SiC Epi Wafer

Popis

Ve srovnání s tradičními napájecími zařízeními na bázi Si nemohou monokrystalické materiály SiC přímo vyrobit napájecí zařízení SiC. SiC epitaxní wafer vysoké kvality musí být pěstován na SiC vodivém substrátu. Poté použijte SiC epi destičky k výrobě zařízení.

Epitaxní je důležitý proces v celém toku polovodičového průmyslu. Protože zařízení jsou téměř získána epitaxním růstem, kvalita epitaxního plátku z karbidu křemíku bude mít velký vliv na výkon zařízení. Epitaxní je navíc ve střední poloze celého polovodičového procesu, což je značně ovlivněno zpracováním krystalu a substrátu. Celkově vzato hraje epitaxní proces důležitou roli ve vývoji tohoto odvětví.

1. Specifikace SiC epitaxního plátku

1.1 Specifikace 4” epitaxního plátku z karbidu křemíku

Předměty	Typu N	Typický	Typu P	Typický
	Specifikace		Specifikace
Průměr	4″ (100 mm)	—	4″ (100 mm)	—
Polytyp	4H	—	4H	—
Povrch	(0001) Silicon-face	—	(0001) Silicon-face	—
Vypnutá orientace směrem k <11-20>	4 stupně	—	4 stupně	—
Vodivost	n-typ	—	p-typ	—
dopant	Nedopovaný, dusík	—	Hliník	—
Carrier Koncentrace	<1E14,2E14-2E19 cm-3	—	2E14-2E19 cm-3	—
Tolerance	±18 %	±14 %	±48 %	±24 %
Jednotnost	< 14 %	8 %	< 19 %	14%
Rozsah tloušťky	0,5-100 μm	—	0,5-30 μm	—
Tolerance	8 %	±4 %	±8 %	±4 %
Jednotnost	< 5 %	1,80 %	< 5 %	1,80 %

 

1.2 Specifikace 6” SiC Epi Wafer

Předměty	Typu N	Typický	Typu P	Typický
	Specifikace		Specifikace
Průměr	6″ (150 mm)	—	6″ (150 mm)	—
Polytyp	4H	—	4H	—
Povrch	(0001) Silicon-face	—	(0001) Silicon-face	—
Vypnutá orientace směrem k <11-20>	4 stupně	—	4 stupně	—
Vodivost	n-typ	—	p-typ	—
dopant	Nedopovaný, dusík	—	Hliník	—
Carrier Koncentrace	<1E14,2E14-2E19 cm-3	—	2E14-2E19 cm-3	—
Tolerance	±18 %	±14 %	±48 %	±24 %
Jednotnost	< 14 %	0.08	< 19 %	0.14
Rozsah tloušťky	0,5-80 μm	—	0,5-30 μm	—
Tolerance	0.08	±4 %	±8 %	±4 %
Jednotnost	< 5 %	2%	< 5 %	2%

 

Poznámka:

* Na trhu SiC epi destiček je veškerý SiC substrát pro epi růst produkční třídy a okraj by měl být 3 mm;

* Vrstvy epi typu N <20 mikronů jsou předřazeny tlumicí vrstvou typu n, E18 cm-3, 0,5 μm;

* Epi vrstvám typu N ≥ 20 mikronů předchází vrstva typu n, E18, 1-5 μm pufrovací vrstva;

* Ne všechny dopingové hustoty jsou dostupné ve všech tloušťkách;

* Doping typu N se stanoví jako průměrná hodnota na plátku (17 bodů) pomocí Hg sondy CV;

* Tloušťka SiC plátku je určena jako průměrná hodnota napříč plátkem (9 bodů) pomocí FTIR;

* Jednotnost: standardní odchylka (σ)/průměr.

2. Jaký je rozdíl mezi SiC epitaxí a křemíkovou epitaxí?

Substrát SiC se obvykle pěstuje pomocí PVT s teplotou až 2000 °C. Výrobní cyklus je však dlouhý; výstup je nízký. Ve srovnání s křemíkovým substrátem jsou náklady na substrát SiC velmi vysoké.

Pokud jde o epitaxní proces, proces epitaxe SiC je téměř stejný jako u křemíku, ale budou zde malé rozdíly v návrhu teploty a návrhu struktury.

Vzhledem ke specifičnosti materiálů se technologie zpracování zařízení liší od křemíku. Jsou přijaty vysokoteplotní procesy včetně iontové implantace, oxidace a žíhání.

3. Jaké jsou klíčové parametry Epi Wafer z karbidu křemíku?

Tloušťka a jednotnost dopingové koncentrace jsou nejzákladnějšími a klíčovými parametry SiC epitaxních materiálů. Ve skutečnosti jsou parametry SiC epi waferu závislé na konstrukci zařízení. Vezměte si následující případ jako příklad: různé úrovně napětí zařízení určují epitaxní parametry. Konkrétně by epitaxní tloušťka SiC plátku měla být 6 um při nízkém napětí 600 V; tloušťka SiC plátku by měla být 10~15um při středním napětí 1200~1700V; tloušťka epitaxních vrstev karbidu křemíku by měla být větší než 100 um při napětí >= 10 000. Epitaxní tloušťka se zvyšuje spolu se zvyšující se schopností napětí. Je obtížnější vypěstovat vysoce kvalitní SiC epi destičky, protože kontrola defektů je velkou výzvou, zejména ve vysokonapěťových aplikacích.

