Kakav je proces proizvodnje SIC uređaja?

Kao dugogodišnji dobavljač SIC uređaja, vrlo sam uzbuđen što mogu podijeliti s vama proces proizvodnje SIC (Silicon Carbide) uređaja. SIC uređaji stvaraju talase u industriji energetske elektronike zbog svojih superiornih karakteristika performansi, kao što su visoki napon proboja, niska otpornost na uključivanje i odlična toplotna provodljivost u poređenju sa tradicionalnim uređajima na bazi silicijuma.

1. Priprema sirovina

Prvi ključni korak u proizvodnji SIC uređaja je priprema visokokvalitetnih SIC sirovina. Sirovi materijal za SIC uređaje su obično monokristalne Sic pločice. Ove oblatne se proizvode kroz složen proces poznat kao fizički transport pare (PVT).

U PVT procesu, prah silicijum karbida visoke čistoće stavlja se u grafitni lončić. Lončić se zatim zagreva na ekstremno visoke temperature, obično iznad 2000°C, u atmosferi inertnog gasa (kao što je argon). Na ovim visokim temperaturama, prah silicijum karbida sublimira, a para se kondenzuje na kristalu koji se nalazi na hladnijem kraju lončića. Vremenom, jednokristalni Sic ingot naraste na kristalu sjemena.

Kvalitet monokristalnog SIC ingota je od najveće važnosti jer direktno utiče na performanse konačnih SIC uređaja. Faktori kao što su defekti kristala, nečistoće i struktura rešetke moraju se pažljivo kontrolisati tokom procesa rasta. Nakon što se ingot uzgaja, dijamantskom pilom se reže na tanke oblatne. Ove pločice se zatim poliraju kako bi se postigla glatka i ravna površina, što je neophodno za naknadne procese proizvodnje uređaja.

2. Epitaksialni rast

Nakon što su Sic oblatne pripremljene, sljedeći korak je epitaksijalni rast. Epitaksija je proces u kojem se tanak, monokristalni sloj Sic uzgaja na površini Sic pločice. Ovaj epitaksijalni sloj je dizajniran da ima specifična električna svojstva, kao što su koncentracija dopinga i debljina, koje su ključne za performanse konačnog SIC uređaja.

Hemijsko taloženje pare (CVD) je najčešće korištena metoda za Sic epitaksijalni rast. U CVD procesu, mješavina plinova prekursora, kao što su silan (SiH₄) i propan (C₃H₈), zajedno sa dopantnim plinom (kao što je dušik za dopiranje n-tipa ili aluminij za dopiranje p-tipa), uvodi se u reakcionu komoru. Oblatna se zagreva na visoku temperaturu, obično oko 1500 - 1600°C. Prekursorski plinovi se razlažu na površini pločice, a atomi se ugrađuju u kristalnu rešetku pločice, formirajući visokokvalitetni epitaksijalni sloj.

Kontrola procesa epitaksijalnog rasta je vrlo precizna. Parametri kao što su brzina protoka gasa, temperatura i pritisak moraju biti pažljivo regulisani kako bi se osigurala uniformnost epitaksijalnog sloja u smislu debljine i koncentracije dopinga na pločici.

3. Izolacija uređaja

Nakon epitaksijalnog rasta, vrši se izolacija uređaja. Svrha izolacije uređaja je električna izolacija pojedinačnih uređaja na pločici, sprječavajući električne smetnje između susjednih uređaja.

Jedna uobičajena metoda za izolaciju uređaja u SIC uređajima je ionska implantacija. Kod ionske implantacije, ioni visoke energije se ubrzavaju i implantiraju u Sic epitaksijalni sloj na određenim lokacijama. Ovi joni stvaraju veoma otporan region u epitaksijalnom sloju, efikasno izolujući susedne uređaje. Vrsta i energija jona, kao i implantaciona doza i ugao implantacije, pažljivo su odabrani kako bi se postigla željena izolaciona performansa.

Druga metoda za izolaciju uređaja je izolacija rovova. U izolaciji rovova, duboki rovovi se urezuju u Sic epitaksijalni sloj pomoću reaktivnog ionskog jetkanja (RIE). Rovovi se zatim pune dielektričnim materijalom, kao što je silicijum dioksid (SiO₂), kako bi se uređaji električno izolovali. Izolacija rovova može pružiti bolje performanse izolacije, posebno za visokonaponske SIC uređaje.

4. Formiranje izvora i odvoda

Regioni izvora i odvoda su bitne komponente SIC MOSFET-a i drugih tranzistora. Ove regije nastaju kombinacijom ionske implantacije i procesa žarenja.

Za SIC uređaje n-tipa, joni fosfora ili dušika se tipično implantiraju u epitaksijalni sloj kako bi se stvorile izvorne i odvodne regije. Energija implantacije i doza se prilagođavaju kako bi se postigla željena koncentracija i dubina dopinga. Nakon ionske implantacije, pločica se žari na visokoj temperaturi, obično iznad 1600°C, kako bi se aktivirali implantirani ioni i popravilo oštećenje kristala uzrokovano procesom implantacije.

Proces žarenja je kritičan jer utiče na električna svojstva regiona izvora i drena, kao što su otpornost i mobilnost nosača. Pravilno žarenje također može poboljšati ukupne performanse i pouzdanost SIC uređaja.

