SIC cihazlarının üretim süreci nedir?
Mesaj bırakın
Uzun süredir devam eden bir SIC cihazı tedarikçisi olarak, SIC (Silisyum Karbür) cihazlarının üretim sürecini sizlerle paylaşmaktan büyük heyecan duyuyorum. SIC cihazları, geleneksel silikon bazlı cihazlara kıyasla yüksek arıza voltajı, düşük direnç ve mükemmel termal iletkenlik gibi üstün performans özellikleri nedeniyle güç elektroniği endüstrisinde ses getiriyor.
1. Hammadde Hazırlama
SIC cihazlarının üretiminde ilk önemli adım, yüksek kaliteli SIC hammaddelerinin hazırlanmasıdır. SIC cihazlarının hammaddesi tipik olarak tek kristalli Sic levhalardır. Bu levhalar, fiziksel buhar aktarımı (PVT) olarak bilinen karmaşık bir işlemle üretilir.
PVT prosesinde yüksek saflıkta silisyum karbür tozu bir grafit potaya yerleştirilir. Daha sonra pota, inert bir gaz atmosferinde (argon gibi) aşırı yüksek sıcaklıklara, genellikle 2000°C'nin üzerine ısıtılır. Bu yüksek sıcaklıklarda silisyum karbür tozu süblimleşir ve buhar, potanın daha soğuk ucuna yerleştirilen bir tohum kristal üzerinde yoğunlaşır. Zamanla tohum kristal üzerinde tek kristalli bir Sic külçesi büyür.
Tek kristalli Sic külçenin kalitesi, nihai SIC cihazlarının performansını doğrudan etkilediğinden son derece önemlidir. Kristal kusurları, safsızlıklar ve kafes yapısı gibi faktörlerin büyüme süreci sırasında dikkatle kontrol edilmesi gerekir. Külçe büyütüldükten sonra elmas testere kullanılarak ince levhalar halinde dilimlenir. Bu plakalar daha sonra pürüzsüz ve düz bir yüzey elde etmek için cilalanır; bu, sonraki cihaz imalat süreçleri için gereklidir.
2. Epitaksiyel Büyüme
Sic gofretleri hazırlandıktan sonraki adım epitaksiyel büyümedir. Epitaksi, Sic levhanın yüzeyinde ince, tek kristalli bir Sic tabakasının büyütüldüğü bir işlemdir. Bu epitaksiyel katman, son SIC cihazının performansı için çok önemli olan katkı konsantrasyonu ve kalınlığı gibi belirli elektriksel özelliklere sahip olacak şekilde tasarlanmıştır.
Kimyasal buhar biriktirme (CVD), Sic epitaksiyel büyümesi için en yaygın kullanılan yöntemdir. CVD prosesinde, silan (SiH₄) ve propan (C₃H₈) gibi öncü gazların bir karışımı ile birlikte bir katkı gazı (n - tipi katkılama için nitrojen veya p - tipi katkılama için alüminyum gibi) bir reaksiyon odasına verilir. Gofret yüksek bir sıcaklığa, tipik olarak 1500 - 1600°C civarına ısıtılır. Öncü gazlar levha yüzeyinde ayrışır ve atomlar, levhanın kristal kafesine dahil edilerek yüksek kaliteli bir epitaksiyel katman oluşturulur.
Epitaksiyel büyüme sürecinin kontrolü çok hassastır. Gaz akış hızları, sıcaklık ve basınç gibi parametrelerin, tabaka boyunca kalınlık ve katkı konsantrasyonu bakımından epitaksiyel tabakanın tekdüzeliğini sağlamak için dikkatli bir şekilde düzenlenmesi gerekir.
3. Cihaz İzolasyonu
Epitaksiyel büyümenin ardından cihazın izolasyonu gerçekleştirilir. Cihaz izolasyonunun amacı, levha üzerindeki ayrı cihazları elektriksel olarak izole ederek bitişik cihazlar arasındaki elektriksel girişimi önlemektir.
