როგორც ვიცით, ნახევარგამტარულ სფეროში, ერთკრისტალური სილიციუმი (Si) არის ყველაზე ფართოდ გამოყენებული და ყველაზე დიდი მოცულობის ნახევარგამტარული ძირითადი მასალა მსოფლიოში. ამჟამად ნახევარგამტარული პროდუქტების 90%-ზე მეტი იწარმოება სილიკონზე დაფუძნებული მასალების გამოყენებით. თანამედროვე ენერგეტიკულ სფეროში მაღალი სიმძლავრის და მაღალი ძაბვის მოწყობილობებზე მზარდი მოთხოვნილების გამო, უფრო მკაცრი მოთხოვნები იქნა დაწესებული ნახევარგამტარული მასალების ძირითად პარამეტრებზე, როგორიცაა ზოლის სიგანე, დაშლის ელექტრული ველის სიძლიერე, ელექტრონის გაჯერების სიჩქარე და თბოგამტარობა. ამ ვითარებაში, ფართო ზოლიანი ნახევარგამტარული მასალები წარმოდგენილიასილიციუმის კარბიდი(SiC) გაჩნდა, როგორც მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივის აპლიკაციების საყვარელი.
როგორც რთული ნახევარგამტარი,სილიციუმის კარბიდიბუნებით ძალზე იშვიათია და ჩნდება მინერალის მოისანიტის სახით. ამჟამად მსოფლიოში გაყიდული თითქმის ყველა სილიციუმის კარბიდი ხელოვნურად არის სინთეზირებული. სილიციუმის კარბიდს აქვს მაღალი სიმტკიცე, მაღალი თერმული კონდუქტომეტრი, კარგი თერმული სტაბილურობა და მაღალი კრიტიკული ავარიის ელექტრული ველი. იდეალური მასალაა მაღალი ძაბვის და მაღალი სიმძლავრის ნახევარგამტარული მოწყობილობების დასამზადებლად.
მაშ, როგორ იწარმოება სილიციუმის კარბიდის სიმძლავრის ნახევარგამტარული მოწყობილობები?
რა განსხვავებაა სილიციუმის კარბიდის მოწყობილობის წარმოების პროცესსა და ტრადიციულ სილიკონზე დაფუძნებულ წარმოების პროცესს შორის? ამ საკითხიდან დაწყებული „რაც შესახებსილიკონის კარბიდის მოწყობილობამანუფაქტურინგი“ სათითაოდ გამოავლენს საიდუმლოებებს.
I
სილიციუმის კარბიდის მოწყობილობის წარმოების პროცესის ნაკადი
სილიციუმის კარბიდის მოწყობილობების წარმოების პროცესი ზოგადად მსგავსია სილიკონზე დაფუძნებული მოწყობილობების წარმოების პროცესის, ძირითადად, მათ შორის ფოტოლითოგრაფიას, გაწმენდას, დოპინგის, გრავირებას, ფირის ფორმირებას, გათხელებას და სხვა პროცესებს. ელექტრო მოწყობილობების ბევრ მწარმოებელს შეუძლია დააკმაყოფილოს სილიციუმის კარბიდის მოწყობილობების წარმოების საჭიროებები მათი წარმოების ხაზების განახლებით სილიკონზე დაფუძნებული წარმოების პროცესის საფუძველზე. თუმცა, სილიციუმის კარბიდის მასალების სპეციალური თვისებები განსაზღვრავს, რომ ზოგიერთი პროცესი მოწყობილობის წარმოებაში უნდა დაეყრდნოს სპეციალურ აღჭურვილობას სპეციალური განვითარებისთვის, რათა სილიციუმის კარბიდის მოწყობილობებს გაუძლოს მაღალ ძაბვას და მაღალ დენს.
II
სილიციუმის კარბიდის სპეციალური პროცესის მოდულების შესავალი
სილიციუმის კარბიდის სპეციალური პროცესის მოდულები ძირითადად მოიცავს ინექციურ დოპინგს, კარიბჭის სტრუქტურის ფორმირებას, მორფოლოგიურ ატრასს, მეტალიზაციას და გათხელების პროცესებს.
(1) ინექციური დოპინგი: სილიციუმის კარბიდში ნახშირბად-სილიციუმის ბმის ენერგიის მაღალი გამო, მინარევების ატომები ძნელია დიფუზირება სილიციუმის კარბიდში. სილიციუმის კარბიდის მოწყობილობების მომზადებისას, PN შეერთების დოპინგი მიიღწევა მხოლოდ მაღალ ტემპერატურაზე იონის იმპლანტაციის გზით.
