Какъв е производственият процес на SIC устройствата?

Като дългогодишен доставчик на SIC устройства, аз съм много развълнуван да споделя с вас производствения процес на SIC (силициев карбид) устройства. SIC устройствата правят вълни в индустрията на силова електроника поради превъзходните си характеристики на работа, като високо напрежение на пробив, ниско съпротивление при включване и отлична топлопроводимост в сравнение с традиционните устройства, базирани на силиций.

1. Подготовка на суровината

Първата важна стъпка в производството на SIC устройства е подготовката на висококачествени SIC суровини. Суровината за SIC устройствата обикновено са монокристални Sic пластини. Тези вафли се произвеждат чрез сложен процес, известен като физически изпарителен транспорт (PVT).

В PVT процеса прахът от силициев карбид с висока чистота се поставя в графитен тигел. След това тигелът се нагрява до изключително високи температури, обикновено над 2000°C, в атмосфера на инертен газ (като аргон). При тези високи температури прахът от силициев карбид сублимира и парата кондензира върху зародишен кристал, поставен в по-хладния край на тигела. С течение на времето един кристал Sic слитък израства върху зародишния кристал.

Качеството на монокристалния Sic слитък е от изключителна важност, тъй като пряко влияе върху работата на крайните SIC устройства. Фактори като кристални дефекти, примеси и структура на решетката трябва да бъдат внимателно контролирани по време на процеса на растеж. След като слитъкът порасне, той се нарязва на тънки вафли с помощта на диамантен трион. След това тези пластини се полират, за да се постигне гладка и плоска повърхност, която е от съществено значение за последващите процеси на производство на устройства.

2. Епитаксиален растеж

След като пластините Sic са приготвени, следващата стъпка е епитаксиален растеж. Епитаксията е процес, при който тънък монокристален слой от Sic се отглежда върху повърхността на пластината Sic. Този епитаксиален слой е проектиран да има специфични електрически свойства, като концентрация и дебелина на допинг, които са от решаващо значение за работата на крайното SIC устройство.

Химичното отлагане на пари (CVD) е най-често използваният метод за Sic епитаксиален растеж. В CVD процеса, смес от прекурсорни газове, като силан (SiH₄) и пропан (C3H₈), заедно с добавка газ (като азот за n-тип легиране или алуминий за p-тип легиране), се въвежда в реакционна камера. Вафлата се нагрява до висока температура, обикновено около 1500 - 1600°C. Прекурсорните газове се разлагат на повърхността на пластината и атомите се включват в кристалната решетка на пластината, образувайки висококачествен епитаксиален слой.

Контролът на процеса на епитаксиален растеж е много прецизен. Параметри като скорости на газовия поток, температура и налягане трябва да бъдат внимателно регулирани, за да се осигури еднаквост на епитаксиалния слой по отношение на дебелината и концентрацията на допинг в пластината.

3. Изолиране на устройството

След епитаксиалния растеж се извършва изолиране на устройството. Целта на изолирането на устройството е да изолира електрически отделни устройства на пластината, предотвратявайки електрически смущения между съседни устройства.

Един общ метод за изолиране на устройства в SIC устройства е имплантирането на йони. При имплантирането на йони високоенергийните йони се ускоряват и имплантират в епитаксиалния слой на Sic на определени места. Тези йони създават област с високо съпротивление в епитаксиалния слой, като ефективно изолират съседни устройства. Типът и енергията на йоните, както и дозата на имплантиране и ъгълът на имплантиране са внимателно подбрани, за да се постигне желаната ефективност на изолация.

Друг метод за изолиране на устройството е изолацията на изкопа. При изолация на траншеи дълбоките канали се гравират в епитаксиалния слой на Sic с помощта на реактивно йонно ецване (RIE). След това каналите се пълнят с диелектричен материал, като силициев диоксид (SiO₂), за електрическа изолация на устройствата. Изолацията на канала може да осигури по-добра изолационна производителност, особено за високоволтови SIC устройства.

4. Образуване на източник и дренаж

Областите на източника и дренажа са основни компоненти на SIC MOSFET и други транзистори. Тези области се образуват чрез комбинация от йонна имплантация и процеси на отгряване.

За n-тип SIC устройства, фосфорните или азотните йони обикновено се имплантират в епитаксиалния слой, за да се създадат области на източник и дренаж. Енергията и дозата на имплантиране се регулират, за да се постигне желаната концентрация и дълбочина на допинг. След имплантиране на йони, пластината се отгрява при висока температура, обикновено над 1600°C, за да се активират имплантираните йони и да се поправят кристалните щети, причинени от процеса на имплантиране.

Процесът на отгряване е критичен, тъй като засяга електрическите свойства на областите на източника и дренажа, като съпротивлението и подвижността на носителя. Правилното отгряване може също да подобри цялостната производителност и надеждността на SIC устройството.

