SiC 탄화규소 소자 제조 공정(1)

아시다시피, 반도체 분야에서 단결정 실리콘(Si)은 세계에서 가장 널리 사용되고 가장 많은 양을 차지하는 반도체 기초재료입니다. 현재 반도체 제품의 90% 이상이 실리콘 기반 소재를 사용해 생산되고 있다. 현대 에너지 분야에서 고전력 및 고전압 장치에 대한 수요가 증가함에 따라 밴드갭 폭, 항복 전기장 강도, 전자 포화율 및 열전도율과 같은 반도체 재료의 주요 매개변수에 대한 요구 사항이 더욱 엄격해졌습니다. 이러한 상황에서 로 대표되는 와이드 밴드갭 반도체 소재는 다음과 같다.탄화규소(SiC)는 고전력 밀도 애플리케이션의 사랑을 받고 있습니다.

화합물 반도체로서,탄화규소자연계에서는 극히 드물며 광물인 모아사나이트의 형태로 나타납니다. 현재 전 세계에서 판매되는 거의 모든 탄화규소는 인공합성된 것이다. 탄화 규소는 높은 경도, 높은 열 전도성, 우수한 열 안정성 및 높은 임계 항복 전기장의 장점을 가지고 있습니다. 고전압 및 고전력 반도체 장치를 만드는 데 이상적인 재료입니다.

그렇다면 탄화규소 전력반도체 소자는 어떻게 제조되나요?

탄화규소 장치 제조 공정과 기존 실리콘 기반 제조 공정의 차이점은 무엇입니까? 이번 호부터 '에 관한 것들실리콘 카바이드 장치제조'에서 그 비밀을 하나씩 공개하겠습니다.

I

탄화규소 장치 제조 공정 흐름

탄화규소 장치의 제조 공정은 주로 포토리소그래피, 세척, 도핑, 에칭, 필름 형성, 박화 및 기타 공정을 포함하여 일반적으로 실리콘 기반 장치의 제조 공정과 유사합니다. 많은 전력 장치 제조업체는 실리콘 기반 제조 공정을 기반으로 생산 라인을 업그레이드하여 탄화 규소 장치의 제조 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 그러나 실리콘 카바이드 재료의 특별한 특성으로 인해 장치 제조의 일부 프로세스는 실리콘 카바이드 장치가 고전압 및 고전류를 견딜 수 있도록 특수 개발을 위한 특정 장비에 의존해야 합니다.

II

탄화규소 특수 공정 모듈 소개

탄화규소 특수 공정 모듈은 주로 주입 도핑, 게이트 구조 형성, 모폴로지 에칭, 금속화 및 박화 공정을 다룹니다.

(1) 주입 도핑: 탄화규소의 탄소-규소 결합 에너지가 높기 때문에 탄화규소에서는 불순물 원자가 확산되기 어렵습니다. 탄화규소 장치를 준비할 때 PN 접합의 도핑은 고온에서 이온 주입을 통해서만 달성될 수 있습니다.
도핑은 붕소, 인 등의 불순물 이온을 주로 사용하며, 도핑 깊이는 보통 0.1μm~3μm이다. 고에너지 이온 주입은 탄화규소 재료 자체의 격자 구조를 파괴합니다. 이온 주입으로 인한 격자 손상을 복구하고 표면 거칠기에 대한 어닐링 효과를 제어하려면 고온 어닐링이 필요합니다. 핵심 공정은 고온 이온 주입과 고온 어닐링이다.

그림 1 이온 주입 및 고온 어닐링 효과의 개략도

(2) 게이트 구조 형성: SiC/SiO2 인터페이스의 품질은 MOSFET의 채널 이동 및 게이트 신뢰성에 큰 영향을 미칩니다. 고품질 SiC/SiO2 인터페이스의 성능 요구 사항을 충족하고 높은 성능 요구 사항을 충족하려면 SiC/SiO2 인터페이스의 댕글링 결합을 특수 원자(예: 질소 원자)로 보상하기 위한 특정 게이트 산화물 및 산화 후 어닐링 공정을 개발해야 합니다. 장치 마이그레이션. 핵심 공정은 Gate Oxide 고온산화, LPCVD, PECVD이다.

그림 2 일반 산화막 증착 및 고온 산화의 개략도

(3) 형태 에칭: 탄화규소 재료는 화학 용매에서 불활성이며, 정확한 형태 제어는 건식 에칭 방법을 통해서만 달성될 수 있습니다. 실리콘 카바이드 재료의 특성에 따라 마스크 재료, 마스크 식각 선택, 혼합 가스, 측벽 제어, 식각 속도, 측벽 거칠기 등을 개발해야 합니다. 핵심공정은 박막증착, ​​포토리소그래피, 유전체막 부식, 건식식각 공정이다.

그림 3 탄화규소 에칭 공정의 개략도

(4) 금속화: 장치의 소스 전극은 탄화규소와 우수한 저저항 옴 접촉을 형성하기 위해 금속이 필요합니다. 이를 위해서는 금속 증착 공정을 조절하고 금속-반도체 접촉의 계면 상태를 제어해야 할 뿐만 아니라 쇼트키 장벽 높이를 줄이고 금속-탄화 규소 저항 접촉을 달성하기 위해 고온 어닐링이 필요합니다. 핵심 공정은 금속 마그네트론 스퍼터링, 전자빔 증발 및 급속 열 어닐링입니다.

그림 4 마그네트론 스퍼터링 원리 및 금속화 효과의 개략도

(5) 박화 공정 : 탄화 규소 재료는 경도가 높고 취성이 높으며 파괴 인성이 낮은 특성을 가지고 있습니다. 연삭 공정은 재료의 취성 파괴를 유발하여 웨이퍼 표면과 표면 아래에 손상을 입히기 쉽습니다. 탄화규소 장치의 제조 요구 사항을 충족하려면 새로운 연삭 공정을 개발해야 합니다. 핵심 공정은 연삭 디스크의 박화, 필름 부착 및 박리 등입니다.

그림 5 웨이퍼 연삭/박형화 원리의 개략도