જેમ આપણે જાણીએ છીએ, સેમિકન્ડક્ટર ફિલ્ડમાં, સિંગલ ક્રિસ્ટલ સિલિકોન (Si) એ વિશ્વમાં સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી અને સૌથી મોટી-વોલ્યુમ સેમિકન્ડક્ટર મૂળભૂત સામગ્રી છે. હાલમાં, 90% થી વધુ સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનો સિલિકોન-આધારિત સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીને બનાવવામાં આવે છે. આધુનિક ઉર્જા ક્ષેત્રમાં ઉચ્ચ-શક્તિ અને ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ ઉપકરણોની વધતી માંગ સાથે, સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીના મુખ્ય પરિમાણો જેમ કે બેન્ડગેપ પહોળાઈ, બ્રેકડાઉન ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રની શક્તિ, ઇલેક્ટ્રોન સંતૃપ્તિ દર અને થર્મલ વાહકતા માટે વધુ કડક આવશ્યકતાઓ આગળ મૂકવામાં આવી છે. આ સંજોગોમાં, વિશાળ બેન્ડગેપ સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રી દ્વારા રજૂ થાય છેસિલિકોન કાર્બાઇડ(SiC) હાઇ-પાવર ડેન્સિટી એપ્લીકેશનના પ્રિય તરીકે ઉભરી આવ્યા છે.
સંયોજન સેમિકન્ડક્ટર તરીકે,સિલિકોન કાર્બાઇડપ્રકૃતિમાં અત્યંત દુર્લભ છે અને ખનિજ મોઇસાનાઇટના સ્વરૂપમાં દેખાય છે. હાલમાં, વિશ્વમાં વેચાતી લગભગ તમામ સિલિકોન કાર્બાઇડ કૃત્રિમ રીતે સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે. સિલિકોન કાર્બાઇડમાં ઉચ્ચ કઠિનતા, ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા, સારી થર્મલ સ્થિરતા અને ઉચ્ચ નિર્ણાયક બ્રેકડાઉન ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રના ફાયદા છે. તે ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ અને ઉચ્ચ-શક્તિ સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણો બનાવવા માટે એક આદર્શ સામગ્રી છે.
તો, સિલિકોન કાર્બાઇડ પાવર સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણો કેવી રીતે બનાવવામાં આવે છે?
સિલિકોન કાર્બાઇડ ઉપકરણ ઉત્પાદન પ્રક્રિયા અને પરંપરાગત સિલિકોન-આધારિત ઉત્પાદન પ્રક્રિયા વચ્ચે શું તફાવત છે? આ મુદ્દાથી શરૂ કરીને, “વસ્તુઓ વિશેસિલિકોન કાર્બાઇડ ઉપકરણમેન્યુફેક્ચરિંગ” એક પછી એક રહસ્યો જાહેર કરશે.
I
સિલિકોન કાર્બાઇડ ઉપકરણ ઉત્પાદન પ્રક્રિયા પ્રવાહ
સિલિકોન કાર્બાઇડ ઉપકરણોની ઉત્પાદન પ્રક્રિયા સામાન્ય રીતે સિલિકોન-આધારિત ઉપકરણો જેવી જ હોય છે, જેમાં મુખ્યત્વે ફોટોલિથોગ્રાફી, સફાઈ, ડોપિંગ, એચિંગ, ફિલ્મ નિર્માણ, પાતળા અને અન્ય પ્રક્રિયાઓનો સમાવેશ થાય છે. ઘણા પાવર ડિવાઇસ ઉત્પાદકો સિલિકોન-આધારિત ઉત્પાદન પ્રક્રિયાના આધારે તેમની ઉત્પાદન લાઇનને અપગ્રેડ કરીને સિલિકોન કાર્બાઇડ ઉપકરણોની ઉત્પાદન જરૂરિયાતોને પૂરી કરી શકે છે. જો કે, સિલિકોન કાર્બાઇડ સામગ્રીના વિશિષ્ટ ગુણધર્મો નક્કી કરે છે કે તેના ઉપકરણના ઉત્પાદનમાં કેટલીક પ્રક્રિયાઓને ઉચ્ચ વોલ્ટેજ અને ઉચ્ચ પ્રવાહનો સામનો કરવા માટે સિલિકોન કાર્બાઇડ ઉપકરણોને સક્ષમ કરવા માટે વિશિષ્ટ વિકાસ માટે ચોક્કસ સાધનો પર આધાર રાખવાની જરૂર છે.