5. Образуване на гейт оксид

В SIC MOSFETs оксидният слой на затвора играе решаваща роля в контролирането на потока на ток между източника и дренажа. Оксидът на вратата обикновено се образува чрез термично окисляване на Sic повърхността.

Процесът на термично окисляване включва нагряване на пластината Sic в атмосфера, съдържаща кислород, при висока температура. По време на процеса на окисление кислородните атоми реагират с Sic повърхността, за да образуват слой от силициев диоксид (SiO₂). Качеството на интерфейса SiO₂/Sic обаче е основно предизвикателство при SIC MOSFET. Дефектите на интерфейса могат да доведат до висока плътност на прихващане на интерфейса, което може да влоши производителността на устройството, като например намаляване на подвижността на канала и увеличаване на праговото напрежение.

За да се подобри качеството на затворния оксид и интерфейса SiO₂/Sic, се използват различни повърхностни обработки и техники за оптимизация. Например, отгряването с азот или използването на базирани на нитрид затворни оксиди може да помогне за намаляване на плътността на прихващане на интерфейса и да подобри производителността на устройството.

6. Метализация

Метализирането е процесът на отлагане на метални слоеве върху устройството за образуване на електрически контакти и връзки. В устройствата SIC обикновено се отлагат множество метални слоеве.

Първият метален слой, известен като омичен контактен метал, се отлага върху областите на източника, дренажа и затвора, за да образува електрически контакт с ниско съпротивление. Метали като титан (Ti), никел (Ni) и алуминий (Al) обикновено се използват за омични контакти. Омичният контактен метал се отлага чрез методи за физическо отлагане на пари (PVD), като разпрашване или изпаряване. След отлагането на метала, пластината се отгрява, за да се образува стабилен омичен контакт.

Последващите метални слоеве се отлагат върху омичния контактен метал, за да образуват връзки, които свързват различни части на устройството. Тези метални слоеве са шарени с помощта на фотолитография и техники за ецване, за да се създаде желаното оформление на веригата.

7. Опаковка

След като процесът на производство на пластината приключи, отделните SIC устройства се отделят от пластината с помощта на трион за рязане. След това тези отделни чипове се пакетират в подходяща опаковка, за да ги предпазят от околната среда и да осигурят електрически връзки.

Има различни типове пакети, налични за SIC устройства, включително пакети за повърхностен монтаж и пакети с отвори. Изборът на пакет зависи от изискванията на приложението, като разсейване на мощността, номинално напрежение и физически размер.

По време на процеса на опаковане SIC чипът се закрепва към оловна рамка или субстрат с помощта на проводимо лепило. След това свързващите проводници се използват за свързване на подложките на чипа към кабелите на пакета. Накрая опаковката е капсулована с формовъчна смес за защита на чипа от влага, прах и механично натоварване.

8. Тестване и контрол на качеството

Последната стъпка в производствения процес на SIC устройствата е тестването и контролът на качеството. Всяко опаковано SIC устройство се тества, за да се гарантира, че отговаря на определените изисквания за производителност.

Извършват се електрически тестове за измерване на параметри като напрежение на пробив, съпротивление при включване, прагово напрежение и характеристики на превключване. Провеждат се и термични тестове за оценка на топлинните характеристики на устройството, като температура на свързване и термично съпротивление.

Въз основа на резултатите от теста SIC устройствата се сортират в различни степени според тяхната производителност. Устройствата, които не отговарят на изискванията на спецификацията, се отхвърлят, като се гарантира, че до клиентите се доставят само висококачествени SIC устройства.

По време на производствения процес се прилагат стриктни мерки за контрол на качеството, за да се гарантира надеждността и последователността на SIC устройствата. Това включва инспекции в процеса, проследимост на материала и статистически контрол на процеса.

Заключение

В заключение, производственият процес на SIC устройства е сложен и изключително прецизен процес, който включва множество стъпки, от подготовката на суровините до опаковането и тестването. Нашата компания, като професионален доставчик на SIC устройства, се ангажира да използва най-модерните производствени технологии и стриктни системи за контрол на качеството, за да произвежда висококачествени SIC устройства, които отговарят на разнообразните нужди на нашите клиенти.

Предлагаме широка гама от SIC устройства, вклSic Шотки диодиSic Mosfet. Ако се интересувате от нашите SIC устройства или имате въпроси относно тяхното приложение и доставка, моля не се колебайте да се свържете с нас. Очакваме с нетърпение да обсъдим вашите специфични изисквания и да ви предоставим най-добрите решения.

Референции

1. Балига, BJ (2005). Захранващи устройства от силициев карбид. Световен научен.
2. Kimoto, T. & Cooper, JA (Eds.). (2014 г.). Силициев карбид: материали, обработка и устройства. Wiley - IEEE.
3. Palmour, JW, & Davis, RF (2000). Силициев карбид: чуден материал за силова електроника. IEEE Transactions on Electron Devices, 47(3), 417 - 431.