Ve skutečnosti má SiC epi mnoho defektů. Díky různým krystalům jsou různé i jejich vady. Mezi defekty patří především mikrotubuly, trojúhelníkové defekty, povrchové defekty mrkve, agregace žebříčku a další speciální defekty. Stojí za zmínku, že mnoho vad je přímo z podkladu. Proto je pro epitaxní růst velmi důležitá kvalita a úroveň zpracování substrátu, zejména kontrola defektů.

Epitaxní defekty SiC se obecně dělí na fatální a nefatální. Fatální defekty, jako jsou trojúhelníkové defekty a výkaly, mají dopad na všechny typy zařízení, včetně diod, MOSFETů a bipolárních zařízení. Největší dopad má průrazné napětí, které může průrazné napětí snížit o 20 % nebo dokonce o 90 %. Nefatální defekty, jako jsou některé TSD a TED, nemusí mít žádný vliv na diodu a mohou mít dopad na životnost MOS a bipolárních zařízení nebo mít určitý vliv na únik, který nakonec ovlivní rychlost kvalifikace zpracování zařízení.

Epitaxní defekty karbidu křemíku se obecně dělí na defekty fatální a defekty nefatální. Fatální defekty, jako jsou trojúhelníkové defekty a kapání, mohou ovlivnit všechny typy zařízení, jako jsou diody, MOSFET a bipolární zařízení. Největší vliv má průrazné napětí, které kleslo z 20% až na 90%. Nefatální závady, jako některé TSD a Ted, nemusí mít vliv na diody, ale mohou ovlivnit životnost MOS a bipolárních zařízení nebo mít určitý únikový efekt. Nakonec to ovlivní rychlost kvalifikace zpracování zařízení.

Následuje několik návrhů pro kontrolu epitaxních defektů výroby SiC destiček:

Nejprve pečlivě vyberte materiál substrátu;

Za druhé, vyberte zařízení a lokalizaci;

Za třetí, zvolte správnou technologii procesu.

4. Jaký pokrok SiC epitaxní technologie?

V oblasti středního a nízkého napětí může být tloušťka a dopingová koncentrace SiC epitaxního plátku relativně dobrá. Ve vysokonapěťovém poli však stále existuje mnoho problémů, včetně tloušťky, rovnoměrnosti koncentrace dopingu, trojúhelníkových defektů a tak dále, které je třeba překonat.

V aplikacích středního a nízkého napětí je proces epitaxe SiC vyspělý. Epitaxní tenký film SiC může celkově splnit požadavky SBD, JBS, MOS a dalších zařízení při středním a nízkém napětí. Tloušťka a koncentrace dopingu 10um epitaxních vrstev v aplikacích zařízení 1200V jsou získány na dobré úrovni. Povrchové vady mohou dosahovat méně než 0,5 m2.

V oblasti vysokého napětí je technologie epitaxe karbidu křemíku relativně zaostalá. 200um epitaxní plátek SiC má velkou jednotnost, tloušťku a koncentraci pro výrobu 20000 V zařízení. Mezitím tlustý film SiC požadovaný vysokonapěťovými zařízeními má mnoho defektů, zejména trojúhelníkových defektů. Bude to mít vliv na přípravu vysokoproudých zařízení. Velká plocha čipu může produkovat velký proud a životnost menšinového nosiče bude nízká.

Pokud jde o vysokonapěťové pole, typy zařízení mají tendenci používat bipolární zařízení, která vyžadují vyšší životnost minoritních nosičů. Pro dosažení ideálního dopředného proudu musí být životnost minoritního nosiče alespoň 5 us nebo delší. Parametry životnosti minoritních nosičů SiC epitaxních destiček jsou 1~2us. U vysokonapěťových zařízení to nyní není tak důležité, ale vyžaduje následné technické ošetření.

5. Jaká je technologie výroby SiC Epi Wafer?

Epitaxe karbidu křemíku má dvě hlavní technologie v zařízení:

1/Step flow growth model navržený v roce 1980: Toto hraje velmi důležitou roli ve vývoji a kvalitě epitaxe. Dá se pěstovat při relativně nízkých teplotách. Současně může dosáhnout velmi stabilní kontroly pro 4H krystalovou formu, o kterou se zajímáme, že TCS je zaveden pro zlepšení rychlosti růstu.

2/Zavedením TCS lze dosáhnout tempa růstu více než 10násobku tradičního tempa růstu. Zavedení TCS nejen zlepšuje rychlost výroby, ale také výrazně kontroluje kvalitu, zejména pro kontrolu křemíkových kapiček. Proto je velmi prospěšný pro epitaxní růst tlustého filmu. Tato technologie byla poprvé uvedena na trh společností LPE za 14 let. Asi za 17 let společnost Aixtron modernizovala zařízení a přesadila technologii na komerční zařízení.