüşiniň diametriniň giňelme tehnologiýasy örän kyn;
4) Kremniý karbidiniň gatylygy almazyňky ýalydyr we kesmek, üwemek we jylalamak usullary kyn.
SiC epitaksial waferleri: adatça himiki bug çökündisi (CVD) usuly bilen öndürilýär. Dürli lehimleme görnüşlerine görä, olar n-tipli we p-tipli epitaksial waferlere bölünýär. Ýerli Hantian Tiancheng we Dongguan Tianyu eýýäm 4 dýuým/6 dýuýmly SiC epitaksial waferlerini hödürläp bilýärler. SiC epitaksiýasy üçin ýokary woltly meýdanda gözegçilik etmek kyn we SiC epitaksiýasy hili SiC enjamlaryna has uly täsir edýär. Mundan başga-da, epitaksial enjamlar pudagyň öňdebaryjy dört kompaniýasy tarapyndan monopoliýalaşdyrylýar: Axitron, LPE, TEL we Nuflare.
Kremniý karbidi epitaksialPlastinka kremniý karbid plyonkasyna degişlidir, onda belli bir talaplara laýyk we substrat kristaly bilen birmeňzeş bir kristal plyonka (epitaksial gatlak) asyl kremniý karbid substratynda ösdürilip ýetişdirilýär. Epitaksial ösüş esasan CVD (Himiki bug çökündisi) enjamyny ýa-da MBE (Molekulýar şöhle epitaksiýasy) enjamyny ulanýar. Kremniý karbid enjamlary gönüden-göni epitaksial gatlakda öndürilýändigi üçin, epitaksial gatlagyň hili enjamyň işine we öndürijiligine gönüden-göni täsir edýär. Enjamyň naprýaženiýe çydamlylygy artmagy dowam edende, degişli epitaksial gatlagyň galyňlygy galyňlaşýar we gözegçilik etmek has kynlaşýar. Umuman, naprýaženiýe 600V töwereginde bolanda, zerur epitaksial gatlagyň galyňlygy takmynan 6 mikron; naprýaženiýe 1200-1700V aralygynda bolanda, zerur epitaksial gatlagyň galyňlygy 10-15 mikrona ýetýär. Eger naprýaženiýe 10,000 woltdan köp bolsa, 100 mikrondan köp epitaksial gatlagyň galyňlygy talap edilip bilner. Epitaksial gatlagyň galyňlygy artmagy bilen, galyňlygy we garşylyklylyk deňligini, şeýle hem kemçilikleriň dykyzlygyny gözegçilikde saklamak barha kynlaşýar.
SiC enjamlary: Halkara derejesinde 600~1700V SiC SBD we MOSFET senagatlaşdyryldy. Esasy önümler 1200V-dan aşak wolt derejelerinde işleýär we esasan TO gaplamasyny ulanýar. Bahalar babatda halkara bazaryndaky SiC önümleriniň bahasy Si deňeşdirmelerinden takmynan 5-6 esse ýokary. Şeýle-de bolsa, bahalar ýyllyk 10% pese gaçýar. Öňki 2-3 ýylda önüm önümçiliginiň we enjam önümçiliginiň giňelmegi bilen bazar üpjünçiligi artar we bu bolsa bahalaryň has-da pese gaçmagyna getirer. Baha Si önümleriniň bahasyndan 2-3 esse ýokary bolanda, ulgam çykdajylarynyň azalmagy we iş görkezijileriniň gowulanmagy bilen gazanylan artykmaçlyklar SiC-niň Si enjamlarynyň bazar giňişligini eýelemegine kem-kemden itergi berer diýlip garaşylýar.
Adaty gaplama kremniý esasly substratlara esaslanýar, üçünji nesil ýarymgeçiriji materiallar bolsa düýbünden täze dizaýny talap edýär. Giň zolakly elektrik enjamlary üçin däp bolan kremniý esasly gaplama gurluşlaryny ulanmak ýygylyk, termiki dolandyryş we ygtybarlylyk bilen baglanyşykly täze meseleleri we kynçylyklary döredip biler. SiC elektrik enjamlary parazit kuwwatlylygyna we induktiwligine has duýgurdyr. Si enjamlary bilen deňeşdirilende, SiC elektrik çipleriniň geçiş tizligi has ýokary, bu bolsa artykmaç herekete, yrgyldamalara, geçiş ýitgileriniň köpelmegine we hatda enjamyň näsazlyklaryna getirip biler. Mundan başga-da, SiC elektrik enjamlary has ýokary temperaturada işleýär, bu bolsa has ösen termiki dolandyryş usullaryny talap edýär.
