जैसा कि हम जानते हैं, सेमीकंडक्टर क्षेत्र में, सिंगल क्रिस्टल सिलिकॉन (Si) दुनिया में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला और सबसे बड़ी मात्रा वाला सेमीकंडक्टर बुनियादी सामग्री है। वर्तमान में, 90% से अधिक अर्धचालक उत्पाद सिलिकॉन-आधारित सामग्रियों का उपयोग करके निर्मित किए जाते हैं। आधुनिक ऊर्जा क्षेत्र में उच्च-शक्ति और उच्च-वोल्टेज उपकरणों की बढ़ती मांग के साथ, सेमीकंडक्टर सामग्री के प्रमुख मापदंडों जैसे बैंडगैप चौड़ाई, ब्रेकडाउन विद्युत क्षेत्र की ताकत, इलेक्ट्रॉन संतृप्ति दर और थर्मल चालकता के लिए और अधिक कठोर आवश्यकताओं को सामने रखा गया है। इस परिस्थिति में, विस्तृत बैंडगैप अर्धचालक सामग्रियों का प्रतिनिधित्व किया जाता हैसिलिकन कार्बाइड(SiC) उच्च-शक्ति घनत्व अनुप्रयोगों के प्रिय के रूप में उभरे हैं।
एक यौगिक अर्धचालक के रूप में,सिलिकन कार्बाइडप्रकृति में अत्यंत दुर्लभ है और खनिज मोइसानाइट के रूप में प्रकट होता है। वर्तमान में, दुनिया में बेचे जाने वाले लगभग सभी सिलिकॉन कार्बाइड कृत्रिम रूप से संश्लेषित हैं। सिलिकॉन कार्बाइड में उच्च कठोरता, उच्च तापीय चालकता, अच्छी तापीय स्थिरता और उच्च क्रिटिकल ब्रेकडाउन विद्युत क्षेत्र के फायदे हैं। यह उच्च-वोल्टेज और उच्च-शक्ति अर्धचालक उपकरण बनाने के लिए एक आदर्श सामग्री है।
तो, सिलिकॉन कार्बाइड पावर सेमीकंडक्टर डिवाइस कैसे निर्मित होते हैं?
सिलिकॉन कार्बाइड उपकरण निर्माण प्रक्रिया और पारंपरिक सिलिकॉन-आधारित विनिर्माण प्रक्रिया के बीच क्या अंतर है? इस अंक से शुरू करते हुए, “के बारे में बातेंसिलिकॉन कार्बाइड डिवाइसमैन्युफैक्चरिंग'' एक-एक करके रहस्य उजागर करेगी।
I
सिलिकॉन कार्बाइड उपकरण निर्माण की प्रक्रिया प्रवाह
सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों की निर्माण प्रक्रिया आम तौर पर सिलिकॉन-आधारित उपकरणों के समान होती है, जिसमें मुख्य रूप से फोटोलिथोग्राफी, सफाई, डोपिंग, नक़्क़ाशी, फिल्म निर्माण, पतलापन और अन्य प्रक्रियाएं शामिल होती हैं। कई बिजली उपकरण निर्माता सिलिकॉन-आधारित विनिर्माण प्रक्रिया के आधार पर अपनी उत्पादन लाइनों को उन्नत करके सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों की विनिर्माण आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं। हालाँकि, सिलिकॉन कार्बाइड सामग्रियों के विशेष गुण यह निर्धारित करते हैं कि इसके उपकरण निर्माण में कुछ प्रक्रियाओं को सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों को उच्च वोल्टेज और उच्च धारा का सामना करने में सक्षम बनाने के लिए विशेष विकास के लिए विशिष्ट उपकरणों पर भरोसा करने की आवश्यकता होती है।
II
सिलिकॉन कार्बाइड विशेष प्रक्रिया मॉड्यूल का परिचय
सिलिकॉन कार्बाइड विशेष प्रक्रिया मॉड्यूल मुख्य रूप से इंजेक्शन डोपिंग, गेट संरचना निर्माण, आकृति विज्ञान नक़्क़ाशी, धातुकरण और पतला करने की प्रक्रियाओं को कवर करते हैं।
(1) इंजेक्शन डोपिंग: सिलिकॉन कार्बाइड में उच्च कार्बन-सिलिकॉन बंधन ऊर्जा के कारण, अशुद्धता परमाणुओं को सिलिकॉन कार्बाइड में फैलाना मुश्किल होता है। सिलिकॉन कार्बाइड उपकरण तैयार करते समय, पीएन जंक्शनों की डोपिंग केवल उच्च तापमान पर आयन आरोपण द्वारा प्राप्त की जा सकती है।
