Mi a SIC-eszközök gyártási folyamata?
Hagyjon üzenetet
Régóta működő SIC-eszközök szállítójaként nagyon izgatott vagyok, hogy megoszthatom Önnel a SIC (szilícium-karbid) eszközök gyártási folyamatát. A SIC-eszközök a hagyományos szilícium alapú eszközökhöz képest kiemelkedő teljesítményjellemzőik, például a nagy áttörési feszültség, az alacsony bekapcsolási ellenállás és a kiváló hővezetőképesség miatt hullámokat keltettek a teljesítményelektronikai iparban.
1. Nyersanyag előkészítés
A SIC készülékek gyártásában az első döntő lépés a kiváló minőségű SIC alapanyagok előkészítése. A SIC eszközök alapanyaga jellemzően egykristályos Sic ostya. Ezeket az ostyákat a fizikai gőzszállítás (PVT) néven ismert összetett eljárással állítják elő.
A PVT eljárás során nagy tisztaságú szilícium-karbid port helyeznek egy grafittégelybe. A tégelyt ezután rendkívül magas hőmérsékletre, általában 2000 °C feletti hőmérsékletre hevítik inert gázatmoszférában (például argonban). Ezen a magas hőmérsékleten a szilícium-karbid por szublimál, és a gőz a tégely hidegebb végén elhelyezett magkristályon kondenzálódik. Idővel a magkristályon egy egykristályos Sic tuskó nő.
Az egykristályos Sic ingot minősége rendkívül fontos, mivel közvetlenül befolyásolja a végső SIC eszközök teljesítményét. Az olyan tényezőket, mint a kristályhibák, a szennyeződések és a rácsszerkezet, gondosan ellenőrizni kell a növekedési folyamat során. A tuskó növesztése után gyémántfűrésszel vékony ostyákra szeleteljük. Ezeket az ostyákat ezután polírozzák, hogy sima és sík felületet kapjanak, ami elengedhetetlen a későbbi készülékgyártási folyamatokhoz.
2. Epitaxiális növekedés
A Sic lapkák elkészítése után a következő lépés az epitaxiális növekedés. Az epitaxia egy olyan eljárás, amelynek során vékony, egykristályos Sic réteget növesztenek a Sic ostya felületén. Ezt az epitaxiális réteget úgy tervezték, hogy speciális elektromos tulajdonságokkal rendelkezzen, mint például az adalékanyag koncentrációja és vastagsága, amelyek döntőek a végső SIC-eszköz teljesítménye szempontjából.
A kémiai gőzlerakódás (CVD) a Sic epitaxiális növekedésének leggyakrabban használt módszere. A CVD-eljárás során prekurzor gázok, például szilán (SiH₂) és propán (C3H8) keverékét, valamint dópológázt (például nitrogént n-típusú adalékoláshoz vagy alumíniumot p-típusú adalékoláshoz) vezetnek be a reakciókamrába. Az ostyát magas hőmérsékletre, jellemzően 1500-1600°C körül melegítik. A prekurzor gázok az ostya felületén lebomlanak, és az atomok beépülnek az ostya kristályrácsába, kiváló minőségű epitaxiális réteget képezve.
Az epitaxiális növekedési folyamat szabályozása nagyon precíz. Az olyan paramétereket, mint a gáz áramlási sebessége, hőmérséklete és nyomása gondosan szabályozni kell, hogy biztosítsák az epitaxiális réteg egyenletességét a vastagság és az adalékolás koncentrációja tekintetében az ostyán.
3. Eszköz elkülönítése
Az epitaxiális növekedés után az eszköz izolálása történik. Az eszközleválasztás célja az egyes eszközök elektromos leválasztása a lapkán, megakadályozva a szomszédos eszközök közötti elektromos interferenciát.
