Processus et difficultés de fabrication des plaquettes de carbure de silicium

Dans les articles précédents, nous avons discuté de l'application de la norme le carbure de silicium dans l'industrie des semi-conducteurs. Aujourd'hui, nous allons systématiquement découvrir le processus de fabrication et les difficultés liées aux plaquettes de carbure de silicium.

1/Définition des plaquettes en carbure de silicium

La plaquette de carbure de silicium est un type de dispositif semi-conducteur qui, comparé au silicium traditionnel, présente d'excellentes caractéristiques telles qu'une large bande interdite, une vitesse de dérive rapide, une tension de claquage élevée, une conductivité thermique élevée et une résistance aux températures élevées.

Compte tenu de ces caractéristiques, les plaquettes de carbure de silicium sont principalement utilisées dans des environnements extrêmes tels que l'électronique, l'aérospatiale, l'armée et l'énergie nucléaire.

Les plaquettes de carbure de silicium trouvent également de nombreuses applications dans les domaines de l'éclairage à semi-conducteurs LED et des dispositifs à haute fréquence. Certains marchés à fort potentiel de développement, tels que le marché du rétroéclairage des smartphones et des ordinateurs portables, connaissent également une forte croissance de la demande en cristaux de carbure de silicium.

Plaquette

 

Epitaxie

Dispositif

Application

Plaque de SiC

Type de conductivité

Épitaxie du SiC

dispositif d'alimentation

Véhicules à énergie nouvelle,

les systèmes d'alimentation, etc.

Type semi-isolé

Épitaxie du GaN

Dispositifs RF à micro-ondes

Communication 5G

2/Aperçu du traitement des plaquettes de carbure de silicium

Le carbure de silicium monocristallin est un matériau semi-conducteur à large bande interdite et à haute température de troisième génération, dont les perspectives d'application sur le marché sont vastes, notamment carbure de silicium noir et carbure de silicium vert.

Dans la production de plaquettes de carbure de silicium, le substrat est le maillon le plus important de la chaîne industrielle du carbure de silicium, car il détermine directement le rendement de l'application du carbure de silicium. En outre, les données montrent que le coût des substrats représente environ 50% de l'ensemble du processus de préparation.

3/Processus de fabrication des plaquettes de carbure de silicium

A. Préparation des matières premières

Préparer de la poudre de silicium de haute pureté et de la poudre de carbone de haute pureté comme matières premières.

B. Technologie de croissance des cristaux

1. Méthode PTV : Le transport physique de vapeur, qui utilise le principe du transfert de phase gazeuse, transfère les matières premières en phase gazeuse vers la zone de croissance à basse température dans des conditions de haute température, ce qui permet aux cristaux de se déposer et de se former dans la zone de croissance. Cette méthode est généralement mise en œuvre dans une chambre de réaction fermée, qui comprend la matière première et le substrat de croissance.

2. Méthode CVD : Dépôt chimique en phase vapeur. La méthode CVD utilise des réactions chimiques en phase gazeuse pour former des couches minces de matériaux solides. Ce processus est généralement réalisé dans des environnements à haute température, et le dépôt de couches minces peut être réalisé en contrôlant la concentration des réactifs et les conditions de réaction dans la phase gazeuse.

C. Traitement des lingots : Les lingots de carbure de silicium obtenus sont orientés à l'aide d'un instrument d'orientation des monocristaux à rayons X, puis broyés à plat, laminés et transformés en cristaux de carbure de silicium de diamètre standard.

D. Coupe de cristal : Utiliser un équipement de découpe multifilaire pour découper le cristal de carbure de silicium en feuilles minces d'une épaisseur ne dépassant pas 1 mm.

E. Broyage de cristaux : Rectification du cristal pour obtenir la planéité et la rugosité requises en utilisant des fluides de rectification diamantés de différentes tailles de particules.

F. Polissage du cristal : obtenir des feuilles de polissage en carbure de silicium dont la surface n'est pas endommagée par des méthodes de polissage mécanique et de polissage mécanique chimique.

G. Nettoyage du cristal : Nettoyer la plaquette de polissage en carbure de silicium avec des produits de nettoyage et de l'eau pure pour éliminer la solution de polissage résiduelle et les autres contaminants de surface sur le polissage. Ensuite, utilisez de l'azote gazeux ultra-pur et une essoreuse pour souffler et essorer la plaquette.

4/Les difficultés de traitement des plaquettes de carbure de silicium

Dureté du carbure de silicium :

Le carbure de silicium étant plus dur que les matériaux ordinaires et présentant une résistance élevée à l'usure, il augmente le risque d'usure des outils lors des processus de coupe et de polissage.

Le taux de croissance des cristaux :

La vitesse de croissance des cristaux de carbure de silicium est influencée par la température et la pression, ce qui en fait un processus relativement complexe.

Coûts et ressources :

Le traitement des plaquettes de carbure de silicium implique des températures élevées, des équipements hautement spécialisés et des matériaux avancés, ce qui peut entraîner une augmentation des coûts de fabrication.

En outre : plus la taille du cristal est importante, plus la croissance du cristal et la technologie de traitement sont difficiles, tandis que l'efficacité de la fabrication et le coût unitaire des dispositifs en aval sont plus élevés.

5/Les applications des plaquettes en carbure de silicium

Électronique de puissance :

Les plaquettes de carbure de silicium sont largement utilisées dans le domaine de l'électronique de puissance pour fabriquer des dispositifs de puissance à haute performance, tels que des onduleurs et des redresseurs de puissance.

LED :

Application : Le carbure de silicium est utilisé comme substrat pour les diodes électroluminescentes (DEL), afin de fabriquer des dispositifs DEL à haute luminosité et à haut rendement.

Dispositifs à semi-conducteurs :

Application : Les plaquettes de carbure de silicium sont utilisées dans la fabrication de semi-conducteurs pour produire des diodes, des MOSFET et d'autres dispositifs semi-conducteurs à haute performance.

Véhicules électriques :

Application : Les plaquettes de carbure de silicium sont utilisées dans les véhicules électriques pour fabriquer des dispositifs électroniques de puissance, tels que les systèmes de gestion des batteries et les contrôleurs de moteur.

Microélectronique :

Application : Le carbure de silicium est utilisé en microélectronique pour fabriquer des microcapteurs, des systèmes microélectromécaniques (MEMS) et d'autres composants microélectroniques.

6/Carbure de silicium à vendre

Depuis 19 ans, Yafeite s'engage à fournir des produits en carbure de silicium de haute qualité. Ses produits sont exportés dans plus de 50 pays et régions du monde entier et sont devenus synonymes de fournisseurs de haute qualité.

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