SiC Epi Wafer

Beskrivelse

Sammenlignet med traditionelle SiC-baserede strømenheder kan SiC enkeltkrystalmaterialer ikke direkte fremstille SiC-strømenheden. SiC-epitaksi-wafer med høj kvalitet skal dyrkes på SiC-ledende substrat. Brug derefter SiC epi-wafere til at fremstille enhederne.

Epitaksial er en vigtig proces i hele halvlederindustriens flow. Fordi enheder næsten opnås ved epitaksial vækst, vil kvaliteten af ​​siliciumcarbid epitaksial wafer have en stor effekt på enhedernes ydeevne. Derudover er epitaksialet i midterpositionen af ​​hele halvlederprocessen, som er stærkt påvirket af krystal- og substratbehandling. Alt i alt spiller epitaksial proces en vigtig rolle i udviklingen af ​​industrien.

1. Specifikation af SiC epitaksial wafer

1.1 Specifikation af 4” siliciumcarbid epitaksial wafer

Elementer	N-type	Typisk	P-type	Typisk
	Specifikation		Specifikation
Diameter	4" (100 mm)	—	4" (100 mm)	—
Poly-typen	4H	—	4H	—
Overflade	(0001) Silicium-ansigt	—	(0001) Silicium-ansigt	—
Off-orientering mod <11-20>	4 deg-off	—	4 deg-off	—
Ledningsevne	n-type	—	p-type	—
dopingmiddel	Udopet, nitrogen	—	Aluminium	—
Carrier Koncentration	<1E14,2E14-2E19 cm-3	—	2E14-2E19 cm-3	—
Tolerance	±18 %	±14 %	±48 %	±24 %
ensartethed	< 14 %	8%	< 19 %	14%
Tykkelsesområde	0,5-100 μm	—	0,5-30 μm	—
Tolerance	8%	±4 %	±8 %	±4 %
ensartethed	< 5 %	1,80 %	< 5 %	1,80 %

 

1.2 Specifikation af 6” SiC Epi Wafer

Elementer	N-type	Typisk	P-type	Typisk
	Specifikation		Specifikation
Diameter	6" (150 mm)	—	6" (150 mm)	—
Poly-typen	4H	—	4H	—
Overflade	(0001) Silicium-ansigt	—	(0001) Silicium-ansigt	—
Off-orientering mod <11-20>	4 deg-off	—	4 deg-off	—
Ledningsevne	n-type	—	p-type	—
dopingmiddel	Udopet, nitrogen	—	Aluminium	—
Carrier Koncentration	<1E14,2E14-2E19 cm-3	—	2E14-2E19 cm-3	—
Tolerance	±18 %	±14 %	±48 %	±24 %
ensartethed	< 14 %	0.08	< 19 %	0.14
Tykkelsesområde	0,5-80 μm	—	0,5-30 μm	—
Tolerance	0.08	±4 %	±8 %	±4 %
ensartethed	< 5 %	2%	< 5 %	2%

 

Bemærk:

* På markedet for SiC epi-wafer er alt SiC-substratet til epi-vækst produktionskvalitet, og kantudelukkelsen bør være 3 mm;

* N-type epi-lag <20 mikron er foranstillet af n-type, E18 cm-3, 0,5 μm bufferlag;

* N-type epi-lag ≥20 mikron er foranstillet af n-type, E18, 1-5 μm bufferlag;

* Ikke alle dopingtætheder er tilgængelige i alle tykkelser;

* N-type doping bestemmes som en gennemsnitsværdi over waferen (17 point) ved hjælp af Hg probe CV;

* SiC-wafertykkelsen bestemmes som en gennemsnitsværdi på tværs af waferen (9 point) ved hjælp af FTIR;

* Ensartethed: standardafvigelse (σ)/gennemsnit.

2. Hvad er forskellen mellem SiC epitaksi og silicium epitaksi?

SiC-substratet dyrkes normalt af PVT med temperaturen så høj som 2000 ℃. Produktionscyklussen er dog lang; outputtet er lavt. Sammenlignet med siliciumsubstrat er prisen på SiC-substrat meget høj.

Hvad angår den epitaksiale proces, er SiC-epitaksiprocessen næsten den samme som silicium, men der vil være lidt forskelle i temperaturdesign og strukturdesign.

På grund af materialernes særlige karakter er enhedsbehandlingsteknologien forskellig fra silicium. Højtemperaturprocesser, herunder ionimplantation, oxidation og annealing, er vedtaget.

3. Hvad er nøgleparametrene for Silicon Carbide Epi Wafer?

Tykkelse og ensartethed af dopingkoncentration er de mest grundlæggende og nøgleparametre for SiC epitaksiale materialer. Faktisk er parametrene for SiC epi wafer afhængige af enhedens design. Tag følgende tilfælde som et eksempel: Forskellige spændingsniveauer for enhederne bestemmer de epitaksiale parametre. Specifikt bør SiC-waferens epitaksiale tykkelse være 6um ved en lav spænding på 600V; SiC-wafertykkelsen skal være 10~15um ved en mellemspænding på 1200~1700V; tykkelsen af ​​siliciumcarbid epitaksiale lag bør være mere end 100um ved en spænding >= 10000. Den epitaksiale tykkelse stiger sammen med spændingskapaciteten stiger. Det er vanskeligere at dyrke højkvalitets SiC epi wafere, da der er en stor udfordring i defektkontrol, især i højspændingsapplikationer.

