SIC 장치의 제조 공정은 무엇입니까?

저는 오랫동안 SIC 장치 공급업체로서 SIC(탄화규소) 장치의 제조 공정을 여러분과 공유하게 되어 매우 기쁩니다. SIC 장치는 기존 실리콘 기반 장치에 비해 높은 항복 전압, 낮은 온저항, 뛰어난 열 전도성 등 우수한 성능 특성으로 인해 전력 전자 산업에 큰 파장을 일으키고 있습니다.

1. 원료 준비

SIC 장치 제조의 첫 번째 중요한 단계는 고품질 SIC 원자재를 준비하는 것입니다. SIC 장치의 원자재는 일반적으로 단결정 SiC 웨이퍼입니다. 이러한 웨이퍼는 물리적 증기 수송(PVT)으로 알려진 복잡한 공정을 통해 생산됩니다.

PVT 공정에서는 고순도 탄화규소 분말을 흑연 도가니에 넣습니다. 그런 다음 도가니는 불활성 가스 분위기(예: 아르곤)에서 매우 높은 온도(보통 2000°C 이상)로 가열됩니다. 이러한 고온에서 탄화규소 분말은 승화되고, 증기는 도가니의 더 차가운 끝에 위치한 종자 결정에 응축됩니다. 시간이 지남에 따라 단결정 Sic 잉곳이 종자 결정에서 자랍니다.

단결정 SiC 잉곳의 품질은 최종 SIC 장치의 성능에 직접적인 영향을 미치기 때문에 가장 중요합니다. 성장 과정에서 결정 결함, 불순물, 격자 구조 등의 요인을 주의 깊게 제어해야 합니다. 잉곳이 성장한 후 다이아몬드 톱을 사용해 얇은 웨이퍼로 절단됩니다. 그런 다음 이러한 웨이퍼를 연마하여 매끄럽고 평평한 표면을 얻습니다. 이는 후속 장치 제조 공정에 필수적입니다.

2. 에피택셜 성장

SiC 웨이퍼가 준비되면 다음 단계는 에피택셜 성장입니다. 에피택시는 SiC 웨이퍼 표면에 SiC의 얇은 단결정 층을 성장시키는 공정입니다. 이 에피택셜 층은 최종 SIC 장치의 성능에 중요한 도핑 농도 및 두께와 같은 특정 전기적 특성을 갖도록 설계되었습니다.

화학 기상 증착(CVD)은 SiC 에피택셜 성장에 가장 일반적으로 사용되는 방법입니다. CVD 공정에서는 실란(SiH₄), 프로판(C₃H₈) 등의 전구체 가스와 도펀트 가스(n형 도핑의 경우 질소, p형 도핑의 경우 알루미늄 등)의 혼합물이 반응 챔버에 도입됩니다. 웨이퍼는 일반적으로 약 1500~1600°C의 높은 온도로 가열됩니다. 전구체 가스는 웨이퍼 표면에서 분해되고 원자는 웨이퍼의 결정 격자에 통합되어 고품질의 에피택셜 층을 형성합니다.

에피택셜 성장 과정의 제어는 매우 정확합니다. 웨이퍼 전체의 두께와 도핑 농도 측면에서 에피택셜 층의 균일성을 보장하려면 가스 유량, 온도, 압력과 같은 매개변수를 주의 깊게 조절해야 합니다.

3. 장치 격리

에피택셜 성장 후에는 소자 분리가 수행됩니다. 장치 절연의 목적은 웨이퍼의 개별 장치를 전기적으로 절연하여 인접한 장치 간의 전기적 간섭을 방지하는 것입니다.

SIC 장치에서 장치를 분리하는 일반적인 방법 중 하나는 이온 주입입니다. 이온 주입에서는 고에너지 이온이 가속되어 특정 위치의 SiC 에피택셜 층에 주입됩니다. 이러한 이온은 에피택셜 층에 저항성이 높은 영역을 생성하여 인접한 장치를 효과적으로 격리합니다. 이온의 유형과 에너지, 주입 용량 및 주입 각도는 원하는 격리 성능을 달성하기 위해 신중하게 선택됩니다.

장치 절연을 위한 또 다른 방법은 트렌치 절연입니다. 트렌치 분리에서는 RIE(반응성 이온 에칭)를 사용하여 깊은 트렌치를 Sic 에피택셜 층에 에칭합니다. 그런 다음 트렌치를 이산화규소(SiO2)와 같은 유전 물질로 채워서 장치를 전기적으로 분리합니다. 트렌치 절연은 특히 고전압 SIC 장치에 대해 더 나은 절연 성능을 제공할 수 있습니다.

4. 소스 및 드레인 형성

소스 및 드레인 영역은 SIC MOSFET 및 기타 트랜지스터의 필수 구성 요소입니다. 이러한 영역은 이온 주입과 어닐링 공정의 조합을 통해 형성됩니다.

n형 SIC 장치의 경우 일반적으로 인 또는 질소 이온이 에피택셜 층에 주입되어 소스 및 드레인 영역을 생성합니다. 원하는 도핑 농도와 깊이를 달성하기 위해 주입 에너지와 선량을 조정합니다. 이온 주입 후, 웨이퍼는 주입된 이온을 활성화하고 주입 공정으로 인한 결정 손상을 복구하기 위해 일반적으로 1600°C 이상의 고온에서 어닐링됩니다.

어닐링 프로세스는 저항률 및 캐리어 이동도와 같은 소스 및 드레인 영역의 전기적 특성에 영향을 미치기 때문에 중요합니다. 적절한 어닐링은 SIC 장치의 전반적인 성능과 신뢰성도 향상시킬 수 있습니다.

