Kakav je proces proizvodnje SIC uređaja?

Kao dugogodišnji dobavljač SIC uređaja, vrlo sam uzbuđen što mogu s vama podijeliti proces proizvodnje SIC (silicijev karbid) uređaja. SIC uređaji prave valove u industriji energetske elektronike zbog svojih vrhunskih karakteristika performansi, kao što su visoki probojni napon, niska otpornost na uključivanje i izvrsna toplinska vodljivost u usporedbi s tradicionalnim uređajima temeljenim na siliciju.

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 se pločice proizvode složenim procesom poznatim kao fizički prijenos pare (PVT).

U PVT procesu, prah silicijevog karbida visoke čistoće stavlja se u grafitni lončić. Lonac se zatim zagrijava do ekstremno visokih temperatura, obično iznad 2000°C, u atmosferi inertnog plina (kao što je argon). Na ovim visokim temperaturama prah silicij karbida sublimira, a para se kondenzira na klici kristala smještenoj na hladnijem kraju lončića. Tijekom vremena, monokristalni Sic ingot raste na kristalu klice.

Kvaliteta monokristalnog SIC ingota je od najveće važnosti jer izravno utječe na izvedbu konačnih SIC uređaja. Čimbenike kao što su kristalni defekti, nečistoće i struktura rešetke potrebno je pažljivo kontrolirati tijekom procesa rasta. Nakon što ingot naraste, dijamantnom se pilom reže na tanke oblatne. Te se pločice zatim poliraju kako bi se postigla glatka i ravna površina, što je bitno za naknadne procese izrade uređaja.

2. Epitaksijalni rast

Nakon što su Sic pločice pripremljene, sljedeći korak je epitaksijalni rast. Epitaksija je proces u kojem se tanki monokristalni sloj Sic-a uzgaja na površini Sic-ove pločice. Ovaj epitaksijalni sloj dizajniran je tako da ima specifična električna svojstva, kao što su koncentracija dopinga i debljina, koji su ključni za rad konačnog SIC uređaja.

Kemijsko taloženje iz pare (CVD) je najčešće korištena metoda za Sic epitaksijalni rast. U CVD procesu, mješavina plinova prekursora, kao što je silan (SiH₄) i propan (C₃H₈), zajedno s dodatnim plinom (kao što je dušik za dopiranje n-tipa ili aluminij za dopiranje p-tipa), uvodi se u reakcijsku komoru. Vafer se zagrijava na visoku temperaturu, obično oko 1500 - 1600°C. Prekursorski plinovi razgrađuju se na površini pločice, a atomi se ugrađuju u kristalnu rešetku pločice, tvoreći visokokvalitetni epitaksijalni sloj.

Kontrola procesa epitaksijalnog rasta je vrlo precizna. Parametri kao što su brzine protoka plina, temperatura i tlak moraju se pažljivo regulirati kako bi se osigurala ujednačenost epitaksijalnog sloja u smislu debljine i koncentracije dopinga na pločici.

3. Izolacija uređaja

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

Jedna uobičajena metoda za izolaciju uređaja u SIC uređajima je ionska implantacija. U ionskoj implantaciji, ioni visoke energije se ubrzavaju i implantiraju u Sic epitaksijalni sloj na određenim mjestima. Ovi ioni stvaraju područje visokog otpora u epitaksijalnom sloju, učinkovito izolirajući susjedne uređaje. Vrsta i energija iona, kao i doza implantacije i kut implantacije, pažljivo su odabrani kako bi se postigla željena učinkovitost izolacije.

Druga metoda za izolaciju uređaja je izolacija rova. U izolaciji kanala, duboki kanali su urezani u Sic epitaksijalni sloj korištenjem reaktivnog ionskog jetkanja (RIE). Rovovi se tada pune dielektričnim materijalom, kao što je silicijev dioksid (SiO₂), kako bi se uređaji električno izolirali. Izolacija kanala može pružiti bolju izolacijsku izvedbu, posebno za visokonaponske SIC uređaje.

4. Formiranje izvora i odvoda

Područja izvora i odvoda bitne su komponente SIC MOSFET-a i drugih tranzistora. Ta područja nastaju kombinacijom procesa ionske implantacije i žarenja.

Za SIC uređaje tipa n, ioni fosfora ili dušika obično se implantiraju u epitaksijalni sloj kako bi se stvorila područja izvora i odvoda. Energija i doza implantacije prilagođavaju se 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 utječe na električna svojstva područja izvora i odvoda, kao što su otpornost i pokretljivost nositelja. Pravilno žarenje također može poboljšati ukupne performanse i pouzdanost SIC uređaja.

5. Stvaranje oksida vrata

U SIC MOSFET-ovima, oksidni sloj vrata igra ključnu ulogu u kontroli protoka struje između izvora i odvoda. Oksid vrata obično nastaje toplinskom oksidacijom Sic površine.