II
સિલિકોન કાર્બાઇડ વિશેષ પ્રક્રિયા મોડ્યુલોનો પરિચય
સિલિકોન કાર્બાઈડ સ્પેશિયલ પ્રોસેસ મોડ્યુલ મુખ્યત્વે ઈન્જેક્શન ડોપિંગ, ગેટ સ્ટ્રક્ચર ફોર્મિંગ, મોર્ફોલોજી ઈચિંગ, મેટલાઈઝેશન અને પાતળી પ્રક્રિયાઓને આવરી લે છે.
(1) ઇન્જેક્શન ડોપિંગ: સિલિકોન કાર્બાઇડમાં ઉચ્ચ કાર્બન-સિલિકોન બોન્ડ ઊર્જાને કારણે, અશુદ્ધતાના અણુઓને સિલિકોન કાર્બાઇડમાં ફેલાવવું મુશ્કેલ છે. સિલિકોન કાર્બાઇડ ઉપકરણો તૈયાર કરતી વખતે, PN જંકશનનું ડોપિંગ માત્ર ઊંચા તાપમાને આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશન દ્વારા જ પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.
ડોપિંગ સામાન્ય રીતે બોરોન અને ફોસ્ફરસ જેવા અશુદ્ધ આયનો સાથે કરવામાં આવે છે અને ડોપિંગની ઊંડાઈ સામાન્ય રીતે 0.1μm~3μm હોય છે. ઉચ્ચ-ઊર્જા આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશન સિલિકોન કાર્બાઇડ સામગ્રીની જાળીની રચનાને જ નષ્ટ કરશે. આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશનને કારણે જાળીના નુકસાનને સુધારવા માટે અને સપાટીની ખરબચડી પર એનેલીંગની અસરને નિયંત્રિત કરવા માટે ઉચ્ચ-તાપમાનની એનિલિંગ જરૂરી છે. મુખ્ય પ્રક્રિયાઓ ઉચ્ચ-તાપમાન આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશન અને ઉચ્ચ-તાપમાન એનિલિંગ છે.
આકૃતિ 1 આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશન અને ઉચ્ચ-તાપમાન એનલીંગ અસરોનું યોજનાકીય આકૃતિ
(2) ગેટ માળખું રચના: SiC/SiO2 ઇન્ટરફેસની ગુણવત્તા ચેનલ સ્થળાંતર અને MOSFET ની ગેટની વિશ્વસનીયતા પર મોટો પ્રભાવ ધરાવે છે. ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા SiC/SiO2 ઇન્ટરફેસની કામગીરીની આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરવા માટે વિશિષ્ટ અણુઓ (જેમ કે નાઇટ્રોજન અણુ) સાથે SiC/SiO2 ઇન્ટરફેસ પર લટકતા બોન્ડને વળતર આપવા માટે ચોક્કસ ગેટ ઓક્સાઇડ અને પોસ્ટ-ઓક્સિડેશન એનિલિંગ પ્રક્રિયાઓ વિકસાવવી જરૂરી છે. ઉપકરણોનું સ્થળાંતર. મુખ્ય પ્રક્રિયાઓ ગેટ ઓક્સાઇડ ઉચ્ચ-તાપમાન ઓક્સિડેશન, LPCVD અને PECVD છે.
