Wafer SiC Epi

Description

Par rapport aux dispositifs d'alimentation traditionnels à base de Si, les matériaux monocristallins SiC ne peuvent pas fabriquer directement le dispositif d'alimentation SiC. Une plaquette d'épitaxie SiC de haute qualité doit être développée sur un substrat conducteur SiC. Ensuite, utilisez les tranches d'épi SiC pour fabriquer les dispositifs.

L'épitaxie est un processus important dans l'ensemble du flux de l'industrie des semi-conducteurs. Étant donné que les dispositifs sont presque obtenus par croissance épitaxiale, la qualité de la tranche épitaxiale de carbure de silicium aura un effet important sur les performances des dispositifs. De plus, l'épitaxie est en position médiane de l'ensemble du processus de semi-conducteur, qui est fortement affecté par le traitement du cristal et du substrat. Dans l'ensemble, le processus épitaxial joue un rôle important dans le développement de l'industrie.

1. Spécification de la plaquette épitaxiale SiC

1.1 Spécification de la plaquette épitaxiale en carbure de silicium de 4 pouces

Articles	De type N	Typique	De type P,	Typique
	Spécification		Spécification
Diamètre	4″(100mm)	-	4″(100mm)	-
Type poly	4H	-	4H	-
Surface	(0001) Face en silicone	-	(0001) Face en silicone	-
Désorientation vers <11-20>	4 degrés	-	4 degrés	-
Conductivité	de type n	-	de type p	-
dopant	Non dopé, Azote	-	Aluminium	-
Concentration porteuse	<1E14,2E14-2E19cm-3	-	2E14-2E19cm-3	-
Tolérance	±18%	±14%	±48%	±24%
Uniformité	< 14%	8%	< 19%	14%
Gamme d'épaisseur	0,5-100 μm	-	0,5-30 μm	-
Tolérance	8%	±4 %	±8 %	±4 %
Uniformité	< 5%	1,80 %	< 5%	1,80 %

 

1.2 Spécification de 6" SiC Epi Wafer

Articles	De type N	Typique	De type P,	Typique
	Spécification		Spécification
Diamètre	6″(150mm)	-	6″(150mm)	-
Type poly	4H	-	4H	-
Surface	(0001) Face en silicone	-	(0001) Face en silicone	-
Désorientation vers <11-20>	4 degrés	-	4 degrés	-
Conductivité	de type n	-	de type p	-
dopant	Non dopé, Azote	-	Aluminium	-
Concentration porteuse	<1E14,2E14-2E19cm-3	-	2E14-2E19cm-3	-
Tolérance	±18%	±14%	±48%	±24%
Uniformité	< 14%	0.08	< 19%	0.14
Gamme d'épaisseur	0,5-80 μm	-	0,5-30 μm	-
Tolérance	0.08	±4 %	±8 %	±4 %
Uniformité	< 5%	2%	< 5%	2%

 

Remarque:

* Sur le marché des plaquettes épi SiC, tout le substrat SiC pour la croissance épi est de qualité production et l'exclusion des bords doit être de 3 mm;

* Les couches épi de type N <20 microns sont précédées d'une couche tampon de type n, E18 cm-3, 0,5 μm ;

* Les couches épi de type N ≥ 20 microns sont précédées d'une couche tampon de type n, E18, 1-5 μm ;

* Toutes les densités de dopage ne sont pas disponibles dans toutes les épaisseurs ;

* Le dopage de type N est déterminé comme une valeur moyenne sur la plaquette (17 points) à l'aide de la sonde Hg CV ;

* L'épaisseur de la plaquette de SiC est déterminée comme une valeur moyenne sur la plaquette (9 points) à l'aide de FTIR ;

* Uniformité : écart type (σ)/moyenne.

2. Quelle est la différence entre l'épitaxie SiC et l'épitaxie Silicium ?

Le substrat SiC est généralement développé par PVT avec une température aussi élevée que 2000℃. Cependant, le cycle de production est long ; la sortie est faible. Comparé au substrat de silicium, le coût du substrat SiC est très élevé.

En ce qui concerne le processus d'épitaxie, le processus d'épitaxie SiC est presque identique à celui du silicium, mais il y aura quelques différences dans la conception de la température et la conception de la structure.

En raison de la particularité des matériaux, la technologie de traitement de l'appareil est différente du silicium. Des procédés à haute température comprenant l'implantation ionique, l'oxydation et le recuit sont adoptés.

3. Quels sont les paramètres clés de l'Epi Wafer en carbure de silicium ?

L'épaisseur et l'uniformité de la concentration de dopage sont les paramètres les plus fondamentaux et les plus importants des matériaux épitaxiaux SiC. En fait, les paramètres de la plaquette épi SiC dépendent de la conception de l'appareil. Prenons le cas suivant comme exemple : différents niveaux de tension des dispositifs détermineront les paramètres d'épitaxie. Plus précisément, l'épaisseur épitaxiale de la tranche de SiC doit être de 6 um à une basse tension de 600 V ; l'épaisseur de la tranche de SiC doit être de 10 ~ 15 um à une tension moyenne de 1200 ~ 1700 V ; l'épaisseur des couches épitaxiales de carbure de silicium doit être supérieure à 100 µm à une tension >= 10 000. L'épaisseur épitaxiale augmente parallèlement à l'augmentation de la capacité de tension. Il est plus difficile de développer des tranches d'épi SiC de haute qualité car le contrôle des défauts représente un grand défi, en particulier dans les applications à haute tension.

