SiC ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಸಾಧನ ತಯಾರಿಕಾ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ (1)

ನಮಗೆ ತಿಳಿದಿರುವಂತೆ, ಅರೆವಾಹಕ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ, ಸಿಂಗಲ್ ಸ್ಫಟಿಕ ಸಿಲಿಕಾನ್ (Si) ವಿಶ್ವದ ಅತ್ಯಂತ ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುವ ಮತ್ತು ದೊಡ್ಡ ಪ್ರಮಾಣದ ಅರೆವಾಹಕ ಮೂಲ ವಸ್ತುವಾಗಿದೆ. ಪ್ರಸ್ತುತ, 90% ಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಅರೆವಾಹಕ ಉತ್ಪನ್ನಗಳನ್ನು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಆಧಾರಿತ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಬಳಸಿ ತಯಾರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಆಧುನಿಕ ಶಕ್ತಿ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ-ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ-ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಸಾಧನಗಳಿಗೆ ಹೆಚ್ಚುತ್ತಿರುವ ಬೇಡಿಕೆಯೊಂದಿಗೆ, ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗ್ಯಾಪ್ ಅಗಲ, ಸ್ಥಗಿತ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಶಕ್ತಿ, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಶುದ್ಧತ್ವ ದರ ಮತ್ತು ಉಷ್ಣ ವಾಹಕತೆಯಂತಹ ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತುಗಳ ಪ್ರಮುಖ ನಿಯತಾಂಕಗಳಿಗೆ ಹೆಚ್ಚು ಕಠಿಣ ಅವಶ್ಯಕತೆಗಳನ್ನು ಮುಂದಿಡಲಾಗಿದೆ. ಈ ಸನ್ನಿವೇಶದಲ್ಲಿ, ವಿಶಾಲ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗ್ಯಾಪ್ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸಲಾಗುತ್ತದೆಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್(SiC) ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಅನ್ವಯಗಳ ಪ್ರಿಯತಮೆಯಾಗಿ ಹೊರಹೊಮ್ಮಿದೆ.

ಸಂಯುಕ್ತ ಅರೆವಾಹಕವಾಗಿ,ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ಪ್ರಕೃತಿಯಲ್ಲಿ ಅತ್ಯಂತ ಅಪರೂಪದ ಮತ್ತು ಖನಿಜ moissanite ರೂಪದಲ್ಲಿ ಕಾಣಿಸಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ. ಪ್ರಸ್ತುತ, ಪ್ರಪಂಚದಲ್ಲಿ ಮಾರಾಟವಾಗುವ ಬಹುತೇಕ ಎಲ್ಲಾ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಕೃತಕವಾಗಿ ಸಂಶ್ಲೇಷಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿದೆ. ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಹೆಚ್ಚಿನ ಗಡಸುತನ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಉಷ್ಣ ವಾಹಕತೆ, ಉತ್ತಮ ಉಷ್ಣ ಸ್ಥಿರತೆ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ನಿರ್ಣಾಯಕ ಸ್ಥಗಿತ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಅನುಕೂಲಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಉನ್ನತ-ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ-ಶಕ್ತಿಯ ಅರೆವಾಹಕ ಸಾಧನಗಳನ್ನು ತಯಾರಿಸಲು ಇದು ಸೂಕ್ತವಾದ ವಸ್ತುವಾಗಿದೆ.

ಆದ್ದರಿಂದ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಪವರ್ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಸಾಧನಗಳನ್ನು ಹೇಗೆ ತಯಾರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ?

ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಸಾಧನ ತಯಾರಿಕಾ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ ಮತ್ತು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಆಧಾರಿತ ಉತ್ಪಾದನಾ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ನಡುವಿನ ವ್ಯತ್ಯಾಸವೇನು? ಈ ಸಂಚಿಕೆಯಿಂದ ಪ್ರಾರಂಭಿಸಿ, “ವಿಷಯಗಳ ಬಗ್ಗೆಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಸಾಧನತಯಾರಿಕೆ” ರಹಸ್ಯಗಳನ್ನು ಒಂದೊಂದಾಗಿ ಬಹಿರಂಗಪಡಿಸುತ್ತದೆ.

