Oblea SiC Epi

Oblea Epi SiC

La oblea epitaxial de SiC es un tipo de oblea de carburo de silicio que tiene una película monocristalina (capa epitaxial) con ciertos requisitos y el mismo cristal que el sustrato se cultiva en el sustrato de SiC. En aplicaciones prácticas, casi todos los dispositivos semiconductores de banda prohibida ancha se fabrican en obleas epitaxiales, mientras que la oblea de carburo de silicio en sí misma solo se usa como sustrato, incluido el sustrato para el crecimiento epitaxial de GaN.

Descripción

En comparación con los dispositivos de potencia tradicionales basados ​​en Si, los materiales monocristalinos de SiC no pueden fabricar directamente el dispositivo de potencia de SiC. La oblea de epitaxia de SiC de alta calidad debe cultivarse en un sustrato conductor de SiC. Luego, use las obleas epi de SiC para fabricar los dispositivos.

Epitaxial es un proceso importante en todo el flujo de la industria de semiconductores. Debido a que los dispositivos casi se obtienen por crecimiento epitaxial, la calidad de la oblea epitaxial de carburo de silicio tendrá un gran efecto en el rendimiento de los dispositivos. Además, el epitaxial está en la posición media de todo el proceso de semiconductores, que se ve muy afectado por el procesamiento de cristales y sustratos. Con todo, el proceso epitaxial juega un papel importante en el desarrollo de la industria.

1. Especificación de la oblea epitaxial SiC

1.1 Especificación de oblea epitaxial de carburo de silicio de 4”

Artículos N-tipo Típico Tipo P Típico
Especificaciones Especificaciones
Diámetro 4″(100 mm) - 4″(100 mm) -
Tipo polivinílico 4H - 4H -
Superficie (0001) cara de silicona - (0001) cara de silicona -
Desorientación hacia <11-20> 4 grados - 4 grados -
Conductividad de tipo n - p-tipo -
dopante sin dopar, nitrógeno - Aluminio -
concentración de portadores <1E14,2E14-2E19 cm-3 - 2E14-2E19 cm-3 -
Tolerancia ±18% ±14% ±48% ±24%
Uniformidad <14% 8% <19% 14%
Gama de espesor 0,5-100 micras - 0,5-30 micras -
Tolerancia 8% ±4% ±8% ±4%
Uniformidad <5% 1,80% <5% 1,80%

 

1.2 Especificaciones de oblea Epi SiC de 6”

Artículos N-tipo Típico Tipo P Típico
Especificaciones Especificaciones
Diámetro 6″(150 mm) - 6″(150 mm) -
Tipo polivinílico 4H - 4H -
Superficie (0001) cara de silicona - (0001) cara de silicona -
Desorientación hacia <11-20> 4 grados - 4 grados -
Conductividad de tipo n - p-tipo -
dopante sin dopar, nitrógeno - Aluminio -
concentración de portadores <1E14,2E14-2E19 cm-3 - 2E14-2E19 cm-3 -
Tolerancia ±18% ±14% ±48% ±24%
Uniformidad <14% 0.08 <19% 0.14
Gama de espesor 0,5-80 micras - 0,5-30 micras -
Tolerancia 0.08 ±4% ±8% ±4%
Uniformidad <5% 2% <5% 2%

 

Nota:

* En el mercado de obleas epi de SiC, todo el sustrato de SiC para el crecimiento epi es de grado de producción, y la exclusión del borde debe ser de 3 mm;

* Las capas epi de tipo N <20 micras están precedidas por una capa tampón de tipo n, E18 cm-3, de 0,5 μm;

* Las capas epi de tipo N ≥20 micras están precedidas por una capa tampón de tipo n, E18, 1-5 μm;

* No todas las densidades de dopaje están disponibles en todos los espesores;

* El dopaje de tipo N se determina como un valor promedio en la oblea (17 puntos) utilizando el CV de la sonda de Hg;

* El grosor de la oblea de SiC se determina como un valor promedio en toda la oblea (9 puntos) usando FTIR;

* Uniformidad: desviación estándar (σ)/promedio.

2. ¿Cuál es la diferencia entre la epitaxia de SiC y la epitaxia de silicio?

El sustrato de SiC generalmente se cultiva mediante PVT con una temperatura de hasta 2000 ℃. Sin embargo, el ciclo de producción es largo; la salida es baja. En comparación con el sustrato de silicio, el costo del sustrato de SiC es muy alto.

En cuanto al proceso epitaxial, el proceso de epitaxia de SiC es casi el mismo que el del silicio, pero habrá pequeñas diferencias en el diseño de la temperatura y el diseño de la estructura.

Debido a la particularidad de los materiales, la tecnología de procesamiento del dispositivo es diferente del silicio. Se adoptan procesos de alta temperatura que incluyen implantación de iones, oxidación y recocido.

3. ¿Cuáles son los parámetros clave de la oblea Epi de carburo de silicio?

El espesor y la uniformidad de la concentración de dopaje son los parámetros más básicos y clave de los materiales epitaxiales de SiC. En realidad, los parámetros de la oblea epi de SiC dependen del diseño del dispositivo. Tome el siguiente caso como ejemplo: diferentes niveles de voltaje de los dispositivos determinarán los parámetros epitaxiales. Específicamente, el grosor epitaxial de la oblea de SiC debe ser de 6 um a un voltaje bajo de 600 V; el grosor de la oblea de SiC debe ser de 10~15um a un voltaje medio de 1200~1700V; el grosor de las capas epitaxiales de carburo de silicio debe ser superior a 100 um a un voltaje >= 10000. El grosor epitaxial aumenta junto con los aumentos de capacidad de voltaje. Es más difícil cultivar obleas epi de SiC de alta calidad, ya que existe un gran desafío en el control de defectos, especialmente en aplicaciones de alto voltaje.