SIC cihazlarında cihaz izolasyonuna yönelik yaygın bir yöntem iyon implantasyonudur. İyon implantasyonunda, yüksek enerjili iyonlar hızlandırılır ve belirli konumlardaki Sic epitaksiyel katmanına implante edilir. Bu iyonlar, epitaksiyel katmanda oldukça dirençli bir bölge oluşturarak bitişik cihazları etkili bir şekilde izole eder. İyonların türü ve enerjisinin yanı sıra implantasyon dozu ve implantasyon açısı, istenen izolasyon performansını elde etmek için dikkatlice seçilir.
Cihaz izolasyonunun bir diğer yöntemi ise hendek izolasyonudur. Hendek izolasyonunda, reaktif iyon aşındırma (RIE) kullanılarak Sic epitaksiyel katmanına derin hendekler kazınır. Daha sonra hendekler, cihazları elektriksel olarak izole etmek için silikon dioksit (SiO₂) gibi bir dielektrik malzeme ile doldurulur. Hendek izolasyonu, özellikle yüksek voltajlı SIC cihazları için daha iyi izolasyon performansı sağlayabilir.
4. Kaynak ve Drenaj Oluşumu
Kaynak ve drenaj bölgeleri SIC MOSFET'lerin ve diğer transistörlerin temel bileşenleridir. Bu bölgeler iyon implantasyonu ve tavlama işlemlerinin bir kombinasyonu yoluyla oluşturulur.
N - tipi SIC cihazları için, kaynak ve drenaj bölgelerini oluşturmak üzere genellikle epitaksiyel katmana fosfor veya nitrojen iyonları implante edilir. İmplantasyon enerjisi ve dozu, istenen doping konsantrasyonuna ve derinliğine ulaşmak için ayarlanır. İyon implantasyonundan sonra, implante edilen iyonları aktive etmek ve implantasyon işleminin neden olduğu kristal hasarını onarmak için levha, genellikle 1600°C'nin üzerinde yüksek bir sıcaklıkta tavlanır.
Tavlama işlemi, kaynak ve boşaltma bölgelerinin direnç ve taşıyıcı hareketliliği gibi elektriksel özelliklerini etkilediğinden kritik öneme sahiptir. Uygun tavlama aynı zamanda SIC cihazının genel performansını ve güvenilirliğini de artırabilir.
5. Kapı Oksit Oluşumu
SIC MOSFET'lerde kapı oksit tabakası, kaynak ve drenaj arasındaki akım akışının kontrol edilmesinde çok önemli bir rol oynar. Kapı oksidi tipik olarak Sic yüzeyinin termal oksidasyonu ile oluşturulur.
Termal oksidasyon işlemi, Sic levhanın oksijen içeren bir atmosferde yüksek sıcaklıkta ısıtılmasını içerir. Oksidasyon işlemi sırasında oksijen atomları Sic yüzeyi ile reaksiyona girerek bir silikon dioksit (SiO₂) tabakası oluşturur. Ancak SiO₂/Sic arayüzünün kalitesi SIC MOSFET'lerde büyük bir zorluktur. Arayüzdeki kusurlar yüksek arayüz tuzak yoğunluğuna yol açabilir, bu da kanal hareketliliğini azaltmak ve eşik voltajını arttırmak gibi cihaz performansını düşürebilir.
Kapı oksidi ve SiO₂/Sic arayüzünün kalitesini iyileştirmek için çeşitli yüzey işlemleri ve optimizasyon teknikleri kullanılır. Örneğin, nitrojen tavlaması veya nitrür bazlı geçit oksitlerinin kullanılması, arayüz tuzağı yoğunluğunun azaltılmasına ve cihazın performansının iyileştirilmesine yardımcı olabilir.
6. Metalizasyon
Metalleştirme, elektrik kontakları ve ara bağlantılar oluşturmak için cihaz üzerine metal katmanların biriktirilmesi işlemidir. SIC cihazlarında genellikle birden fazla metal katman biriktirilir.
Ohmik kontak metali olarak bilinen ilk metal katman, düşük dirençli bir elektrik kontağı oluşturmak için kaynak, drenaj ve geçit bölgelerine yerleştirilir. Ohmik kontaklar için genellikle titanyum (Ti), nikel (Ni) ve alüminyum (Al) gibi metaller kullanılır. Ohmik kontak metali, püskürtme veya buharlaştırma gibi fiziksel buhar biriktirme (PVD) yöntemleri kullanılarak biriktirilir. Metal biriktirme işleminden sonra levha, kararlı bir omik kontak oluşturmak üzere tavlanır.
