Aký je výrobný proces zariadení SIC?

Ako dlhoročný dodávateľ zariadení SIC som veľmi nadšený, že sa s vami môžem podeliť o výrobný proces zariadení SIC (karbid kremíka). Zariadenia SIC vytvárajú vlny v priemysle výkonovej elektroniky vďaka svojim vynikajúcim výkonnostným charakteristikám, ako je vysoké prierazné napätie, nízky odpor pri zapnutí a vynikajúca tepelná vodivosť v porovnaní s tradičnými zariadeniami na báze kremíka.

1. Príprava surovín

Prvým zásadným krokom pri výrobe SIC zariadení je príprava vysoko kvalitných SIC surovín. Surovinou pre zariadenia SIC sú typicky jednokryštálové doštičky Sic. Tieto doštičky sa vyrábajú zložitým procesom známym ako fyzikálny transport pár (PVT).

V procese PVT sa prášok karbidu kremíka vysokej čistoty umiestni do grafitového téglika. Téglik sa potom zahrieva na extrémne vysoké teploty, zvyčajne nad 2000 °C, v atmosfére inertného plynu (ako je argón). Pri týchto vysokých teplotách prášok karbidu kremíka sublimuje a para kondenzuje na zárodočnom kryštáli umiestnenom na chladnejšom konci téglika. Na zárodočnom kryštáli časom vyrastie jednokryštálový Sic ingot.

Kvalita monokryštálového ingotu Sic je nanajvýš dôležitá, pretože priamo ovplyvňuje výkon finálnych zariadení SIC. Faktory, ako sú defekty kryštálov, nečistoty a mriežková štruktúra, musia byť počas procesu rastu starostlivo kontrolované. Po vypestovaní ingotu sa pomocou diamantovej píly nakrája na tenké plátky. Tieto doštičky sú potom vyleštené, aby sa dosiahol hladký a rovný povrch, čo je nevyhnutné pre následné procesy výroby zariadenia.

2. Epitaxný rast

Akonáhle sú Sic doštičky pripravené, ďalším krokom je epitaxný rast. Epitaxia je proces, pri ktorom tenká, monokryštálová vrstva Sic rastie na povrchu Sic doštičky. Táto epitaxná vrstva je navrhnutá tak, aby mala špecifické elektrické vlastnosti, ako je koncentrácia dopingu a hrúbka, ktoré sú rozhodujúce pre výkon konečného zariadenia SIC.

Chemická depozícia z pár (CVD) je najbežnejšie používaná metóda pre Sic epitaxný rast. V procese CVD sa zmes prekurzorových plynov, ako je silán (SiH4) a propán (C3H8), spolu s dopujúcim plynom (ako je dusík pre doping typu n alebo hliník pre doping typu p) zavádza do reakčnej komory. Oblátka sa zahrieva na vysokú teplotu, typicky okolo 1500 - 1600 °C. Prekurzorové plyny sa rozkladajú na povrchu plátku a atómy sú začlenené do kryštálovej mriežky plátku, čím sa vytvorí vysokokvalitná epitaxná vrstva.

Riadenie procesu epitaxného rastu je veľmi presné. Parametre, ako sú prietoky plynu, teplota a tlak, musia byť starostlivo regulované, aby sa zabezpečila rovnomernosť epitaxnej vrstvy, pokiaľ ide o hrúbku a koncentráciu dopingu na plátku.

3. Izolácia zariadenia

Po epitaxnom raste sa vykoná izolácia zariadenia. Účelom izolácie zariadenia je elektricky izolovať jednotlivé zariadenia na plátku, čím sa zabráni elektrickému rušeniu medzi susednými zariadeniami.

Jednou z bežných metód izolácie zariadenia v zariadeniach SIC je iónová implantácia. Pri implantácii iónov sú vysokoenergetické ióny urýchlené a implantované do epitaxnej vrstvy Sic na špecifických miestach. Tieto ióny vytvárajú vysoko odporovú oblasť v epitaxiálnej vrstve, čím účinne izolujú susedné zariadenia. Typ a energia iónov, ako aj implantačná dávka a uhol implantácie sa starostlivo vyberajú, aby sa dosiahol požadovaný izolačný výkon.

Ďalšou metódou izolácie zariadenia je izolácia výkopu. Pri izolácii priekopy sa hlboké priekopy vyleptajú do epitaxnej vrstvy Sic pomocou reaktívneho iónového leptania (RIE). Priekopy sa potom naplnia dielektrickým materiálom, ako je oxid kremičitý (SiO₂), aby sa zariadenia elektricky izolovali. Izolácia výkopu môže poskytnúť lepší izolačný výkon, najmä pre vysokonapäťové zariadenia SIC.

4. Tvorba zdroja a odtoku

Zdrojové a odvodné oblasti sú základnými komponentmi SIC MOSFET a iných tranzistorov. Tieto oblasti sa vytvárajú kombináciou procesov implantácie iónov a žíhania.

V prípade zariadení SIC typu n sa do epitaxnej vrstvy zvyčajne implantujú ióny fosforu alebo dusíka, aby sa vytvorili oblasti zdroja a odtoku. Energia a dávka implantácie sa upravia tak, aby sa dosiahla požadovaná koncentrácia a hĺbka dopingu. Po implantácii iónov sa plátok žíha pri vysokej teplote, zvyčajne nad 1600 °C, aby sa aktivovali implantované ióny a opravilo sa poškodenie kryštálov spôsobené procesom implantácie.

Proces žíhania je kritický, pretože ovplyvňuje elektrické vlastnosti oblasti zdroja a odtoku, ako je odpor a mobilita nosiča. Správne žíhanie môže tiež zlepšiť celkový výkon a spoľahlivosť zariadenia SIC.