Faktisk har SiC epi mange defekter. På grund af forskellige krystaller er deres defekter også forskellige. Defekterne omfatter hovedsageligt mikrotubuli, trekantede defekter, overfladegulerodsfejl, stigeaggregation og andre specielle defekter. Det er værd at bemærke, at mange defekter er direkte fra underlaget. Derfor er kvaliteten og forarbejdningsniveauet af substratet, især kontrol af defekter, meget vigtigt for epitaksial vækst.

SiC epitaksiale defekter er generelt klassificeret i dødelig og ikke-dødelig. Fatale defekter, såsom trekantsfejl og afføring, har indflydelse på alle typer enheder, inklusive dioder, MOSFET'er og bipolære enheder. Den største påvirkning er nedbrydningsspændingen, som kan reducere nedbrydningsspændingen med 20% eller endda 90%. Ikke-dødelige defekter, såsom nogle TSD og TED, har muligvis ingen effekt på dioden og kan have en indvirkning på levetiden af ​​MOS og bipolære enheder, eller have en effekt af lækage, som i sidste ende vil påvirke behandlingskvalifikationsraten for enheden.

Siliciumcarbid epitaksiale defekter er generelt opdelt i fatale defekter og ikke-dødelige defekter. Fatale defekter såsom trekantede defekter og dryp kan påvirke alle typer enheder, såsom dioder, MOSFET'er og bipolære enheder. Den største indflydelse er nedbrydningsspændingen, faldet fra 20%, endda 90%. Ikke-dødelige defekter, som nogle TSD'er og Ted, påvirker muligvis ikke dioderne, men kan påvirke levetiden for MOS og bipolære enheder eller have en vis lækageeffekt. Til sidst vil det påvirke kvalifikationsraten for enhedsbehandling.

Følgende er flere forslag til kontrol af epitaksiale defekter af SiC wafer produktion:

Først skal du vælge substratmaterialet omhyggeligt;

For det andet skal du vælge udstyr og lokalisering;

For det tredje skal du vælge den rigtige procesteknologi.

4. Hvilken udvikling har SiC epitaksial teknologi?

I mellem- og lavspændingsfeltet kan tykkelsen og dopingkoncentrationen af ​​SiC epitaksial wafer være relativt god. Men i højspændingsfeltet er der stadig mange vanskeligheder, herunder tykkelse, ensartet dopingkoncentration, trekantede defekter og så videre, der skal overvindes.

I mellem- og lavspændingsapplikationer er SiC-epitaksiprocessen moden. SiC epitaksial tynd film kan opfylde kravene fra SBD, JBS, MOS og andre enheder ved mellem- og lavspænding i det hele taget. Tykkelsen og dopingkoncentrationen af ​​10um epitaksiale lag i 1200V enhedsapplikationer opnås med et godt niveau. Overfladefejlene kan nå op på under 0,5 kvadratmeter.

I højspændingsfelt er siliciumcarbid-epitaxiteknologien relativt bagud. En 200um SiC epitaksial wafer har en masse ensartethed, tykkelse og koncentration til fremstilling af en 20000 V enhed. I mellemtiden har den tykke SiC-film, der kræves af højspændingsenheder, mange defekter, især de trekantede defekter. Det vil påvirke stærkstrømsenhedernes forberedelse. Et stort chipområde kan producere en stor strøm, og minoritetsbærerens levetid vil være lav.

Med hensyn til højspændingsfelt har enhedstyper en tendens til at bruge bipolære enheder, hvilket kræver længere levetid for minoritetsbærere. Minoritetsbærerens levetid skal være mindst 5us eller længere for at opnå den ideelle fremadgående strøm. Minoritetsbærerens levetidsparametre for SiC epitaksiale wafere er 1 ~ 2us. Dette er således ikke så vigtigt for højspændingsenheder nu, men kræver efterfølgende teknisk behandling.

5. Hvad er fremstillingsteknologien for SiC Epi Wafer?

Siliciumcarbidepitaksi har to hovedteknologier inden for udstyr:

1/Step flow vækstmodel foreslået i 1980: Dette spiller en meget vigtig rolle i udviklingen og kvaliteten af ​​epitaksi. Den kan dyrkes ved relativt lav temperatur. Samtidig kan det opnå meget stabil kontrol for 4H krystalformen, som vi er interesseret i, at TCS introduceres for at forbedre væksthastigheden.

2/Introduktionen af ​​TCS kan opnå vækstraten mere end 10 gange den traditionelle vækstrate. Introduktionen af ​​TCS forbedrer ikke kun produktionshastigheden, men styrer også i høj grad kvaliteten, især til kontrol af siliciumdråber. Derfor er det meget gavnligt for epitaksial vækst af tykfilm. Denne teknologi blev først kommercialiseret af LPE i 14 år. På omkring 17 år opgraderede Aixtron udstyret og transplanterede teknologien til kommercielt udstyr.