Бидний мэдэж байгаагаар хагас дамжуулагч талбарт нэг талст цахиур (Si) нь дэлхийн хамгийн өргөн хэрэглэгддэг, хамгийн том эзэлхүүнтэй хагас дамжуулагч үндсэн материал юм. Одоогоор хагас дамжуулагч бүтээгдэхүүний 90 гаруй хувийг цахиурт суурилсан материалаар үйлдвэрлэж байна. Орчин үеийн эрчим хүчний салбарт өндөр чадал, өндөр хүчдэлийн төхөөрөмжүүдийн эрэлт хэрэгцээ нэмэгдэж байгаатай холбогдуулан хагас дамжуулагч материалын гол үзүүлэлтүүд болох зурвасын өргөн, задралын цахилгаан талбайн хүч, электрон ханалтын түвшин, дулаан дамжуулалт зэрэгт илүү хатуу шаардлага тавьж байна. Энэ нөхцөлд өргөн зурвасын хагас дамжуулагч материалыг төлөөлдөгцахиурын карбид(SiC) нь өндөр эрчим хүчний нягтралын хэрэглээний хайрт болж гарч ирсэн.
Нийлмэл хагас дамжуулагчийн хувьд,цахиурын карбидбайгальд маш ховор бөгөөд эрдэс моиссанит хэлбэрээр илэрдэг. Одоогоор дэлхий дээр зарагдаж байгаа бараг бүх цахиурын карбидыг зохиомлоор нийлэгжүүлдэг. Цахиурын карбид нь өндөр хатуулаг, өндөр дулаан дамжуулалт, дулааны тогтвортой байдал, цахилгаан талбайн маш чухал задралын давуу талтай. Энэ нь өндөр хүчдэлийн болон өндөр чадлын хагас дамжуулагч төхөөрөмж хийхэд тохиромжтой материал юм.
Тэгэхээр цахиурын карбидын цахилгаан хагас дамжуулагч төхөөрөмжийг хэрхэн үйлдвэрлэдэг вэ?
Цахиурын карбидын төхөөрөмжийг үйлдвэрлэх процесс болон цахиурт суурилсан уламжлалт үйлдвэрлэлийн процессын хооронд ямар ялгаа байдаг вэ? Энэ дугаараас эхлэн “Тухайн зүйлсЦахиурын карбидын төхөөрөмжҮйлдвэрлэл” нууцыг нэг нэгээр нь дэлгэнэ.
I
Цахиурын карбидын төхөөрөмж үйлдвэрлэх процессын урсгал
Цахиурын карбидын төхөөрөмжийг үйлдвэрлэх үйл явц нь ерөнхийдөө цахиурт суурилсан төхөөрөмжтэй төстэй бөгөөд үүнд фотолитографи, цэвэрлэгээ, допинг, сийлбэр, хальс үүсгэх, сийрэгжүүлэх болон бусад процессууд орно. Олон цахилгаан төхөөрөмж үйлдвэрлэгчид цахиурт суурилсан үйлдвэрлэлийн процесст тулгуурлан үйлдвэрлэлийн шугамаа сайжруулснаар цахиурын карбидын төхөөрөмжийн үйлдвэрлэлийн хэрэгцээг хангаж чадна. Гэсэн хэдий ч цахиурын карбидын материалын онцгой шинж чанар нь түүний төхөөрөмжийн үйлдвэрлэлийн зарим процесс нь цахиурын карбидын төхөөрөмжийг өндөр хүчдэл, өндөр гүйдлийг тэсвэрлэх чадвартай болгохын тулд тусгай тоног төхөөрөмжид найдах шаардлагатайг тодорхойлдог.
II
Цахиурын карбидын тусгай процессын модулиудын танилцуулга
Цахиур карбидын тусгай процессын модулиуд нь тарилгын допинг, хаалганы бүтцийг бүрдүүлэх, морфологийн сийлбэр, металлжуулалт, сийрэгжүүлэх үйл явцыг голчлон хамардаг.
(1) Тарилгын допинг: Цахиурын карбид дахь нүүрстөрөгч-цахиурын бондын энерги их байдаг тул хольцын атомууд цахиурын карбидад тархахад хэцүү байдаг. Цахиурын карбидын төхөөрөмжийг бэлтгэх үед PN уулзваруудын допинг нь зөвхөн өндөр температурт ион суулгах замаар л боломжтой болно.