આકૃતિ 2 સામાન્ય ઓક્સાઇડ ફિલ્મ ડિપોઝિશન અને ઉચ્ચ-તાપમાન ઓક્સિડેશનની યોજનાકીય રેખાકૃતિ
(3) મોર્ફોલોજી એચિંગ: સિલિકોન કાર્બાઇડ સામગ્રી રાસાયણિક દ્રાવકોમાં નિષ્ક્રિય હોય છે, અને ચોક્કસ મોર્ફોલોજી નિયંત્રણ માત્ર શુષ્ક કોતરણી પદ્ધતિઓ દ્વારા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે; માસ્ક મટિરિયલ્સ, માસ્ક એચિંગ સિલેક્શન, મિક્સ્ડ ગેસ, સાઇડવૉલ કંટ્રોલ, ઇચિંગ રેટ, સાઇડવૉલ રફનેસ વગેરેને સિલિકોન કાર્બાઇડ મટિરિયલની લાક્ષણિકતાઓ અનુસાર વિકસાવવાની જરૂર છે. મુખ્ય પ્રક્રિયાઓ પાતળી ફિલ્મ ડિપોઝિશન, ફોટોલિથોગ્રાફી, ડાઇલેક્ટ્રિક ફિલ્મ કાટ અને ડ્રાય ઇચિંગ પ્રક્રિયાઓ છે.
આકૃતિ 3 સિલિકોન કાર્બાઇડ એચિંગ પ્રક્રિયાનું યોજનાકીય રેખાકૃતિ
(4) મેટાલાઇઝેશન: ઉપકરણના સ્ત્રોત ઇલેક્ટ્રોડને સિલિકોન કાર્બાઇડ સાથે સારા નીચા-પ્રતિરોધક ઓમિક સંપર્ક બનાવવા માટે ધાતુની જરૂર છે. આ માટે માત્ર મેટલ ડિપોઝિશન પ્રક્રિયાને નિયંત્રિત કરવાની અને મેટલ-સેમિકન્ડક્ટર સંપર્કની ઇન્ટરફેસ સ્થિતિને નિયંત્રિત કરવાની જરૂર નથી, પરંતુ સ્કૉટકી અવરોધની ઊંચાઈ ઘટાડવા અને મેટલ-સિલિકોન કાર્બાઇડ ઓમમિક સંપર્ક પ્રાપ્ત કરવા માટે ઉચ્ચ-તાપમાન એનિલિંગની પણ જરૂર છે. મુખ્ય પ્રક્રિયાઓ મેટલ મેગ્નેટ્રોન સ્પુટરિંગ, ઇલેક્ટ્રોન બીમ બાષ્પીભવન અને ઝડપી થર્મલ એનિલિંગ છે.
આકૃતિ 4 મેગ્નેટ્રોન સ્પુટરિંગ સિદ્ધાંત અને મેટાલાઇઝેશન અસરનું યોજનાકીય આકૃતિ
(5) પાતળા થવાની પ્રક્રિયા: સિલિકોન કાર્બાઇડ સામગ્રીમાં ઉચ્ચ કઠિનતા, ઉચ્ચ બરડપણું અને ઓછી અસ્થિભંગની કઠિનતા હોય છે. તેની ગ્રાઇન્ડીંગ પ્રક્રિયા સામગ્રીના બરડ અસ્થિભંગનું કારણ બને છે, જે વેફરની સપાટી અને ઉપ-સપાટીને નુકસાન પહોંચાડે છે. સિલિકોન કાર્બાઇડ ઉપકરણોની ઉત્પાદન જરૂરિયાતોને પહોંચી વળવા માટે નવી ગ્રાઇન્ડીંગ પ્રક્રિયાઓ વિકસાવવાની જરૂર છે. મુખ્ય પ્રક્રિયાઓ ગ્રાઇન્ડીંગ ડિસ્ક, ફિલ્મ સ્ટિકીંગ અને પીલીંગ વગેરેને પાતળી કરવાની છે.
આકૃતિ 5 વેફર ગ્રાઇન્ડીંગ/થિનિંગ સિદ્ધાંતનું યોજનાકીય આકૃતિ
પોસ્ટનો સમય: ઑક્ટો-22-2024