Vad är tillverkningsprocessen för SIC-enheter?

Som en mångårig leverantör av SIC-enheter är jag mycket glad över att dela med dig av tillverkningsprocessen för SIC-enheter (kiselkarbid). SIC-enheter har skapat vågor inom kraftelektronikindustrin på grund av deras överlägsna prestandaegenskaper, såsom hög genombrottsspänning, lågt motstånd och utmärkt värmeledningsförmåga jämfört med traditionella kiselbaserade enheter.

1. Råmaterialberedning

Det första avgörande steget i tillverkningen av SIC-enheter är beredningen av högkvalitativa SIC-råmaterial. Råmaterialet för SIC-enheter är vanligtvis enkristall Sic-skivor. Dessa wafers produceras genom en komplex process som kallas fysisk ångtransport (PVT).

I PVT-processen placeras högrent kiselkarbidpulver i en grafitdegel. Degeln värms sedan upp till extremt höga temperaturer, vanligtvis över 2000°C, i en inert gasatmosfär (såsom argon). Vid dessa höga temperaturer sublimeras kiselkarbidpulvret, och ångan kondenserar på en frökristall placerad i den kallare änden av degeln. Med tiden växer en enkristall Sic-göt på frökristallen.

Kvaliteten på enkristall-Sic-götet är av yttersta vikt eftersom det direkt påverkar prestandan hos de slutliga SIC-enheterna. Faktorer som kristalldefekter, föroreningar och gallerstruktur måste kontrolleras noggrant under tillväxtprocessen. Efter att götet har odlats skärs det i tunna rån med en diamantsåg. Dessa wafers poleras sedan för att uppnå en jämn och plan yta, vilket är nödvändigt för efterföljande tillverkningsprocesser för anordningar.

2. Epitaxiell tillväxt

När Sic-skivorna väl är förberedda är nästa steg epitaxiell tillväxt. Epitaxi är en process där ett tunt enkristalllager av Sic odlas på ytan av Sic-skivan. Detta epitaxiella skikt är utformat för att ha specifika elektriska egenskaper, såsom dopningskoncentration och tjocklek, som är avgörande för prestandan hos den slutliga SIC-enheten.

Kemisk ångavsättning (CVD) är den mest använda metoden för Sic epitaxiell tillväxt. I CVD-processen införs en blandning av prekursorgaser, såsom silan (SiH₄) och propan (C₃H₈), tillsammans med en dopningsgas (såsom kväve för n-typ dopning eller aluminium för p-typ dopning), i en reaktionskammare. Skivan värms upp till en hög temperatur, vanligtvis runt 1500 - 1600°C. Prekursorgaserna sönderdelas vid skivans yta och atomerna införlivas i skivans kristallgitter och bildar ett epitaxiellt skikt av hög kvalitet.

Kontrollen av den epitaxiella tillväxtprocessen är mycket exakt. Parametrar som gasflödeshastigheter, temperatur och tryck måste regleras noggrant för att säkerställa enhetligheten hos det epitaxiella lagret vad gäller tjocklek och dopningskoncentration över skivan.

3. Enhetsisolering

Efter den epitaxiella tillväxten utförs enhetsisolering. Syftet med enhetsisolering är att elektriskt isolera enskilda enheter på wafern, vilket förhindrar elektrisk interferens mellan intilliggande enheter.

En vanlig metod för enhetsisolering i SIC-enheter är jonimplantation. Vid jonimplantation accelereras högenergijoner och implanteras i Sic-epitaxialskiktet på specifika platser. Dessa joner skapar ett mycket resistivt område i det epitaxiella lagret, vilket effektivt isolerar intilliggande enheter. Typen och energin hos jonerna, såväl som implantationsdosen och implantationsvinkeln, är noggrant utvalda för att uppnå önskad isoleringsprestanda.

En annan metod för anordningsisolering är dikesisolering. I dikesisolering etsas djupa diken in i Sic-epitaxialskiktet med hjälp av reaktiv jonetsning (RIE). Dikena fylls sedan med ett dielektriskt material, såsom kiseldioxid (SiO2), för att elektriskt isolera anordningarna. Trench-isolering kan ge bättre isoleringsprestanda, särskilt för SIC-enheter med hög spänning.

4. Käll- och avloppsbildning

Source- och drain-regioner är väsentliga komponenter i SIC MOSFETs och andra transistorer. Dessa regioner bildas genom en kombination av jonimplantation och glödgningsprocesser.

För SIC-enheter av n-typ implanteras vanligtvis fosfor- eller kvävejoner i det epitaxiella skiktet för att skapa käll- och dräneringsområdena. Implantationsenergin och dosen justeras för att uppnå önskad dopningskoncentration och djup. Efter jonimplantation glödgas skivan vid en hög temperatur, vanligtvis över 1600°C, för att aktivera de implanterade jonerna och reparera kristallskadan som orsakats av implantationsprocessen.

Glödgningsprocessen är kritisk eftersom den påverkar de elektriska egenskaperna hos käll- och dräneringsområdena, såsom resistiviteten och bärarens rörlighet. Korrekt glödgning kan också förbättra SIC-enhetens övergripande prestanda och tillförlitlighet.