5. 게이트 산화물 형성

SIC MOSFET에서 게이트 산화층은 소스와 드레인 사이의 전류 흐름을 제어하는 ​​데 중요한 역할을 합니다. 게이트 산화물은 일반적으로 SiC 표면의 열 산화에 의해 형성됩니다.

열 산화 공정에는 SiC 웨이퍼를 산소 함유 분위기에서 고온으로 가열하는 과정이 포함됩니다. 산화 과정에서 산소 원자는 SiC 표면과 반응하여 이산화규소(SiO2) 층을 형성합니다. 그러나 SiO2/Sic 인터페이스의 품질은 SIC MOSFET의 주요 과제입니다. 인터페이스의 결함은 높은 인터페이스 트랩 밀도로 이어질 수 있으며, 이는 채널 이동성을 감소시키고 임계 전압을 높이는 등 장치 성능을 저하시킬 수 있습니다.

게이트 산화물과 SiO2/Sic 인터페이스의 품질을 향상시키기 위해 다양한 표면 처리 및 최적화 기술이 사용됩니다. 예를 들어, 질소 어닐링이나 질화물 기반 게이트 산화물의 사용은 인터페이스 트랩 밀도를 줄이고 장치 성능을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.

6. 금속화

금속화는 전기 접점과 상호 연결을 형성하기 위해 장치에 금속 층을 증착하는 프로세스입니다. SIC 장치에서는 일반적으로 여러 금속층이 증착됩니다.

오믹 접촉 금속으로 알려진 첫 번째 금속층은 소스, 드레인 및 게이트 영역에 증착되어 저저항 전기 접촉을 형성합니다. 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 알루미늄(Al)과 같은 금속은 일반적으로 오믹 접촉에 사용됩니다. 오믹 접촉 금속은 스퍼터링이나 증발과 같은 물리적 기상 증착(PVD) 방법을 사용하여 증착됩니다. 금속 증착 후 웨이퍼는 어닐링되어 안정적인 오믹 접촉을 형성합니다.

후속 금속층은 저항 접촉 금속 위에 증착되어 장치의 서로 다른 부분을 연결하는 상호 연결을 형성합니다. 이러한 금속층은 포토리소그래피 및 에칭 기술을 사용하여 패턴화되어 원하는 회로 레이아웃을 만듭니다.

7. 포장

웨이퍼의 제조 공정이 완료된 후 개별 SIC 장치는 다이싱 톱(Dicing Saw)을 사용하여 웨이퍼에서 분리됩니다. 그런 다음 이러한 개별 칩은 환경으로부터 보호하고 전기 연결을 제공하기 위해 적합한 패키지로 포장됩니다.

표면 실장 패키지와 스루홀 패키지를 포함하여 SIC 장치에 사용할 수 있는 다양한 유형의 패키지가 있습니다. 패키지 선택은 전력 손실, 정격 전압, 물리적 크기 등 애플리케이션 요구 사항에 따라 달라집니다.

패키징 과정에서 SIC 칩은 전도성 접착제를 이용해 리드프레임이나 기판에 부착된다. 그런 다음 본드 와이어를 사용하여 칩 패드를 패키지 리드에 연결합니다. 마지막으로 패키지는 습기, 먼지 및 기계적 응력으로부터 칩을 보호하기 위해 몰딩 화합물로 캡슐화됩니다.

8. 테스트 및 품질 관리

SIC 장치 제조 공정의 마지막 단계는 테스트와 품질 관리입니다. 패키지된 각 SIC 장치는 지정된 성능 요구 사항을 충족하는지 확인하기 위해 테스트를 거쳤습니다.

항복 전압, 온 저항, 임계 전압 및 스위칭 특성과 같은 매개 변수를 측정하기 위해 전기 테스트가 수행됩니다. 접합 온도, 열 저항 등 장치의 열 성능을 평가하기 위해 열 테스트도 수행됩니다.

테스트 결과에 따라 SIC 장치는 성능에 따라 다양한 등급으로 분류됩니다. 사양 요구 사항을 충족하지 않는 장치는 거부되어 고품질 SIC 장치만 고객에게 배송됩니다.

제조 공정 전반에 걸쳐 엄격한 품질 관리 조치가 구현되어 SIC 장치의 신뢰성과 일관성을 보장합니다. 여기에는 공정 내 검사, 재료 추적성 및 통계적 공정 제어가 포함됩니다.

결론

결론적으로 SIC 장치의 제조 공정은 원자재 준비부터 포장 및 테스트까지 여러 단계를 포함하는 복잡하고 매우 정밀한 공정입니다. 당사는 SIC 장비 전문 공급업체로서 최첨단 제조 기술과 엄격한 품질 관리 시스템을 활용하여 고객의 다양한 요구를 충족하는 고품질 SIC 장비를 생산하기 위해 최선을 다하고 있습니다.

우리는 다음을 포함하여 다양한 SIC 장치를 제공합니다.식 쇼트키 다이오드그리고식 모스펫. 당사의 SIC 장치에 관심이 있거나 해당 장치의 적용 및 조달에 대해 질문이 있는 경우 언제든지 당사에 문의하십시오. 우리는 귀하의 특정 요구 사항에 대해 논의하고 최상의 솔루션을 제공하기를 기대하고 있습니다.

참고자료

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2. Kimoto, T., & Cooper, JA (Eds.). (2014). 탄화규소: 재료, 가공 및 장치. 와일리-IEEE.
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