I

ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಸಾಧನ ತಯಾರಿಕೆಯ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಹರಿವು

ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಸಾಧನಗಳ ಉತ್ಪಾದನಾ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಸಿಲಿಕಾನ್-ಆಧಾರಿತ ಸಾಧನಗಳಿಗೆ ಹೋಲುತ್ತದೆ, ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಫೋಟೊಲಿಥೋಗ್ರಫಿ, ಕ್ಲೀನಿಂಗ್, ಡೋಪಿಂಗ್, ಎಚ್ಚಣೆ, ಫಿಲ್ಮ್ ರಚನೆ, ತೆಳುವಾಗುವುದು ಮತ್ತು ಇತರ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು. ಅನೇಕ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಧನ ತಯಾರಕರು ಸಿಲಿಕಾನ್-ಆಧಾರಿತ ಉತ್ಪಾದನಾ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ತಮ್ಮ ಉತ್ಪಾದನಾ ಮಾರ್ಗಗಳನ್ನು ನವೀಕರಿಸುವ ಮೂಲಕ ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಸಾಧನಗಳ ಉತ್ಪಾದನಾ ಅಗತ್ಯಗಳನ್ನು ಪೂರೈಸಬಹುದು. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ವಸ್ತುಗಳ ವಿಶೇಷ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು ಅದರ ಸಾಧನ ತಯಾರಿಕೆಯಲ್ಲಿನ ಕೆಲವು ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಸಾಧನಗಳನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿನ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರವಾಹವನ್ನು ತಡೆದುಕೊಳ್ಳಲು ವಿಶೇಷ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಗಾಗಿ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಸಾಧನಗಳನ್ನು ಅವಲಂಬಿಸಬೇಕಾಗಿದೆ ಎಂದು ನಿರ್ಧರಿಸುತ್ತದೆ.

II

ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ವಿಶೇಷ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ ಮಾಡ್ಯೂಲ್‌ಗಳ ಪರಿಚಯ

ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ವಿಶೇಷ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ ಮಾಡ್ಯೂಲ್‌ಗಳು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಇಂಜೆಕ್ಷನ್ ಡೋಪಿಂಗ್, ಗೇಟ್ ರಚನೆ ರಚನೆ, ರೂಪವಿಜ್ಞಾನ ಎಚ್ಚಣೆ, ಲೋಹೀಕರಣ ಮತ್ತು ತೆಳುವಾಗಿಸುವ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿದೆ.

(1) ಇಂಜೆಕ್ಷನ್ ಡೋಪಿಂಗ್: ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್‌ನಲ್ಲಿನ ಹೆಚ್ಚಿನ ಕಾರ್ಬನ್-ಸಿಲಿಕಾನ್ ಬಂಧದ ಶಕ್ತಿಯಿಂದಾಗಿ, ಅಶುದ್ಧ ಪರಮಾಣುಗಳು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಹರಡಲು ಕಷ್ಟವಾಗುತ್ತದೆ. ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಸಾಧನಗಳನ್ನು ತಯಾರಿಸುವಾಗ, PN ಜಂಕ್ಷನ್‌ಗಳ ಡೋಪಿಂಗ್ ಅನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಅಯಾನು ಅಳವಡಿಕೆಯಿಂದ ಮಾತ್ರ ಸಾಧಿಸಬಹುದು.
ಡೋಪಿಂಗ್ ಅನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬೋರಾನ್ ಮತ್ತು ಫಾಸ್ಫರಸ್ನಂತಹ ಅಶುದ್ಧ ಅಯಾನುಗಳೊಂದಿಗೆ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ, ಮತ್ತು ಡೋಪಿಂಗ್ ಆಳವು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ 0.1μm~3μm ಆಗಿರುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಅಯಾನು ಅಳವಡಿಕೆಯು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ವಸ್ತುವಿನ ಲ್ಯಾಟಿಸ್ ರಚನೆಯನ್ನು ನಾಶಪಡಿಸುತ್ತದೆ. ಅಯಾನು ಅಳವಡಿಸುವಿಕೆಯಿಂದ ಉಂಟಾದ ಲ್ಯಾಟಿಸ್ ಹಾನಿಯನ್ನು ಸರಿಪಡಿಸಲು ಮತ್ತು ಮೇಲ್ಮೈ ಒರಟುತನದ ಮೇಲೆ ಅನೆಲಿಂಗ್ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸಲು ಹೆಚ್ಚಿನ-ತಾಪಮಾನದ ಅನೆಲಿಂಗ್ ಅಗತ್ಯವಿದೆ. ಪ್ರಮುಖ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ-ತಾಪಮಾನದ ಅಯಾನು ಅಳವಡಿಕೆ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ-ತಾಪಮಾನದ ಅನೆಲಿಂಗ್.