5. Portoxidbildning

I SIC MOSFETs spelar grindoxidskiktet en avgörande roll för att kontrollera strömflödet mellan source och drain. Styroxiden bildas typiskt genom termisk oxidation av Sic-ytan.

Den termiska oxidationsprocessen innebär att Sic-skivan värms upp i en syrehaltig atmosfär vid en hög temperatur. Under oxidationsprocessen reagerar syreatomer med Sic-ytan för att bilda ett kiseldioxidskikt (SiO₂). Kvaliteten på SiO₂/Sic-gränssnittet är dock en stor utmaning i SIC MOSFETs. Defekter i gränssnittet kan leda till hög gränssnittsfälldensitet, vilket kan försämra enhetens prestanda, såsom att minska kanalrörligheten och öka tröskelspänningen.

För att förbättra kvaliteten på gateoxiden och SiO₂/Sic-gränssnittet används olika ytbehandlingar och optimeringstekniker. Till exempel kan kväveglödgning eller användning av nitridbaserade gateoxider hjälpa till att minska gränssnittsfällans densitet och förbättra enhetens prestanda.

6. Metallisering

Metallisering är processen att avsätta metallskikt på enheten för att bilda elektriska kontakter och sammankopplingar. I SIC-enheter deponeras vanligtvis flera metallskikt.

Det första metallskiktet, känt som den ohmska kontaktmetallen, avsätts på source-, dränerings- och gate-områdena för att bilda en elektrisk kontakt med låg resistans. Metaller som titan (Ti), nickel (Ni) och aluminium (Al) används vanligtvis för ohmska kontakter. Den ohmska kontaktmetallen avsätts med hjälp av fysiska ångavsättningsmetoder (PVD), såsom förstoftning eller förångning. Efter metallavsättningen glödgas skivan för att bilda en stabil ohmsk kontakt.

Efterföljande metallskikt avsätts ovanpå den ohmska kontaktmetallen för att bilda sammankopplingar som förbinder olika delar av enheten. Dessa metallskikt är mönstrade med hjälp av fotolitografi och etsningstekniker för att skapa den önskade kretslayouten.

7. Förpackning

Efter att tillverkningsprocessen på wafern är klar separeras de individuella SIC-enheterna från wafern med hjälp av en tärningssåg. Dessa individuella chips packas sedan i en lämplig förpackning för att skydda dem från miljön och tillhandahålla elektriska anslutningar.

Det finns olika typer av paket tillgängliga för SIC-enheter, inklusive ytmonteringspaket och genomgående hålpaket. Valet av paket beror på applikationskraven, såsom effektförlust, spänningsklassning och fysisk storlek.

Under förpackningsprocessen fästs SIC-chippet på en ledningsram eller ett substrat med hjälp av ett ledande lim. Bondtrådar används sedan för att ansluta chipkuddarna till paketledarna. Slutligen är förpackningen inkapslad med en formmassa för att skydda spånet från fukt, damm och mekanisk påfrestning.

8. Testning och kvalitetskontroll

Det sista steget i tillverkningsprocessen av SIC-enheter är testning och kvalitetskontroll. Varje förpackad SIC-enhet testas för att säkerställa att den uppfyller de specificerade prestandakraven.

Elektriska tester utförs för att mäta parametrar som genombrottsspänning, till-resistans, tröskelspänning och kopplingsegenskaper. Termiska tester utförs också för att utvärdera enhetens termiska prestanda, såsom korsningstemperatur och termiskt motstånd.

Baserat på testresultaten sorteras SIC-enheterna i olika kvaliteter efter deras prestanda. Enheter som inte uppfyller specifikationskraven avvisas, vilket säkerställer att endast högkvalitativa SIC-enheter levereras till kunderna.

Under hela tillverkningsprocessen implementeras strikta kvalitetskontrollåtgärder för att säkerställa tillförlitligheten och konsistensen hos SIC-enheterna. Detta inkluderar processinspektioner, materialspårbarhet och statistisk processkontroll.

Slutsats

Sammanfattningsvis är tillverkningsprocessen för SIC-enheter en komplex och mycket exakt process som involverar flera steg, från förberedelse av råmaterial till förpackning och testning. Vårt företag, som en professionell SIC-enhetsleverantör, har åtagit sig att använda den mest avancerade tillverkningstekniken och strikta kvalitetskontrollsystem för att producera högkvalitativa SIC-enheter som möter våra kunders olika behov.

Vi erbjuder ett brett utbud av SIC-enheter, inklusiveSic Schottky-diodochSic Mosfet. Om du är intresserad av våra SIC-enheter eller har några frågor om deras tillämpning och upphandling, är du välkommen att kontakta oss. Vi ser fram emot att diskutera dina specifika krav och ge dig de bästa lösningarna.

Referenser

1. Baliga, BJ (2005). Kraftenheter i kiselkarbid. World Scientific.
2. Kimoto, T., & Cooper, JA (red.). (2014). Kiselkarbid: material, bearbetning och enheter. Wiley - IEEE.
3. Palmour, JW, & Davis, RF (2000). Kiselkarbid: Ett kraftelektronik-undermaterial. IEEE-transaktioner på elektronenheter, 47(3), 417 - 431.