Giň zolakly ýarymgeçirijili elektrik gaplama ulgamynda dürli gurluşlar işlenip düzüldi. Adaty Si esasly elektrik modul gaplamasy indi amatly däl. Adaty Si esasly elektrik modul gaplamasynyň ýokary parazit parametrleri we pes ýylylyk ýaýratma netijeliligi meselelerini çözmek üçin SiC elektrik modul gaplamasy öz gurluşynda simsiz arabaglanyşyk we iki taraplaýyn sowadyş tehnologiýasyny ulanýar, şeýle hem has gowy ýylylyk geçirijiligi bolan substrat materiallaryny ulanýar we modul gurluşyna aýyrýan kondensatorlary, temperatura/tok datçiklerini we hereketlendiriji zynjyrlary birleşdirmäge synanyşýar we dürli modul gaplama tehnologiýalaryny işläp düzýär. Mundan başga-da, SiC enjamlaryny öndürmekde ýokary tehniki päsgelçilikler bar we önümçilik çykdajylary ýokary.
Kremniý karbid enjamlary KWD arkaly kremniý karbid substratyna epitaksial gatlaklary goýmak arkaly öndürilýär. Bu proses arassalamak, oksidleşmek, fotolitografiýa, aşındyrmak, fotorezisti aýyrmak, ion implantasiýa etmek, kremniý nitridiniň himiki bug çökündisini aýyrmak, jylamak, püskürtmek we SiC birkristal substratynda enjam gurluşyny emele getirmek üçin soňraky işleme ädimlerini öz içine alýar. SiC güýç enjamlarynyň esasy görnüşlerine SiC diodlary, SiC tranzistorlary we SiC güýç modullary girýär. Ýokarky akym material önümçiliginiň tizliginiň haýallygy we pes önüm beriş derejesi ýaly faktorlar sebäpli, kremniý karbid enjamlarynyň önümçilik çykdajylary deňeşdirme boýunça ýokary bolýar.
Mundan başga-da, kremniý karbid enjamlaryny öndürmekde belli bir tehniki kynçylyklar bar:
1) Kremniý karbid materiallarynyň häsiýetlerine laýyk gelýän belli bir prosesi işläp düzmek zerurdyr. Mysal üçin: SiC ýokary ereme nokadyna eýedir, bu bolsa däp bolan termal diffuziýany netijesiz edýär. Ion implantasiýa lehimleme usulyny ulanmak we temperatura, gyzdyrma tizligi, dowamlylygy we gaz akymy ýaly parametrleri takyk gözegçilikde saklamak zerurdyr; SiC himiki erginlere inertdir. Gury aşındyrma ýaly usullar ulanylmaly we maska materiallary, gaz garyndylary, gapdal diwaryň eňňitligini, aşındyrma tizligini, gapdal diwaryň gödekligini we ş.m. gözegçilikde saklamak we ösdürmek zerurdyr;
2) Kremniý karbid plitalarynda metal elektrodlary öndürmek üçin 10-5Ω2-den aşak kontakt garşylygy gerek. Talaplara laýyk gelýän elektrod materiallary, Ni we Al, 100°C-den ýokary temperaturada pes termal durnuklylyga eýedir, ýöne Al/Ni has gowy termal durnuklylyga eýedir. /W/Au kompozit elektrod materialynyň kontakt garşylygy 10-3Ω2 ýokarydyr;
3) SiC ýokary kesiş aşynmasyna eýedir we SiC-iň berkligi diňe almazdan soň ikinji orunda durýar, bu bolsa kesmek, üwemek, jylalamak we beýleki tehnologiýalar üçin has ýokary talaplary öňe sürýär.