A SIC-eszközökben az eszközök elkülönítésének egyik általános módszere az ionimplantáció. Az ionimplantáció során a nagy energiájú ionokat felgyorsítják, és meghatározott helyeken a Sic epitaxiális rétegébe ültetik be. Ezek az ionok nagy ellenállású régiót hoznak létre az epitaxiális rétegben, hatékonyan elszigetelve a szomszédos eszközöket. Az ionok típusát és energiáját, valamint a beültetési dózist és a beültetési szöget gondosan választják meg a kívánt izolációs teljesítmény elérése érdekében.
Az eszköz leválasztásának másik módja az árokszigetelés. Az árokszigetelésben a mély árkokat reaktív ionmaratással (RIE) a Sic epitaxiális rétegbe marják. Az árkokat ezután dielektromos anyaggal, például szilícium-dioxiddal (SiO₂) töltik fel az eszközök elektromos szigetelésére. Az árok leválasztása jobb szigetelési teljesítményt biztosít, különösen a nagyfeszültségű SIC eszközök esetében.
4. Forrás és vízelvezető képződés
A forrás- és leeresztő régiók a SIC MOSFET-ek és más tranzisztorok alapvető összetevői. Ezek a régiók ionimplantációs és lágyítási folyamatok kombinációjával jönnek létre.
Az n-típusú SIC eszközök esetében általában foszfor- vagy nitrogénionokat ültetnek be az epitaxiális rétegbe, hogy létrehozzák a forrás- és elvezető régiókat. Az implantációs energiát és a dózist úgy állítják be, hogy elérjék a kívánt adalékolási koncentrációt és mélységet. Az ionbeültetést követően az ostyát magas hőmérsékleten, általában 1600°C felett lágyítják, hogy aktiválják a beültetett ionokat és helyreállítsák a beültetési folyamat által okozott kristálykárosodást.
A lágyítási folyamat kritikus fontosságú, mivel befolyásolja a forrás és a lefolyó régiók elektromos tulajdonságait, például az ellenállást és a hordozó mobilitását. A megfelelő lágyítás javíthatja a SIC-eszköz általános teljesítményét és megbízhatóságát is.
5. Kapu-oxid képződés
A SIC MOSFET-ekben a kapu-oxid réteg döntő szerepet játszik a forrás és a lefolyó közötti áram áramlásának szabályozásában. A kapu-oxid jellemzően a Sic felület termikus oxidációjával jön létre.
A termikus oxidációs folyamat magában foglalja a Sic ostya melegítését oxigéntartalmú atmoszférában, magas hőmérsékleten. Az oxidációs folyamat során az oxigénatomok reakcióba lépnek a szilícium-dioxid felületével, és szilícium-dioxid (SiO₂) réteget képeznek. A SiO₂/Sic interfész minősége azonban komoly kihívást jelent a SIC MOSFET-eknél. Az interfész hibái magas interfész csapdasűrűséghez vezethetnek, ami ronthatja az eszköz teljesítményét, például csökkentheti a csatorna mobilitását és növelheti a küszöbfeszültséget.
A kapu-oxid és a SiO₂/Sic interfész minőségének javítására különféle felületkezeléseket és optimalizálási technikákat alkalmaznak. Például a nitrogén izzítás vagy a nitrid alapú gate oxidok használata segíthet csökkenteni az interfész csapda sűrűségét és javítani az eszköz teljesítményét.
6. Metalizálás
A fémezés az a folyamat, amikor fémrétegeket helyeznek fel az eszközre, hogy elektromos érintkezőket és összeköttetéseket képezzenek. A SIC eszközökben általában több fémréteget raknak le.
Az első fémréteg, amelyet ohmos érintkező fémnek neveznek, a forrás, a lefolyó és a kapu tartományára rakják le, hogy kis ellenállású elektromos érintkezést hozzon létre. Fémeket, például titánt (Ti), nikkelt (Ni) és alumíniumot (Al) gyakran használnak ohmos érintkezőkhöz. Az ohmos érintkezőfém leválasztása fizikai gőzfázisú leválasztási (PVD) módszerekkel történik, például porlasztással vagy elpárologtatással. A fémleválasztás után az ostyát lágyítják, hogy stabil ohmos érintkezést hozzon létre.