Sonraki metal katmanlar, cihazın farklı kısımlarını birbirine bağlayan ara bağlantılar oluşturmak için omik kontak metalinin üzerine biriktirilir. Bu metal katmanlar, istenen devre düzenini oluşturmak için fotolitografi ve gravür teknikleri kullanılarak desenlendirilmiştir.
7. Paketleme
Plaka üzerindeki üretim süreci tamamlandıktan sonra, tek tek SIC cihazları dilimleme testeresi kullanılarak plakadan ayrılır. Bu bireysel çipler daha sonra çevreden korumak ve elektrik bağlantılarını sağlamak için uygun bir pakete paketleniyor.
SIC cihazları için yüzeye montajlı paketler ve delikli paketler dahil olmak üzere çeşitli paket türleri mevcuttur. Paket seçimi, güç dağıtımı, voltaj değeri ve fiziksel boyut gibi uygulama gereksinimlerine bağlıdır.
Paketleme işlemi sırasında SIC çipi, iletken bir yapıştırıcı kullanılarak bir kurşun çerçeveye veya bir alt tabakaya tutturulur. Daha sonra yonga pedlerini paket uçlarına bağlamak için bağ telleri kullanılır. Son olarak paket, çipi nemden, tozdan ve mekanik stresten korumak için bir kalıplama bileşiği ile kapsüllenir.
8. Test ve Kalite Kontrol
SIC cihazlarının üretim sürecinin son adımı test ve kalite kontroldür. Paketlenen her SIC cihazı, belirtilen performans gereksinimlerini karşıladığından emin olmak için test edilir.
Arıza voltajı, açma direnci, eşik voltajı ve anahtarlama özellikleri gibi parametreleri ölçmek için elektriksel testler yapılır. Bağlantı sıcaklığı ve termal direnç gibi cihazın termal performansını değerlendirmek için termal testler de yapılır.
Test sonuçlarına göre SIC cihazları performanslarına göre farklı sınıflara ayrılmaktadır. Spesifikasyon gereksinimlerini karşılamayan cihazlar reddedilerek müşterilere yalnızca yüksek kaliteli SIC cihazlarının gönderilmesi sağlanır.
SIC cihazlarının güvenilirliğini ve tutarlılığını sağlamak için üretim süreci boyunca sıkı kalite kontrol önlemleri uygulanmaktadır. Buna süreç içi denetimler, malzeme izlenebilirliği ve istatistiksel süreç kontrolü dahildir.
Çözüm
Sonuç olarak, SIC cihazlarının üretim süreci, hammadde hazırlamadan paketleme ve test etmeye kadar birçok adımı içeren karmaşık ve son derece hassas bir süreçtir. Profesyonel bir SIC cihazı tedarikçisi olarak şirketimiz, müşterilerimizin farklı ihtiyaçlarını karşılayan yüksek kaliteli SIC cihazları üretmek için en ileri üretim teknolojilerini ve sıkı kalite kontrol sistemlerini kullanmaya kendini adamıştır.
Aşağıdakiler de dahil olmak üzere çok çeşitli SIC cihazları sunuyoruz:Sic Schottky DiyotVeSic Mosfet. SIC cihazlarımızla ilgileniyorsanız veya bunların uygulanması ve tedariki hakkında sorularınız varsa lütfen bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin. Özel gereksinimlerinizi tartışmak ve size en iyi çözümleri sunmak için sabırsızlanıyoruz.
Referanslar
- Baliga, BJ (2005). Silisyum Karbür Güç Cihazları. Dünya Bilimsel.
- Kimoto, T. ve Cooper, JA (Ed.). (2014). Silisyum Karbür: Malzemeler, İşleme ve Cihazlar. Wiley-IEEE.
- Palmour, JW ve Davis, RF (2000). Silisyum Karbür: Güç Elektroniği Harikası Bir Malzeme. Elektron Cihazlarında IEEE İşlemleri, 47(3), 417 - 431.