Mundan başga-da, okop kremniý karbid güýç enjamlarynyň öndürilişi has kyn. Dürli enjam gurluşlaryna görä, kremniý karbid güýç enjamlary esasan tekiz enjamlara we okop enjamlaryna bölünip bilner. Tekiz kremniý karbid güýç enjamlary gowy birlik yzygiderliligine we ýönekeý önümçilik prosesine eýedir, ýöne JFET täsirine meýilli we ýokary parazit kuwwatyna we ýagdaýa garşylyga eýedir. Tekiz enjamlar bilen deňeşdirilende, okop kremniý karbid güýç enjamlarynyň birlik yzygiderliligi pes we has çylşyrymly önümçilik prosesine eýedir. Şeýle-de bolsa, okop gurluşy enjam birlik dykyzlygyny artdyrmaga ýardam edýär we kanal hereketliligi meselesini çözmek üçin peýdaly bolan JFET täsirini döretmegiň ähtimallygy azdyr. Onuň kiçi garşylyk, kiçi parazit kuwwaty we pes kommutasiýa energiýa sarp edilişi ýaly ajaýyp häsiýetleri bar. Onuň uly çykdajy we öndürijilik artykmaçlyklary bar we kremniý karbid güýç enjamlarynyň ösüşiniň esasy ugry boldy. “Rohm”-yň resmi websaýtyna görä, ROHM Gen3 gurluşy (Gen1 Trench gurluşy) Gen2 (Plannar2) çip meýdanynyň diňe 75% -ini düzýär we şol bir çip ölçeginde ROHM Gen3 gurluşynyň garşylygy 50% azaldy.
Kremniý karbid substraty, epitaksiýa, öň tarap, ylmy-barlag we tejribe-konstruktorçylyk çykdajylary we beýlekiler kremniý karbid enjamlarynyň önümçilik çykdajylarynyň degişlilikde 47%, 23%, 19%, 6% we 5% -ni düzýär.
Ahyrsoňy, biz kremniý karbidi senagat zynjyryndaky substratlaryň tehniki päsgelçiliklerini ýok etmäge ünsi jemläris.
Kremniý karbid substratlarynyň önümçilik prosesi kremniý esasly substratlaryňky ýaly, ýöne has kyn.
Kremniý karbid substratynyň önümçilik prosesi, adatça, çig mal sintezini, kristal ösdürip ýetişdirmegi, külçe gaýtadan işlemegi, külçe kesmegi, wafer üwemegi, jylaňlamagy, arassalamagy we beýleki gatnaşyklary öz içine alýar.
Kristal ösüş tapgyry tutuş prosessiň esasy bolup durýar we bu tapgyr kremniý karbid substratynyň elektrik häsiýetlerini kesgitleýär.
Kremniý karbid materiallaryny adaty şertlerde suwuk fazada ösdürmek kyn. Häzirki bazarda meşhur bolan bug fazasynyň ösüş usulynyň ösüş temperaturasy 2300°C-den ýokary we ösüş temperaturasynyň takyk gözegçiligini talap edýär. Bütin iş prosesini synlamak diýen ýaly kyn. Kiçijik ýalňyşlyk önümiň galyndylarynyň aýrylmagyna sebäp bolar. Deňeşdirmek üçin, kremniý materiallary diňe 1600℃ talap edýär, bu bolsa has pes. Kremniý karbid substratlaryny taýýarlamak hem kristallaryň haýal ösmegi we kristallaryň ýokary görnüşine bolan talaplar ýaly kynçylyklara duçar bolýar. Kremniý karbid plastinkasynyň ösüşi takmynan 7-10 gün, kremniý taýajygynyň çekilmegi bolsa diňe 2 ýarym gün talap edýär. Mundan başga-da, kremniý karbidi gatylygy diňe almazdan soň ikinji orunda durýan materialdyr. Kesmek, üwemek we jylalamak wagtynda köp zat ýitirer we çykyş gatnaşygy diňe 60% -dir.
Biz kremniý karbid substratlarynyň ölçegleriniň ulalmagynyň meýillidigini bilýäris, ölçegler ulalmagy dowam etdirdikçe, diametr giňeltme tehnologiýasyna bolan talaplar barha ýokarlanýar. Kristallaryň gaýtalanýan ösüşini gazanmak üçin dürli tehniki gözegçilik elementleriniň utgaşmasyny talap edýär.
Ýerleşdirilen wagty: 2024-nji ýylyň 22-nji maýy