FAQ – 12-calowy, przewodzący substrat 4H-SiC

Przegląd

Substrat 12-calowy, przewodzący 4H-SiC (węglik krzemu) to ultra-duża średnica półprzewodnikowego wafla o szerokiej przerwie energetycznej, opracowana dla nowej generacji wysokonapięciowej, dużej mocy, wysokiej częstotliwości i wysokotemperaturowej produkcji elektroniki mocy. Wykorzystując wrodzone zalety SiC – takie jak wysokie krytyczne pole elektryczne, wysoka prędkość dryfu elektronów nasyconych, wysoka przewodność cieplna, i doskonała stabilność chemiczna – ten substrat jest pozycjonowany jako materiał podstawowy dla zaawansowanych platform urządzeń mocy i nowych zastosowań w obszarze dużych wafli.

Aby sprostać wymaganiom branżowym w zakresie redukcji kosztów i poprawy wydajności, przejście z głównego nurtu 6–8 cali SiC na 12-calowe SiC substraty jest powszechnie uznawane za kluczową drogę. 12-calowy wafelek zapewnia znacznie większą powierzchnię użytkową niż mniejsze formaty, umożliwiając wyższą wydajność układów na waflu, lepsze wykorzystanie wafla i zmniejszony udział strat na krawędziach – tym samym wspierając ogólną optymalizację kosztów produkcji w całym łańcuchu dostaw.

Metoda wzrostu kryształów i produkcji wafli

Ten 12-calowy, przewodzący substrat 4H-SiC jest produkowany w pełnym łańcuchu procesowym obejmującym rozrost zarodków, wzrost monokryształów, cięcie wafli, ścieńczanie i polerowanie, zgodnie ze standardowymi praktykami produkcji półprzewodników:

• Rozrost zarodków metodą fizycznego transportu w fazie gazowej (PVT):
  12-calowy kryształ zarodkowy 4H-SiC uzyskuje się poprzez rozszerzenie średnicy metodą PVT, umożliwiając późniejszy wzrost 12-calowych, przewodzących buł 4H-SiC.

• Wzrost monokryształu przewodzącego 4H-SiC:
  Przewodzący n⁺ 4H-SiC wzrost monokryształu uzyskuje się poprzez wprowadzenie azotu do środowiska wzrostu w celu zapewnienia kontrolowanego domieszkowania dawcy.

• Produkcja wafli (standardowe przetwarzanie półprzewodników):
  Po ukształtowaniu buły, wafle są produkowane za pomocą cięcia laserowego, a następnie ścieńczania, polerowania (w tym wykańczania na poziomie CMP) i czyszczenia.
  Wynikowa grubość substratu wynosi 560 μm.

To zintegrowane podejście ma na celu wspieranie stabilnego wzrostu przy ultra-dużej średnicy, przy jednoczesnym zachowaniu integralności krystalograficznej i spójnych właściwości elektrycznych.

Metody metrologii i charakterystyki

Aby zapewnić kompleksową ocenę jakości, substrat jest scharakteryzowany za pomocą kombinacji narzędzi strukturalnych, optycznych, elektrycznych i do inspekcji wad:

• Spektroskopia Ramana (mapowanie obszaru): weryfikacja jednorodności polimorficznej na całym waflu

• W pełni zautomatyzowana mikroskopia optyczna (mapowanie wafla): wykrywanie i statystyczna ocena mikrorur

• Niekontaktowa metrologia rezystywności (mapowanie wafla): rozkład rezystywności w wielu miejscach pomiarowych

• Dyfrakcja rentgenowska o wysokiej rozdzielczości (HRXRD): ocena jakości krystalicznej za pomocą pomiarów krzywej kołysania

• Inspekcja dyslokacji (po selektywnym trawieniu): ocena gęstości i morfologii dyslokacji (ze szczególnym uwzględnieniem dyslokacji śrubowych)

Kluczowe wyniki wydajności (reprezentatywne)

Wyniki charakterystyki pokazują, że 12-calowy, przewodzący substrat 4H-SiC wykazuje wysoką jakość materiału w krytycznych parametrach:

(1) Czystość i jednorodność polimorficzna

• Mapowanie obszaru Ramana pokazuje 100% pokrycia polimorficznego 4H-SiC na całym substracie.