ಚಿತ್ರ 1 ಅಯಾನು ಅಳವಡಿಕೆ ಮತ್ತು ಅಧಿಕ-ತಾಪಮಾನ ಅನೆಲಿಂಗ್ ಪರಿಣಾಮಗಳ ಸ್ಕೀಮ್ಯಾಟಿಕ್ ರೇಖಾಚಿತ್ರ

(2) ಗೇಟ್ ರಚನೆ ರಚನೆ: SiC/SiO2 ಇಂಟರ್ಫೇಸ್‌ನ ಗುಣಮಟ್ಟವು ಚಾನಲ್ ವಲಸೆ ಮತ್ತು MOSFET ನ ಗೇಟ್ ವಿಶ್ವಾಸಾರ್ಹತೆಯ ಮೇಲೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರಭಾವವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಉತ್ತಮ ಗುಣಮಟ್ಟದ SiC/SiO2 ಇಂಟರ್‌ಫೇಸ್‌ನ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಅಗತ್ಯತೆಗಳನ್ನು ಪೂರೈಸಲು ವಿಶೇಷ ಪರಮಾಣುಗಳೊಂದಿಗೆ (ನೈಟ್ರೋಜನ್ ಪರಮಾಣುಗಳಂತಹ) SiC/SiO2 ಇಂಟರ್‌ಫೇಸ್‌ನಲ್ಲಿ ತೂಗಾಡುವ ಬಂಧಗಳನ್ನು ಸರಿದೂಗಿಸಲು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಗೇಟ್ ಆಕ್ಸೈಡ್ ಮತ್ತು ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣದ ನಂತರದ ಅನೆಲಿಂಗ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸುವುದು ಅವಶ್ಯಕ. ಸಾಧನಗಳ ವಲಸೆ. ಪ್ರಮುಖ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು ಗೇಟ್ ಆಕ್ಸೈಡ್ ಅಧಿಕ-ತಾಪಮಾನದ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣ, LPCVD ಮತ್ತು PECVD.

ಚಿತ್ರ 2 ಸಾಮಾನ್ಯ ಆಕ್ಸೈಡ್ ಫಿಲ್ಮ್ ಶೇಖರಣೆ ಮತ್ತು ಅಧಿಕ-ತಾಪಮಾನದ ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣದ ರೇಖಾಚಿತ್ರ

(3) ಮಾರ್ಫಾಲಜಿ ಎಚ್ಚಣೆ: ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ವಸ್ತುಗಳು ರಾಸಾಯನಿಕ ದ್ರಾವಕಗಳಲ್ಲಿ ಜಡವಾಗಿರುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ನಿಖರವಾದ ರೂಪವಿಜ್ಞಾನ ನಿಯಂತ್ರಣವನ್ನು ಒಣ ಎಚ್ಚಣೆ ವಿಧಾನಗಳ ಮೂಲಕ ಮಾತ್ರ ಸಾಧಿಸಬಹುದು; ಮುಖವಾಡ ಸಾಮಗ್ರಿಗಳು, ಮುಖವಾಡ ಎಚ್ಚಣೆ ಆಯ್ಕೆ, ಮಿಶ್ರ ಅನಿಲ, ಸೈಡ್ವಾಲ್ ನಿಯಂತ್ರಣ, ಎಚ್ಚಣೆ ದರ, ಸೈಡ್ವಾಲ್ ಒರಟುತನ, ಇತ್ಯಾದಿಗಳನ್ನು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ವಸ್ತುಗಳ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳಿಗೆ ಅನುಗುಣವಾಗಿ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಬೇಕಾಗಿದೆ. ಕೋರ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳೆಂದರೆ ತೆಳುವಾದ ಫಿಲ್ಮ್ ಠೇವಣಿ, ಫೋಟೊಲಿಥೋಗ್ರಫಿ, ಡೈಎಲೆಕ್ಟ್ರಿಕ್ ಫಿಲ್ಮ್ ಸವೆತ ಮತ್ತು ಒಣ ಎಚ್ಚಣೆ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು.

