Seperti kita ketahui, dalam bidang semikonduktor, silikon kristal tunggal (Si) merupakan bahan dasar semikonduktor yang paling banyak digunakan dan bervolume terbesar di dunia. Saat ini, lebih dari 90% produk semikonduktor diproduksi menggunakan bahan berbasis silikon. Dengan meningkatnya permintaan perangkat berdaya tinggi dan bertegangan tinggi di bidang energi modern, persyaratan yang lebih ketat telah diajukan untuk parameter utama bahan semikonduktor seperti lebar celah pita, kuat medan listrik tembus, laju saturasi elektron, dan konduktivitas termal. Dalam keadaan ini, bahan semikonduktor celah pita lebar diwakili olehsilikon karbida(SiC) telah muncul sebagai aplikasi kesayangan dengan kepadatan daya tinggi.
Sebagai semikonduktor majemuk,silikon karbidasangat langka di alam dan muncul dalam bentuk mineral moissanite. Saat ini, hampir semua silikon karbida yang dijual di dunia merupakan produk sintesis buatan. Silikon karbida memiliki keunggulan kekerasan tinggi, konduktivitas termal tinggi, stabilitas termal yang baik, dan kerusakan kritis medan listrik yang tinggi. Ini adalah bahan yang ideal untuk membuat perangkat semikonduktor bertegangan tinggi dan berdaya tinggi.
Jadi, bagaimana perangkat semikonduktor daya silikon karbida diproduksi?
Apa perbedaan antara proses pembuatan perangkat silikon karbida dan proses pembuatan tradisional berbasis silikon? Berawal dari terbitan kali ini, “Hal-hal tentangPerangkat Silikon KarbidaManufaktur” akan mengungkap rahasianya satu per satu.
I
Aliran proses pembuatan perangkat silikon karbida
Proses pembuatan perangkat silikon karbida umumnya mirip dengan perangkat berbasis silikon, terutama meliputi fotolitografi, pembersihan, doping, etsa, pembentukan film, pengenceran, dan proses lainnya. Banyak produsen perangkat listrik dapat memenuhi kebutuhan produksi perangkat silikon karbida dengan meningkatkan lini produksi mereka berdasarkan proses manufaktur berbasis silikon. Namun, sifat khusus bahan silikon karbida menentukan bahwa beberapa proses dalam pembuatan perangkatnya perlu bergantung pada peralatan khusus untuk pengembangan khusus agar perangkat silikon karbida dapat menahan tegangan tinggi dan arus tinggi.
II
Pengantar modul proses khusus silikon karbida
Modul proses khusus silikon karbida terutama mencakup doping injeksi, pembentukan struktur gerbang, etsa morfologi, metalisasi, dan proses pengenceran.
(1) Doping injeksi: Karena energi ikatan karbon-silikon yang tinggi dalam silikon karbida, atom pengotor sulit berdifusi dalam silikon karbida. Saat menyiapkan perangkat silikon karbida, doping sambungan PN hanya dapat dicapai melalui implantasi ion pada suhu tinggi.
Doping biasanya dilakukan dengan ion pengotor seperti boron dan fosfor, dan kedalaman doping biasanya 0,1μm~3μm. Implantasi ion berenergi tinggi akan menghancurkan struktur kisi bahan silikon karbida itu sendiri. Anil suhu tinggi diperlukan untuk memperbaiki kerusakan kisi yang disebabkan oleh implantasi ion dan mengontrol efek anil pada kekasaran permukaan. Proses intinya adalah implantasi ion suhu tinggi dan anil suhu tinggi.
Gambar 1 Diagram skema implantasi ion dan efek anil suhu tinggi
(2) Pembentukan struktur gerbang: Kualitas antarmuka SiC/SiO2 memiliki pengaruh besar terhadap migrasi saluran dan keandalan gerbang MOSFET. Penting untuk mengembangkan proses anil oksida gerbang dan pasca-oksidasi tertentu untuk mengkompensasi ikatan menjuntai pada antarmuka SiC/SiO2 dengan atom khusus (seperti atom nitrogen) untuk memenuhi persyaratan kinerja antarmuka SiC/SiO2 berkualitas tinggi dan tinggi migrasi perangkat. Proses intinya adalah oksidasi suhu tinggi gerbang oksida, LPCVD, dan PECVD.
Gambar 2 Diagram skema deposisi film oksida biasa dan oksidasi suhu tinggi
(3) Etsa morfologi: Bahan silikon karbida bersifat inert dalam pelarut kimia, dan kontrol morfologi yang tepat hanya dapat dicapai melalui metode etsa kering; bahan masker, pemilihan etsa masker, gas campuran, kontrol dinding samping, laju etsa, kekasaran dinding samping, dll. perlu dikembangkan sesuai dengan karakteristik bahan silikon karbida. Proses intinya adalah pengendapan film tipis, fotolitografi, korosi film dielektrik, dan proses etsa kering.
Gambar 3 Diagram skema proses etsa silikon karbida
(4) Metalisasi: Elektroda sumber perangkat memerlukan logam untuk membentuk kontak ohmik resistansi rendah yang baik dengan silikon karbida. Hal ini tidak hanya memerlukan pengaturan proses pengendapan logam dan pengendalian keadaan antarmuka kontak logam-semikonduktor, tetapi juga memerlukan anil suhu tinggi untuk mengurangi ketinggian penghalang Schottky dan mencapai kontak ohmik logam-silikon karbida. Proses intinya adalah sputtering magnetron logam, penguapan berkas elektron, dan anil termal cepat.
Gambar 4 Diagram skema prinsip sputtering magnetron dan efek metalisasi
(5) Proses penipisan: Bahan silikon karbida memiliki karakteristik kekerasan tinggi, kerapuhan tinggi, dan ketangguhan patah yang rendah. Proses penggilingannya rentan menyebabkan patah getas pada material sehingga menyebabkan kerusakan pada permukaan dan bawah permukaan wafer. Proses penggilingan baru perlu dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan manufaktur perangkat silikon karbida. Proses intinya adalah penipisan cakram gerinda, pelekatan dan pengelupasan film, dll.
Gambar 5 Diagram skema prinsip penggilingan/penipisan wafer
Waktu posting: 22 Okt-2024