डोपिंग आमतौर पर बोरान और फास्फोरस जैसे अशुद्धता आयनों के साथ की जाती है, और डोपिंग की गहराई आमतौर पर 0.1μm~3μm होती है। उच्च-ऊर्जा आयन आरोपण सिलिकॉन कार्बाइड सामग्री की जाली संरचना को ही नष्ट कर देगा। आयन प्रत्यारोपण के कारण होने वाली जाली क्षति की मरम्मत और सतह खुरदरापन पर एनीलिंग के प्रभाव को नियंत्रित करने के लिए उच्च तापमान एनीलिंग की आवश्यकता होती है। मुख्य प्रक्रियाएं उच्च तापमान आयन आरोपण और उच्च तापमान एनीलिंग हैं।
चित्र 1 आयन आरोपण और उच्च तापमान एनीलिंग प्रभावों का योजनाबद्ध आरेख
(2) गेट संरचना निर्माण: SiC/SiO2 इंटरफ़ेस की गुणवत्ता का MOSFET के चैनल माइग्रेशन और गेट विश्वसनीयता पर बहुत प्रभाव पड़ता है। उच्च गुणवत्ता वाले SiC/SiO2 इंटरफ़ेस और उच्च की प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए विशेष परमाणुओं (जैसे नाइट्रोजन परमाणु) के साथ SiC/SiO2 इंटरफ़ेस पर लटकते बांड की भरपाई के लिए विशिष्ट गेट ऑक्साइड और पोस्ट-ऑक्सीकरण एनीलिंग प्रक्रियाओं को विकसित करना आवश्यक है। उपकरणों का स्थानांतरण. मुख्य प्रक्रियाएं गेट ऑक्साइड उच्च तापमान ऑक्सीकरण, एलपीसीवीडी और पीईसीवीडी हैं।
चित्र 2 साधारण ऑक्साइड फिल्म जमाव और उच्च तापमान ऑक्सीकरण का योजनाबद्ध आरेख
(3) आकृति विज्ञान नक़्क़ाशी: सिलिकॉन कार्बाइड सामग्री रासायनिक सॉल्वैंट्स में निष्क्रिय होती है, और सटीक आकृति विज्ञान नियंत्रण केवल सूखी नक़्क़ाशी विधियों के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है; सिलिकॉन कार्बाइड सामग्री की विशेषताओं के अनुसार मुखौटा सामग्री, मुखौटा नक़्क़ाशी चयन, मिश्रित गैस, साइडवॉल नियंत्रण, नक़्क़ाशी दर, साइडवॉल खुरदरापन आदि को विकसित करने की आवश्यकता है। मुख्य प्रक्रियाएं पतली फिल्म जमाव, फोटोलिथोग्राफी, ढांकता हुआ फिल्म संक्षारण और सूखी नक़्क़ाशी प्रक्रियाएं हैं।
चित्र 3 सिलिकॉन कार्बाइड नक़्क़ाशी प्रक्रिया का योजनाबद्ध आरेख
(4) धातुकरण: डिवाइस के स्रोत इलेक्ट्रोड को सिलिकॉन कार्बाइड के साथ एक अच्छा कम प्रतिरोध ओमिक संपर्क बनाने के लिए धातु की आवश्यकता होती है। इसके लिए न केवल धातु जमाव प्रक्रिया को विनियमित करने और धातु-अर्धचालक संपर्क की इंटरफ़ेस स्थिति को नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है, बल्कि शोट्की बाधा ऊंचाई को कम करने और धातु-सिलिकॉन कार्बाइड ओमिक संपर्क प्राप्त करने के लिए उच्च तापमान एनीलिंग की भी आवश्यकता होती है। मुख्य प्रक्रियाएं धातु मैग्नेट्रोन स्पटरिंग, इलेक्ट्रॉन बीम वाष्पीकरण और तेजी से थर्मल एनीलिंग हैं।
चित्र 4 मैग्नेट्रोन स्पटरिंग सिद्धांत और धातुकरण प्रभाव का योजनाबद्ध आरेख
(5) पतला करने की प्रक्रिया: सिलिकॉन कार्बाइड सामग्री में उच्च कठोरता, उच्च भंगुरता और कम फ्रैक्चर क्रूरता की विशेषताएं होती हैं। इसकी पीसने की प्रक्रिया से सामग्री के भंगुर होने का खतरा होता है, जिससे वेफर सतह और उप-सतह को नुकसान होता है। सिलिकॉन कार्बाइड उपकरणों की विनिर्माण आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए नई पीसने की प्रक्रियाओं को विकसित करने की आवश्यकता है। मुख्य प्रक्रियाएं ग्राइंडिंग डिस्क को पतला करना, फिल्म को चिपकाना और छीलना आदि हैं।
चित्र 5 वेफर ग्राइंडिंग/थिनिंग सिद्धांत का योजनाबद्ध आरेख
पोस्ट करने का समय: 22 अक्टूबर-2024