De hecho, SiC epi tiene muchos defectos. Debido a los diferentes cristales, sus defectos también son diferentes. Los defectos incluyen principalmente microtúbulos, defectos triangulares, defectos de zanahoria superficial, agregación en escalera y otros defectos especiales. Vale la pena señalar que muchos defectos provienen directamente del sustrato. Por lo tanto, la calidad y el nivel de procesamiento del sustrato, particularmente el control de defectos, son muy importantes para el crecimiento epitaxial.

Los defectos epitaxiales de SiC generalmente se clasifican en fatales y no fatales. Los defectos fatales, como los defectos triangulares y los excrementos, tienen un impacto en todo tipo de dispositivos, incluidos diodos, MOSFET y dispositivos bipolares. El mayor impacto es el voltaje de ruptura, que puede reducir el voltaje de ruptura en un 20 % o incluso en un 90 %. Los defectos no fatales, como algunos TSD y TED, pueden no tener efecto en el diodo y pueden tener un impacto en la vida útil de los dispositivos MOS y bipolares, o tener algún efecto de fuga, lo que eventualmente afectará la tasa de calificación de procesamiento de el dispositivo.

Los defectos epitaxiales de carburo de silicio generalmente se dividen en defectos fatales y defectos no fatales. Los defectos fatales, como los defectos triangulares y el goteo, pueden afectar a todo tipo de dispositivos, como diodos, MOSFET y dispositivos bipolares. La mayor influencia es el voltaje de ruptura, que se redujo del 20%, incluso al 90%. Los defectos no fatales, como algunos TSD y Ted, pueden no afectar los diodos, pero pueden afectar la vida útil de los dispositivos MOS y bipolares, o tener un cierto efecto de fuga. Eventualmente, afectará la tasa de calificación de procesamiento del dispositivo.

Las siguientes son varias sugerencias para controlar los defectos epitaxiales de la producción de obleas de SiC:

En primer lugar, seleccione cuidadosamente el material del sustrato;

En segundo lugar, seleccione el equipo y la localización;

En tercer lugar, elija la tecnología de proceso adecuada.

4. ¿Cuál es el progreso de la tecnología epitaxial de SiC?

En el campo de voltaje medio y bajo, el espesor y la concentración de dopaje de la oblea epitaxial de SiC pueden ser relativamente buenos. Sin embargo, en el campo de alto voltaje, todavía hay muchas dificultades que superar, incluido el grosor, la uniformidad de la concentración de dopaje, los defectos triangulares, etc.

En las aplicaciones de media y baja tensión, el proceso de epitaxia de SiC está maduro. La película delgada epitaxial de SiC puede satisfacer las demandas de SBD, JBS, MOS y otros dispositivos de media y baja tensión en general. El espesor y la concentración de dopaje de capas epitaxiales de 10 um en aplicaciones de dispositivos de 1200 V se obtienen con un buen nivel. Los defectos superficiales pueden alcanzar menos de 0,5 metros cuadrados.

En el campo de alto voltaje, la tecnología de epitaxia de carburo de silicio es relativamente atrasada. Una oblea epitaxial de SiC de 200 um tiene mucha uniformidad, grosor y concentración para fabricar un dispositivo de 20000 V. Mientras tanto, la película gruesa de SiC requerida por los dispositivos de alto voltaje tiene muchos defectos, especialmente los defectos triangulares. Afectará la preparación de los dispositivos de alta corriente. Un área de chip grande puede producir una gran corriente y la vida útil de la portadora minoritaria será baja.

Con respecto al campo de alto voltaje, los tipos de dispositivos tienden a usar dispositivos bipolares, lo que requiere una mayor vida útil de los portadores minoritarios. La vida útil del portador minoritario debe ser de al menos 5us o más para obtener la corriente directa ideal. Los parámetros de vida útil de los portadores minoritarios de las obleas epitaxiales de SiC son 1~2us. Por lo tanto, esto no es tan importante para los dispositivos de alto voltaje ahora, pero necesita un tratamiento técnico posterior.

5. ¿Cuál es la tecnología de fabricación de SiC Epi Wafer?

La epitaxia de carburo de silicio tiene dos tecnologías principales en equipos:

Modelo de crecimiento de flujo de 1/paso propuesto en 1980: juega un papel muy importante en el desarrollo y la calidad de la epitaxia. Se puede cultivar a temperaturas relativamente bajas. Al mismo tiempo, puede lograr un control muy estable para la forma de cristal 4H en la que estamos interesados. Se introduce TCS para mejorar la tasa de crecimiento.

2/La introducción de TCS puede lograr una tasa de crecimiento de más de 10 veces la tasa de crecimiento tradicional. La introducción de TCS no solo mejora la tasa de producción, sino que también controla en gran medida la calidad, especialmente para el control de las gotas de silicio. Por lo tanto, es muy beneficioso para el crecimiento epitaxial de película gruesa. Esta tecnología fue comercializada por primera vez por LPE en 14 años. En aproximadamente 17 años, Aixtron actualizó el equipo y trasplantó la tecnología a equipos comerciales.

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