Az ezt követő fémrétegek az ohmos érintkező fém tetejére kerülnek, hogy összekapcsolják az eszköz különböző részeit. Ezeket a fémrétegeket fotolitográfiai és maratási technikákkal mintázzák a kívánt áramköri elrendezés létrehozásához.
7. Csomagolás
Miután az ostyán végzett gyártási folyamat befejeződött, az egyes SIC-eszközöket kockázófűrész segítségével leválasztják az ostyáról. Ezeket az egyedi chipeket azután megfelelő csomagolásba csomagolják, hogy megvédjék őket a környezettől és biztosítsák az elektromos csatlakozásokat.
Különféle típusú csomagok állnak rendelkezésre SIC eszközökhöz, beleértve a felületre szerelhető csomagokat és az átmenő lyukakat tartalmazó csomagokat. A csomag kiválasztása az alkalmazás követelményeitől függ, mint például a teljesítménydisszipáció, a névleges feszültség és a fizikai méret.
A csomagolási folyamat során a SIC chipet vezetőképes ragasztó segítségével ólomkerethez vagy hordozóhoz rögzítik. Ezután kötőhuzalokat használnak a chippárnák és a csomagvezetékek csatlakoztatására. Végül a csomagot formázóanyaggal kapszulázzák, hogy megvédjék a forgácsot a nedvességtől, a portól és a mechanikai igénybevételtől.
8. Tesztelés és minőség-ellenőrzés
A SIC-eszközök gyártási folyamatának utolsó lépése a tesztelés és a minőség-ellenőrzés. Minden csomagolt SIC-eszközt tesztelnek, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy megfelelnek-e a meghatározott teljesítménykövetelményeknek.
Elektromos teszteket végeznek az olyan paraméterek mérésére, mint a letörési feszültség, a bekapcsolási ellenállás, a küszöbfeszültség és a kapcsolási jellemzők. Hővizsgálatokat is végeznek az eszköz hőteljesítményének, például a csatlakozási hőmérséklet és a hőellenállás értékelésére.
A teszteredmények alapján a SIC eszközöket teljesítményük szerint különböző fokozatokba sorolják. Azokat az eszközöket, amelyek nem felelnek meg a specifikáció követelményeinek, elutasítják, biztosítva, hogy csak kiváló minőségű SIC-eszközöket szállítsanak az ügyfeleknek.
A gyártási folyamat során szigorú minőség-ellenőrzési intézkedéseket vezetnek be, hogy biztosítsák a SIC-eszközök megbízhatóságát és konzisztenciáját. Ez magában foglalja a folyamaton belüli ellenőrzéseket, az anyagok nyomon követhetőségét és a statisztikai folyamatellenőrzést.
Következtetés
Összefoglalva, a SIC-eszközök gyártási folyamata egy összetett és rendkívül precíz folyamat, amely több lépésből áll, a nyersanyag-előkészítéstől a csomagolásig és a tesztelésig. Cégünk, mint professzionális SIC készülék beszállító, elkötelezett a legfejlettebb gyártási technológiák és szigorú minőségellenőrzési rendszerek alkalmazása mellett, hogy kiváló minőségű SIC eszközöket állítson elő, amelyek megfelelnek ügyfeleink sokrétű igényeinek.
A SIC eszközök széles választékát kínáljuk, beleértveSic Schottky diódaésSic Mosfet. Amennyiben SIC eszközeink felkeltették érdeklődését, vagy kérdése van alkalmazásukkal, beszerzésükkel kapcsolatban, forduljon hozzánk bizalommal. Bízunk benne, hogy megbeszéljük egyedi igényeit, és a legjobb megoldásokat kínáljuk Önnek.
Hivatkozások
- Baliga, BJ (2005). Szilícium-karbid tápegységek. Világtudományos.
- Kimoto, T. és Cooper, JA (szerk.). (2014). Szilícium-karbid: anyagok, feldolgozás és eszközök. Wiley – IEEE.
- Palmour, JW és Davis, RF (2000). Szilícium-karbid: a teljesítményelektronikai csodaanyag. IEEE Transactions on Electron Devices, 47(3), 417–431.