Допинг нь ихэвчлэн бор, фосфор зэрэг хольцтой ионуудаар хийгддэг бөгөөд допингийн гүн нь ихэвчлэн 0.1μm~3μm байдаг. Өндөр энерги бүхий ионы суулгац нь цахиурын карбидын материалын торны бүтцийг өөрөө устгах болно. Ионы суулгацаас үүссэн торны эвдрэлийг арилгах, гадаргуугийн барзгаржилтад үзүүлэх нөлөөг хянахын тулд өндөр температурт зөөлрүүлэх шаардлагатай. Гол процессууд нь өндөр температурт ион суулгах, өндөр температурт анивчих явдал юм.
Зураг 1. Ионы суулгац ба өндөр температурт анивалтын нөлөөллийн бүдүүвч диаграмм
(2) Хаалганы бүтэц үүсэх: SiC/SiO2 интерфейсийн чанар нь MOSFET-ийн сувгийн шилжилт болон хаалганы найдвартай байдалд ихээхэн нөлөөлдөг. Өндөр чанарын SiC/SiO2 интерфэйсийн гүйцэтгэлийн шаардлагыг хангахын тулд SiC/SiO2 интерфэйс дэх унжсан холбоог тусгай атомуудтай (жишээ нь азотын атомууд) нөхөхийн тулд тусгай хаалганы исэл ба исэлдлийн дараах нөхөх процессуудыг боловсруулах шаардлагатай байна. төхөөрөмжүүдийн шилжилт хөдөлгөөн. Гол процессууд нь хаалганы ислийн өндөр температурт исэлдэлт, LPCVD, PECVD юм.
Зураг 2 Энгийн исэл хальсан тунадас ба өндөр температурт исэлдэлтийн бүдүүвч диаграмм
(3) Морфологийн сийлбэр: Цахиурын карбидын материалууд нь химийн уусгагчид идэвхгүй байдаг ба морфологийн нарийн хяналтыг зөвхөн хуурай сийлбэрийн аргаар хийх боломжтой; маскны материал, маск сийлбэр сонгох, холимог хий, хажуугийн хананы хяналт, сийлбэрийн хурд, хажуугийн барзгар байдал гэх мэтийг цахиур карбидын материалын онцлогт тохируулан боловсруулах шаардлагатай. Гол процессууд нь нимгэн хальсан тунадас, фотолитографи, диэлектрик хальсны зэврэлт, хуурай сийлбэрийн процессууд юм.
Зураг 3 Цахиурын карбидын сийлбэрлэх үйл явцын бүдүүвч диаграмм
(4) Төмөрлөх: Төхөөрөмжийн эх электрод нь цахиурын карбидтай сайн бага эсэргүүцэлтэй омик контакт үүсгэхийн тулд метал шаарддаг. Энэ нь зөвхөн металлын хуримтлуулах процессыг зохицуулах, металл-хагас дамжуулагчийн контактын интерфейсийн төлөвийг хянахаас гадна Шотткигийн саадны өндрийг бууруулж, металл-цахиурын карбидын омик контактыг бий болгохын тулд өндөр температурт зөөлрүүлэх шаардлагатай. Гол процессууд нь металл магнетрон цацах, электрон цацрагийн ууршилт, хурдан дулааны боловсруулалт юм.
Зураг 4 Магнетрон цацах зарчим ба металлжуулалтын эффектийн бүдүүвч диаграм
(5) Нимгэнжүүлэх үйл явц: Цахиур карбидын материал нь өндөр хатуулаг, өндөр хэврэгшил, хугарлын бат бөх чанар багатай байдаг. Түүний нунтаглах үйл явц нь материалын хэврэг хугарал үүсгэж, вафель гадаргуу болон доод гадаргууд гэмтэл учруулдаг. Цахиурын карбидын төхөөрөмжийн үйлдвэрлэлийн хэрэгцээг хангахын тулд нунтаглах шинэ процессуудыг боловсруулах шаардлагатай. Гол процессууд нь нунтаглах дискийг сийрэгжүүлэх, хальс наах, хальслах гэх мэт.
Зураг 5 Өрөөнд нунтаглах/шингэрүүлэх зарчмын бүдүүвч диаграмм
Шуудангийн цаг: 2024 оны 10-р сарын 22