ಚಿತ್ರ 3 ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಎಚ್ಚಣೆ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಸ್ಕೀಮ್ಯಾಟಿಕ್ ರೇಖಾಚಿತ್ರ

(4) ಲೋಹೀಕರಣ: ಸಾಧನದ ಮೂಲ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರವು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್‌ನೊಂದಿಗೆ ಉತ್ತಮ ಕಡಿಮೆ-ನಿರೋಧಕ ಓಹ್ಮಿಕ್ ಸಂಪರ್ಕವನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಲೋಹದ ಅಗತ್ಯವಿದೆ. ಇದು ಲೋಹದ ಶೇಖರಣೆ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸುವ ಮತ್ತು ಲೋಹ-ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಸಂಪರ್ಕದ ಇಂಟರ್ಫೇಸ್ ಸ್ಥಿತಿಯನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸುವ ಅಗತ್ಯವಿರುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಸ್ಕಾಟ್ಕಿ ತಡೆಗೋಡೆ ಎತ್ತರವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು ಮತ್ತು ಲೋಹದ-ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಓಹ್ಮಿಕ್ ಸಂಪರ್ಕವನ್ನು ಸಾಧಿಸಲು ಹೆಚ್ಚಿನ-ತಾಪಮಾನದ ಅನೆಲಿಂಗ್ ಅಗತ್ಯವಿರುತ್ತದೆ. ಮೆಟಲ್ ಮ್ಯಾಗ್ನೆಟ್ರಾನ್ ಸ್ಪಟ್ಟರಿಂಗ್, ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಕಿರಣದ ಆವಿಯಾಗುವಿಕೆ ಮತ್ತು ಕ್ಷಿಪ್ರ ಥರ್ಮಲ್ ಅನೆಲಿಂಗ್ ಮುಖ್ಯ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು.

ಚಿತ್ರ 4 ಮ್ಯಾಗ್ನೆಟ್ರಾನ್ ಸ್ಪಟ್ಟರಿಂಗ್ ತತ್ವ ಮತ್ತು ಮೆಟಾಲೈಸೇಶನ್ ಪರಿಣಾಮದ ಸ್ಕೀಮ್ಯಾಟಿಕ್ ರೇಖಾಚಿತ್ರ

(5) ತೆಳುವಾಗಿಸುವ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ: ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ವಸ್ತುವು ಹೆಚ್ಚಿನ ಗಡಸುತನ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಸುಲಭವಾಗಿ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ಮುರಿತದ ಗಟ್ಟಿತನದ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಇದರ ಗ್ರೈಂಡಿಂಗ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ವಸ್ತುವಿನ ಸುಲಭವಾಗಿ ಮುರಿತವನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡುತ್ತದೆ, ಇದು ವೇಫರ್ ಮೇಲ್ಮೈ ಮತ್ತು ಉಪ-ಮೇಲ್ಮೈಗೆ ಹಾನಿಯನ್ನುಂಟುಮಾಡುತ್ತದೆ. ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಸಾಧನಗಳ ಉತ್ಪಾದನಾ ಅಗತ್ಯಗಳನ್ನು ಪೂರೈಸಲು ಹೊಸ ಗ್ರೈಂಡಿಂಗ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಬೇಕಾಗಿದೆ. ಕೋರ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು ಗ್ರೈಂಡಿಂಗ್ ಡಿಸ್ಕ್ಗಳ ತೆಳುವಾಗುವುದು, ಫಿಲ್ಮ್ ಅಂಟಿಕೊಳ್ಳುವುದು ಮತ್ತು ಸಿಪ್ಪೆಸುಲಿಯುವುದು ಇತ್ಯಾದಿ.

ಚಿತ್ರ 5 ವೇಫರ್ ಗ್ರೈಂಡಿಂಗ್/ತೆಳುವಾಗಿಸುವ ತತ್ವದ ಸ್ಕೀಮ್ಯಾಟಿಕ್ ರೇಖಾಚಿತ್ರ