5. Formiranje oksida kapije

U SIC MOSFET-ovima, sloj oksida vrata igra ključnu ulogu u kontroli toka struje između izvora i odvoda. Oksid kapije se obično formira termičkom oksidacijom površine Sic.

Proces termalne oksidacije uključuje zagrijavanje Sic pločice u atmosferi koja sadrži kisik na visokoj temperaturi. Tokom procesa oksidacije, atomi kiseonika reaguju sa površinom Sic i formiraju sloj silicijum dioksida (SiO₂). Međutim, kvalitet interfejsa SiO₂/Sic je veliki izazov u SIC MOSFET-ovima. Defekti na interfejsu mogu dovesti do velike gustine zamki interfejsa, što može da degradira performanse uređaja, kao što je smanjenje mobilnosti kanala i povećanje graničnog napona.

Da bi se poboljšao kvalitet gejt oksida i sučelja SiO₂/Sic, koriste se različite površinske obrade i tehnike optimizacije. Na primjer, žarenje dušikom ili korištenje gejt oksida na bazi nitrida može pomoći u smanjenju gustine zamke na interfejsu i poboljšanju performansi uređaja.

6. Metalizacija

Metalizacija je proces nanošenja metalnih slojeva na uređaj kako bi se formirali električni kontakti i međusobne veze. U SIC uređajima se obično nanosi više metalnih slojeva.

Prvi metalni sloj, poznat kao metal omskog kontakta, nanosi se na regione izvora, drena i kapije kako bi se formirao električni kontakt niskog otpora. Metali kao što su titan (Ti), nikl (Ni) i aluminijum (Al) se obično koriste za omske kontakte. Omski kontaktni metal se nanosi pomoću metoda fizičkog taloženja parom (PVD), kao što je raspršivanje ili isparavanje. Nakon taloženja metala, pločica se žari kako bi se formirao stabilan omski kontakt.

Naknadni metalni slojevi se nanose na vrh metala omskog kontakta kako bi formirali međusobne veze koje povezuju različite dijelove uređaja. Ovi metalni slojevi su oblikovani pomoću fotolitografije i tehnika jetkanja kako bi se stvorio željeni raspored kola.

7. Pakovanje

Nakon što je proces proizvodnje na pločici završen, pojedinačni SIC uređaji se odvajaju od oblatne pomoću testere za kockice. Ovi pojedinačni čipovi se zatim pakuju u odgovarajuću ambalažu kako bi se zaštitili od okoline i obezbedili električne veze.

Postoje različiti tipovi paketa dostupnih za SIC uređaje, uključujući pakete za površinsku montažu i pakete kroz rupe. Izbor paketa ovisi o zahtjevima aplikacije, kao što su disipacija snage, nazivni napon i fizička veličina.

Tokom procesa pakovanja, SIC čip je pričvršćen za olovni okvir ili podlogu pomoću provodljivog ljepila. Spojne žice se zatim koriste za spajanje pločica čipa na kablove paketa. Konačno, pakovanje je inkapsulirano sa smjesom za oblikovanje kako bi se čip zaštitio od vlage, prašine i mehaničkog stresa.

8. Ispitivanje i kontrola kvaliteta

Završni korak u procesu proizvodnje SIC uređaja je testiranje i kontrola kvaliteta. Svaki upakovani SIC uređaj se testira kako bi se osiguralo da ispunjava specificirane zahtjeve performansi.

Električni testovi se provode radi mjerenja parametara kao što su napon proboja, otpornost uključivanja, granični napon i karakteristike prebacivanja. Termički testovi se takođe provode kako bi se procenile termičke performanse uređaja, kao što su temperatura spoja i toplotna otpornost.

Na osnovu rezultata testiranja, SIC uređaji su razvrstani u različite razrede prema njihovim performansama. Uređaji koji ne ispunjavaju zahtjeve specifikacije se odbijaju, čime se osigurava da se kupcima isporučuju samo visokokvalitetni SIC uređaji.

Tokom proizvodnog procesa provode se stroge mjere kontrole kvaliteta kako bi se osigurala pouzdanost i konzistentnost SIC uređaja. Ovo uključuje inspekcije u procesu, sljedivost materijala i statističku kontrolu procesa.

Zaključak

Zaključno, proces proizvodnje SIC uređaja je složen i visoko precizan proces koji uključuje više koraka, od pripreme sirovina do pakovanja i testiranja. Naša kompanija, kao profesionalni dobavljač SIC uređaja, posvećena je korišćenju najnaprednijih proizvodnih tehnologija i strogih sistema kontrole kvaliteta za proizvodnju visokokvalitetnih SIC uređaja koji zadovoljavaju različite potrebe naših kupaca.

Nudimo širok spektar SIC uređaja, uključujućiSic Schottky diodaiSic Mosfet. Ukoliko ste zainteresovani za naše SIC uređaje ili imate pitanja o njihovoj primeni i nabavci, slobodno nas kontaktirajte. Radujemo se što ćemo razgovarati o vašim specifičnim zahtjevima i pružiti vam najbolja rješenja.

Reference

1. Baliga, BJ (2005). Uređaji za napajanje od silicijum karbida. World Scientific.
2. Kimoto, T., & Cooper, JA (ur.). (2014). Silicijum karbid: materijali, obrada i uređaji. Wiley - IEEE.
3. Palmour, JW, & Davis, RF (2000). Silicijum karbid: čudesni materijal energetske elektronike. IEEE Transakcije na elektronskim uređajima, 47(3), 417 - 431.