• Nie wykryto żadnych innych polimorfów (np. 6H lub 15R), co wskazuje na doskonałą kontrolę polimorficzną w skali 12 cali.

(2) Gęstość mikrorur (MPD)

• Mapowanie mikroskopowe w skali wafla wskazuje na gęstość mikrorur < 0,01 cm⁻², co odzwierciedla skuteczne tłumienie tej kategorii wad ograniczających działanie urządzenia.

(3) Rezystywność elektryczna i jednorodność

• Mapowanie rezystywności bezkontaktowej (pomiar 361-punktowy) pokazuje:

  • Zakres rezystywności: 20,5–23,6 mΩ·cm

  • Średnia rezystywność: 22,8 mΩ·cm

  • Niejednorodność: < 2%
    Wyniki te wskazują na dobrą spójność włączania domieszek i korzystną jednorodność elektryczną w skali wafla.

(4) Jakość krystaliczna (HRXRD)

• Pomiary krzywej kołysania HRXRD na odbiciu (004), wykonane w pięciu punktach wzdłuż średnicy wafla, pokazują:

  • Pojedyncze, prawie symetryczne piki bez zachowania wielopikowego, sugerujące brak cech granicy ziaren o małym kącie.

  • Średnia FWHM: 20,8 arcsec (″), co wskazuje na wysoką jakość krystaliczną.

(5) Gęstość dyslokacji śrubowych (TSD)

• Po selektywnym trawieniu i zautomatyzowanym skanowaniu, gęstość dyslokacji śrubowych jest mierzona na poziomie 2 cm⁻², co pokazuje niską TSD w skali 12 cali.

Wniosek z powyższych wyników:
Substrat wykazuje doskonałą czystość polimorficzną 4H, ultra-niską gęstość mikrorur, stabilną i jednorodną niską rezystywność, wysoką jakość krystaliczną i niską gęstość dyslokacji śrubowych, co potwierdza jego przydatność do produkcji zaawansowanych urządzeń.

12-calowy, przewodzący substrat 4H-SiC

Typowe specyfikacje

Wartość produktu i zalety

1. Umożliwia migrację produkcji 12-calowych SiC
   Zapewnia wysokiej jakości platformę substratową zgodną z planem branżowym w kierunku produkcji 12-calowych wafli SiC.

2. Niska gęstość wad dla poprawy wydajności i niezawodności urządzeń
   Ultra-niska gęstość mikrorur i niska gęstość dyslokacji śrubowych pomagają zmniejszyć katastrofalne i parametryczne mechanizmy utraty wydajności.

3. Doskonała jednorodność elektryczna dla stabilności procesu
   Ścisły rozkład rezystywności wspiera poprawę spójności urządzeń między waflami i w obrębie wafla.

4. Wysoka jakość krystaliczna wspierająca epitaksję i przetwarzanie urządzeń
   Wyniki HRXRD i brak sygnatur granic ziaren o małym kącie wskazują na korzystną jakość materiału dla wzrostu epitaksjalnego i produkcji urządzeń.

Docelowe zastosowania

12-calowy, przewodzący substrat 4H-SiC ma zastosowanie do:

• Urządzenia mocy SiC: MOSFETy, diody Schottky'ego (SBD) i powiązane struktury

• Pojazdy elektryczne: główne falowniki trakcyjne, ładowarki pokładowe (OBC) i przetwornice DC-DC

• Energia odnawialna i sieć: falowniki fotowoltaiczne, systemy magazynowania energii i moduły inteligentnej sieci

• Przemysłowa elektronika mocy: wysokowydajne zasilacze, napędy silników i przetwornice wysokonapięciowe

• Nowe wymagania dotyczące wafli o dużej powierzchni: zaawansowane pakowanie i inne scenariusze produkcji półprzewodników kompatybilne z 12 calami