დოპინგი ჩვეულებრივ კეთდება მინარევის იონებით, როგორიცაა ბორი და ფოსფორი, და დოპინგის სიღრმე ჩვეულებრივ არის 0.1μm~3μm. მაღალი ენერგიის იონის იმპლანტაცია გაანადგურებს თავად სილიციუმის კარბიდის მასალის გისოსებს. მაღალტემპერატურული ანილირება საჭიროა იონების იმპლანტაციის შედეგად გამოწვეული გისოსების დაზიანების შესაკეთებლად და ზედაპირის უხეშობაზე ანილირების ეფექტის გასაკონტროლებლად. ძირითადი პროცესებია მაღალი ტემპერატურის იონების იმპლანტაცია და მაღალტემპერატურული ანილირება.
სურათი 1 იონის იმპლანტაციის და მაღალტემპერატურული ანეილირების ეფექტების სქემატური დიაგრამა
(2) კარიბჭის სტრუქტურის ფორმირება: SiC/SiO2 ინტერფეისის ხარისხი დიდ გავლენას ახდენს არხის მიგრაციაზე და MOSFET-ის კარიბჭის საიმედოობაზე. აუცილებელია სპეციალური კარიბჭის ოქსიდისა და ჟანგვის შემდგომი ანეილირების პროცესების შემუშავება SiC/SiO2 ინტერფეისზე ჩამოკიდებული ბმების კომპენსირებისთვის სპეციალურ ატომებთან (როგორიცაა აზოტის ატომები) მაღალი ხარისხის SiC/SiO2 ინტერფეისის შესრულების მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად. მოწყობილობების მიგრაცია. ძირითადი პროცესებია კარიბჭის ოქსიდის მაღალი ტემპერატურის დაჟანგვა, LPCVD და PECVD.
სურათი 2 ჩვეულებრივი ოქსიდის ფირის დეპონირების და მაღალტემპერატურული დაჟანგვის სქემატური დიაგრამა
(3) მორფოლოგიური ჭურჭელი: სილიციუმის კარბიდის მასალები ინერტულია ქიმიურ გამხსნელებში და ზუსტი მორფოლოგიური კონტროლი მიიღწევა მხოლოდ მშრალი გრავირების მეთოდებით; ნიღბის მასალები, ნიღბის ოქროვის შერჩევა, შერეული გაზი, გვერდითი კედელზე კონტროლი, ჭრის სიჩქარე, გვერდითი კედლის უხეშობა და ა.შ. საჭიროა შემუშავდეს სილიციუმის კარბიდის მასალების მახასიათებლების მიხედვით. ძირითადი პროცესებია თხელი ფირის დეპონირება, ფოტოლითოგრაფია, დიელექტრიკული ფირის კოროზია და მშრალი გრავირება.
სურათი 3 სილიციუმის კარბიდის ამოღების პროცესის სქემატური დიაგრამა
(4) მეტალიზაცია: მოწყობილობის წყარო ელექტროდს სჭირდება ლითონი სილიციუმის კარბიდთან კარგი დაბალი წინააღმდეგობის ომური კონტაქტის შესაქმნელად. ეს მოითხოვს არა მხოლოდ ლითონის დეპონირების პროცესის რეგულირებას და ლითონ-ნახევარგამტარული კონტაქტის ინტერფეისის მდგომარეობის კონტროლს, არამედ ასევე მოითხოვს მაღალტემპერატურულ ადუღებას Schottky ბარიერის სიმაღლის შესამცირებლად და ლითონის-სილიციუმის კარბიდის ომური კონტაქტის მისაღწევად. ძირითადი პროცესებია ლითონის მაგნიტრონის დაფხვრა, ელექტრონული სხივის აორთქლება და სწრაფი თერმული ანილირება.
ნახაზი 4 მაგნიტრონის დაფრქვევის პრინციპისა და მეტალიზაციის ეფექტის სქემატური დიაგრამა
(5) გათხელების პროცესი: სილიციუმის კარბიდის მასალას აქვს მაღალი სიხისტის, მაღალი მტვრევადი და დაბალი მოტეხილობის სიმტკიცე. მისი დაფქვის პროცესი მიდრეკილია მასალის მყიფე მოტეხილობისკენ, რაც იწვევს ვაფლის ზედაპირს და ქვე-ზედაპირს. ახალი სახეხი პროცესები უნდა განვითარდეს სილიციუმის კარბიდის მოწყობილობების წარმოების საჭიროებების დასაკმაყოფილებლად. ძირითადი პროცესებია სახეხი დისკების გათხელება, ფირის წებოვნება და პილინგი და ა.შ.
სურათი 5 ვაფლის დაფქვის/გათხელების პრინციპის სქემატური დიაგრამა
გამოქვეყნების დრო: ოქტ-22-2024