Proces toplinske oksidacije uključuje zagrijavanje Sic pločice u atmosferi koja sadrži kisik na visokoj temperaturi. Tijekom procesa oksidacije, atomi kisika reagiraju s Sic površinom i formiraju sloj silicijevog dioksida (SiO₂). Međutim, kvaliteta SiO₂/Sic sučelja veliki je izazov kod SIC MOSFET-a. Defekti na sučelju mogu dovesti do velike gustoće zamki sučelja, što može pogoršati performanse uređaja, poput smanjenja mobilnosti kanala i povećanja napona praga.

Kako bi se poboljšala kvaliteta oksida vrata i SiO₂/Sic sučelja, koriste se različiti površinski tretmani i tehnike optimizacije. Na primjer, žarenje dušikom ili upotreba oksida vrata na bazi nitrida može pomoći u smanjenju gustoće zarobljavanja sučelja i poboljšati performanse uređaja.

6. Metalizacija

Metalizacija je proces taloženja metalnih slojeva na uređaju kako bi se formirali električni kontakti i međuspojevi. U SIC uređajima obično se taloži više metalnih slojeva.

Prvi metalni sloj, poznat kao omski kontaktni metal, taloži se na područja izvora, odvoda i vrata kako bi se formirao električni kontakt niskog otpora. Metali kao što su titan (Ti), nikal (Ni) i aluminij (Al) obično se koriste za omske kontakte. Ohmski kontaktni metal taloži se metodama fizičkog taloženja iz pare (PVD), kao što je raspršivanje ili isparavanje. Nakon taloženja metala, pločica se žari kako bi se formirao stabilan omski kontakt.

Naknadni metalni slojevi talože se na vrhu omskog kontaktnog metala kako bi se formirale međuveze koje povezuju različite dijelove uređaja. Ti su metalni slojevi oblikovani pomoću fotolitografije i tehnika jetkanja kako bi se stvorio željeni raspored strujnog kruga.

7. Pakiranje

Nakon što je proces izrade na pločici dovršen, pojedinačni SIC uređaji se odvajaju od pločice pomoću pile za rezanje kockica. Ti se pojedinačni čipovi zatim pakiraju u prikladno pakiranje kako bi se zaštitili od okoliša i omogućili električni spojevi.

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

Tijekom procesa pakiranja, SIC čip je pričvršćen na olovni okvir ili podlogu pomoću vodljivog ljepila. Spojne žice se zatim koriste za spajanje jastučića za čipove na kabele paketa. Naposljetku, paket je obložen smjesom za kalupljenje kako bi se čip zaštitio od vlage, prašine i mehaničkog opterećenja.

8. Ispitivanje i kontrola kvalitete

Završni korak u procesu proizvodnje SIC uređaja je testiranje i kontrola kvalitete. Svaki zapakirani SIC uređaj je testiran kako bi se osiguralo da zadovoljava specificirane zahtjeve za rad.

Električni testovi se provode kako bi se izmjerili parametri kao što su probojni napon, otpor uključenosti, napon praga i karakteristike prebacivanja. Također se provode toplinski testovi za procjenu toplinske izvedbe uređaja, kao što je temperatura spoja i toplinski otpor.

Na temelju rezultata ispitivanja, SIC uređaji su razvrstani u različite razrede prema njihovoj izvedbi. Uređaji koji ne zadovoljavaju zahtjeve specifikacije se odbijaju, čime se osigurava da se kupcima isporučuju samo visokokvalitetni SIC uređaji.

Tijekom cijelog procesa proizvodnje provode se stroge mjere kontrole kvalitete kako bi se osigurala pouzdanost i dosljednost SIC uređaja. To uključuje inspekcije unutar procesa, sljedivost materijala i statističku kontrolu procesa.

Zaključak

Zaključno, proces proizvodnje SIC uređaja složen je i vrlo precizan proces koji uključuje više koraka, od pripreme sirovina do pakiranja i testiranja. Naša tvrtka, kao profesionalni dobavljač SIC uređaja, predana je korištenju najnaprednijih proizvodnih tehnologija i strogih sustava kontrole kvalitete za proizvodnju visokokvalitetnih SIC uređaja koji zadovoljavaju različite potrebe naših kupaca.

Nudimo širok raspon SIC uređaja, uključujućiSic Schottky diodaiSic Mosfet. Ukoliko ste zainteresirani za naše SIC uređaje ili imate pitanja o njihovoj primjeni i nabavi, slobodno nam se obratite. Radujemo se razgovoru o vašim specifičnim zahtjevima i pružanju najboljih rješenja.

Reference

1. Baliga, BJ (2005). Uređaji za napajanje od silicij karbida. Svjetski znanstveni.
2. Kimoto, T. i Cooper, JA (Ur.). (2014). Silicijev karbid: materijali, obrada i uređaji. Wiley - IEEE.
3. Palmour, JW i Davis, RF (2000). Silicijev karbid: čudesni materijal energetske elektronike. IEEE Transactions on Electron Devices, 47(3), 417 - 431.