5. Tvorba oxidu brány

V MOSFEToch SIC hrá hradlová oxidová vrstva kľúčovú úlohu pri riadení toku prúdu medzi zdrojom a odtokom. Hradlový oxid sa typicky vytvára tepelnou oxidáciou povrchu Sic.

Proces tepelnej oxidácie zahŕňa zahrievanie plátku Sic v atmosfére obsahujúcej kyslík pri vysokej teplote. Počas oxidačného procesu reagujú atómy kyslíka s povrchom Sic za vzniku vrstvy oxidu kremičitého (SiO₂). Avšak kvalita rozhrania SiO₂/Sic je hlavnou výzvou v SIC MOSFET. Defekty na rozhraní môžu viesť k vysokej hustote pasce rozhrania, čo môže zhoršiť výkon zariadenia, ako je zníženie mobility kanála a zvýšenie prahového napätia.

Na zlepšenie kvality hradlového oxidu a rozhrania SiO₂/Sic sa používajú rôzne povrchové úpravy a optimalizačné techniky. Napríklad žíhanie dusíkom alebo použitie hradlových oxidov na báze nitridu môže pomôcť znížiť hustotu zachytávača rozhrania a zlepšiť výkon zariadenia.

6. Metalizácia

Metalizácia je proces nanášania kovových vrstiev na zariadenie za účelom vytvorenia elektrických kontaktov a prepojení. V zariadeniach SIC sa zvyčajne nanáša viacero kovových vrstiev.

Prvá kovová vrstva, známa ako ohmický kontaktný kov, je nanesená na oblasti zdroja, odtoku a brány, aby vytvorila elektrický kontakt s nízkym odporom. Pre ohmické kontakty sa bežne používajú kovy ako titán (Ti), nikel (Ni) a hliník (Al). Ohmický kontaktný kov sa nanáša pomocou metód fyzického nanášania pár (PVD), ako je naprašovanie alebo odparovanie. Po nanesení kovu sa plátok vyžíha, aby sa vytvoril stabilný ohmický kontakt.

Nasledujúce kovové vrstvy sa ukladajú na povrch ohmického kontaktného kovu, aby vytvorili prepojenia, ktoré spájajú rôzne časti zariadenia. Tieto kovové vrstvy sú vzorované pomocou fotolitografie a techniky leptania, aby sa vytvorilo požadované usporiadanie obvodu.

7. Balenie

Po dokončení procesu výroby na plátku sa jednotlivé SIC zariadenia oddelia od plátku pomocou rezacej píly. Tieto jednotlivé čipy sú potom zabalené do vhodného obalu, ktorý ich chráni pred prostredím a zabezpečuje elektrické spojenie.

Pre zariadenia SIC sú k dispozícii rôzne typy obalov, vrátane obalov na povrchovú montáž a obalov s priechodnými otvormi. Výber balíka závisí od požiadaviek aplikácie, ako je strata energie, menovité napätie a fyzická veľkosť.

Počas procesu balenia je čip SIC pripevnený k olovenému rámu alebo substrátu pomocou vodivého lepidla. Spojovacie vodiče sa potom používajú na pripojenie čipových podložiek k vodičom obalu. Nakoniec je obal zapuzdrený formovacou hmotou na ochranu čipu pred vlhkosťou, prachom a mechanickým namáhaním.

8. Testovanie a kontrola kvality

Posledným krokom vo výrobnom procese zariadení SIC je testovanie a kontrola kvality. Každé zabalené zariadenie SIC je testované, aby sa zabezpečilo, že spĺňa špecifikované požiadavky na výkon.

Elektrické testy sa vykonávajú na meranie parametrov, ako sú prierazné napätie, odpor zapnutia, prahové napätie a spínacie charakteristiky. Vykonávajú sa aj tepelné testy na vyhodnotenie tepelného výkonu zariadenia, ako je teplota spoja a tepelný odpor.

Na základe výsledkov testov sú zariadenia SIC zoradené do rôznych tried podľa ich výkonu. Zariadenia, ktoré nespĺňajú požiadavky špecifikácie, sú odmietnuté, čím sa zabezpečí, že zákazníkom budú dodané iba vysokokvalitné zariadenia SIC.

Počas celého výrobného procesu sa implementujú prísne opatrenia na kontrolu kvality, aby sa zabezpečila spoľahlivosť a konzistentnosť zariadení SIC. To zahŕňa inšpekcie v procese, sledovateľnosť materiálu a štatistickú kontrolu procesov.

Záver

Záverom možno povedať, že výrobný proces zariadení SIC je zložitý a vysoko presný proces, ktorý zahŕňa viacero krokov, od prípravy suroviny až po balenie a testovanie. Naša spoločnosť, ako profesionálny dodávateľ zariadení SIC, sa zaviazala používať najmodernejšie výrobné technológie a prísne systémy kontroly kvality na výrobu vysokokvalitných zariadení SIC, ktoré spĺňajú rôznorodé potreby našich zákazníkov.

Ponúkame široký sortiment SIC zariadení vrSic Schottkyho diódaaSic Mosfet. Ak máte záujem o naše SIC zariadenia alebo máte akékoľvek otázky ohľadom ich aplikácie a obstarávania, neváhajte nás kontaktovať. Tešíme sa, že preberieme vaše špecifické požiadavky a poskytneme vám tie najlepšie riešenia.

Referencie

1. Baliga, BJ (2005). Napájacie zariadenia z karbidu kremíka. World Scientific.
2. Kimoto, T., & Cooper, JA (Eds.). (2014). Karbid kremíka: Materiály, spracovanie a zariadenia. Wiley - IEEE.
3. Palmour, JW a Davis, RF (2000). Karbid kremíka: Zázračný materiál výkonovej elektroniky. IEEE Transactions on Electron Devices, 47(3), 417 - 431.