FAQ – Подложка из проводящего 4H-SiC диаметром 12 дюймов

Обзор

Подложка из проводящего 4H-SiC диаметром 12 дюймов (карбид кремния) представляет собой сверхбольшую полупроводниковую пластину с широкой запрещенной зоной, разработанную для производства силовой электроники следующего поколения высокого напряжения, высокой мощности, высокой частоты и высокой температуры. Используя присущие SiC преимущества, такие как высокая критическая напряженность электрического поля, высокая скорость дрейфа электронов при насыщении, высокая теплопроводность, и отличная химическая стабильность— эта подложка позиционируется как базовый материал для передовых платформ силовых приборов и новых применений пластин большой площади.

Для удовлетворения общеотраслевых требований по снижению затрат и повышению производительности переход от основных 6–8-дюймовых SiC к 12-дюймовым SiC подложкам широко признан ключевым путем. 12-дюймовая пластина обеспечивает значительно большую полезную площадь, чем форматы меньшего размера, что позволяет увеличить выход кристаллов с пластины, улучшить использование пластин и уменьшить долю потерь по краям — тем самым поддерживая общую оптимизацию затрат на производство по всей цепочке поставок.

Путь выращивания кристаллов и изготовления пластин

Эта проводящая подложка 4H-SiC диаметром 12 дюймов производится посредством полной технологической цепочки, охватывающей расширение затравки, выращивание монокристалла, нарезку пластин, утонение и полировку, в соответствии со стандартными методами производства полупроводников:

• Расширение затравки методом физического осаждения из паровой фазы (PVT):
  12-дюймовый затравочный кристалл 4H-SiC получается путем расширения диаметра с использованием метода PVT, что позволяет впоследствии выращивать проводящие буля 4H-SiC диаметром 12 дюймов.

• Выращивание монокристалла проводящего 4H-SiC:
  Выращивание проводящего n⁺ 4H-SiC монокристалла достигается путем введения азота в среду выращивания для обеспечения контролируемого легирования донорами.

• Производство пластин (стандартная обработка полупроводников):
  После придания формы булю пластины изготавливаются путем лазерной резки, с последующим утонением, полировкой (включая финишную обработку на уровне CMP) и очисткой.
  Полученная толщина подложки составляет 560 μм.

Этот интегрированный подход предназначен для поддержания стабильного роста при сверхбольшом диаметре, сохраняя при этом кристаллографическую целостность и стабильные электрические свойства.

Методы метрологии и характеризации

Для обеспечения всесторонней оценки качества подложка характеризуется с использованием комбинации структурных, оптических, электрических инструментов и инструментов для обнаружения дефектов:

• Рамановская спектроскопия (картирование по площади): проверка однородности политипа по всей пластине

• Полностью автоматизированная оптическая микроскопия (картирование пластин): обнаружение и статистическая оценка микропор

• Бесконтактная резистивная метрология (картирование пластин): распределение удельного сопротивления по нескольким точкам измерения

• Рентгеновская дифракция высокого разрешения (HRXRD): оценка качества кристалла посредством измерений кривой качания

• Инспекция дислокаций (после селективного травления): оценка плотности и морфологии дислокаций (с акцентом на винтовые дислокации)

Основные результаты работы (Представительные)

Результаты характеризации показывают, что проводящая подложка 4H-SiC диаметром 12 дюймов демонстрирует высокое качество материала по критическим параметрам:

(1) Чистота и однородность политипа

• Картирование по площади методом Рамановской спектроскопии показывает 100% покрытие политипом 4H-SiC по всей подложке.

• Не обнаружено включений других политипов (например, 6H или 15R), что указывает на превосходный контроль политипа в масштабе 12 дюймов.

(2) Плотность микропор (MPD)

• Картирование в масштабе пластины методом микроскопии показывает плотность микропор < 0,01 см⁻², что отражает эффективное подавление этой категории дефектов, ограничивающих работу прибора.

(3) Электрическое сопротивление и однородность

• Картирование сопротивления бесконтактным методом (измерение по 361 точке) показывает:

  • Диапазон сопротивления: 20,5–23,6 мΩ·см

  • Среднее сопротивление: 22,8 мΩ·см

  • Неоднородность: < 2%
    Эти результаты указывают на хорошую согласованность включения легирующей добавки и благоприятную электрическую однородность в масштабе пластины.

(4) Качество кристалла (HRXRD)

• Измерения кривой качания HRXRD на отражении (004), выполненные в пяти точках вдоль направления диаметра пластины, показывают:

  • Одиночные, почти симметричные пики без многопикового поведения, что предполагает отсутствие низкоугловых границ зерен.

  • Среднее значение FWHM: 20,8 угловых секунд (″), что указывает на высокое качество кристалла.

(5) Плотность винтовых дислокаций (TSD)

• После селективного травления и автоматического сканирования плотность винтовых дислокаций измеряется на уровне 2 см⁻², что демонстрирует низкую TSD в масштабе 12 дюймов.

Вывод из вышеуказанных результатов:
Подложка демонстрирует отличную чистоту политипа 4H, сверхнизкую плотность микропор, стабильное и однородное низкое сопротивление, высокое качество кристалла и низкую плотность винтовых дислокаций, что подтверждает ее пригодность для производства передовых приборов.

Подложка из проводящего 4H-SiC диаметром 12 дюймов

Типичные спецификации

Ценность продукта и преимущества

1. Обеспечивает переход к производству SiC диаметром 12 дюймов
   Предоставляет высококачественную платформу подложки, соответствующую дорожной карте отрасли к производству пластин SiC диаметром 12 дюймов.

2. Низкая плотность дефектов для повышения выхода годных приборов и надежности
   Сверхнизкая плотность микропор и низкая плотность винтовых дислокаций помогают уменьшить катастрофические и параметрические механизмы потерь выхода.

3. Отличная электрическая однородность для стабильности процесса
   Жесткое распределение сопротивления поддерживает улучшенную согласованность приборов от пластины к пластине и внутри пластины.

4. Высокое качество кристалла, поддерживающее эпитаксию и обработку приборов
   Результаты HRXRD и отсутствие признаков низкоугловых границ зерен указывают на благоприятное качество материала для эпитаксиального роста и изготовления приборов.

Целевые области применения

Подложка из проводящего 4H-SiC диаметром 12 дюймов применима для:

• Силовые приборы SiC: MOSFET, диоды Шоттки (SBD) и связанные с ними структуры

• Электрические транспортные средства: основные тяговые инверторы, бортовые зарядные устройства (OBC) и преобразователи постоянного тока в постоянный ток

• Возобновляемая энергия и сети: фотоэлектрические инверторы, системы хранения энергии и модули интеллектуальной сети

• Промышленная силовая электроника: высокоэффективные источники питания, приводы двигателей и высоковольтные преобразователи

• Новые требования к пластинам большой площади: передовая упаковка и другие сценарии производства полупроводников, совместимые с 12-дюймовыми пластинами