En effet, le SiC epi présente de nombreux défauts. En raison de cristaux différents, leurs défauts sont également différents. Les défauts comprennent principalement les microtubules, les défauts triangulaires, les défauts de carotte de surface, l'agrégation en échelle et d'autres défauts spéciaux. Il convient de noter que de nombreux défauts proviennent directement du substrat. Par conséquent, la qualité et le niveau de traitement du substrat, en particulier le contrôle des défauts, sont très importants pour la croissance épitaxiale.

Les défauts épitaxiaux SiC sont généralement classés en mortels et non mortels. Les défauts fatals, tels que les défauts triangulaires et les chutes, ont un impact sur tous les types d'appareils, y compris les diodes, les MOSFET et les appareils bipolaires. L'impact le plus important est la tension de claquage, qui peut réduire la tension de claquage de 20 %, voire 90 %. Les défauts non mortels, tels que certains TSD et TED, peuvent n'avoir aucun effet sur la diode et peuvent avoir un impact sur la durée de vie des dispositifs MOS et bipolaires, ou avoir un effet de fuite, ce qui finira par affecter le taux de qualification de traitement de le dispositif.

Les défauts épitaxiaux de carbure de silicium sont généralement divisés en défauts fatals et défauts non fatals. Les défauts fatals tels que les défauts triangulaires et les gouttes peuvent affecter tous les types d'appareils, comme les diodes, les MOSFET et les appareils bipolaires. La plus grande influence est la tension de claquage, passée de 20%, voire 90%. Les défauts non mortels, comme certains TSD et Ted, peuvent ne pas affecter les diodes, mais peuvent affecter la durée de vie des dispositifs MOS et bipolaires, ou avoir un certain effet de fuite. À terme, cela affectera le taux de qualification du traitement de l'appareil.

Voici quelques suggestions pour contrôler les défauts épitaxiaux de la production de tranches de SiC :

Tout d'abord, sélectionnez soigneusement le matériau du substrat ;

Deuxièmement, sélectionnez l'équipement et la localisation ;

Troisièmement, choisissez la technologie de processus appropriée.

4. Quelles avancées de la technologie épitaxiale SiC ?

Dans le domaine de la moyenne et de la basse tension, l'épaisseur et la concentration de dopage de la tranche épitaxiale de SiC peuvent être relativement bonnes. Cependant, dans le domaine de la haute tension, il reste encore de nombreuses difficultés à surmonter, notamment l'épaisseur, l'uniformité de la concentration de dopage, les défauts triangulaires, etc.

Dans les applications moyenne et basse tension, le procédé d'épitaxie SiC est mature. Le film mince épitaxial SiC peut répondre aux exigences des SBD, JBS, MOS et autres dispositifs à moyenne et basse tension dans l'ensemble. L'épaisseur et la concentration de dopage des couches épitaxiales de 10 um dans les applications de dispositifs 1200 V sont obtenues avec un bon niveau. Les défauts de surface peuvent atteindre moins de 0,5 mètre carré.

Dans le domaine de la haute tension, la technologie d'épitaxie au carbure de silicium est relativement arriérée. Une plaquette épitaxiale SiC de 200 um a beaucoup d'uniformité, d'épaisseur et de concentration pour fabriquer un dispositif de 20 000 V. Pendant ce temps, le film épais de SiC requis par les dispositifs à haute tension présente de nombreux défauts, en particulier les défauts triangulaires. Cela affectera la préparation des appareils à courant élevé. Une grande surface de puce peut produire un courant important et la durée de vie du porteur minoritaire sera faible.

En ce qui concerne le champ haute tension, les types d'appareils ont tendance à utiliser des appareils bipolaires, nécessitant une durée de vie des porteurs minoritaires plus élevée. La durée de vie des porteurs minoritaires doit être d'au moins 5 us ou plus pour obtenir le courant direct idéal. Les paramètres de durée de vie des porteurs minoritaires des tranches épitaxiales SiC sont de 1 à 2 us. Ainsi, ce n'est pas si important pour les appareils à haute tension maintenant, mais nécessite un traitement technique ultérieur.

5. Quelle est la technologie de fabrication de SiC Epi Wafer ?

L'épitaxie au carbure de silicium dispose de deux technologies majeures dans les équipements :

1/Modèle de croissance par étapes proposé en 1980 : Celui-ci joue un rôle très important dans le développement et la qualité de l'épitaxie. Il peut être cultivé à température relativement basse. En même temps, il peut obtenir un contrôle très stable pour la forme cristalline 4H qui nous intéresse. Le TCS est introduit pour améliorer le taux de croissance.

2/L'introduction de TCS peut atteindre un taux de croissance plus de 10 fois supérieur au taux de croissance traditionnel. L'introduction du TCS améliore non seulement le taux de production, mais contrôle également considérablement la qualité, en particulier pour le contrôle des gouttelettes de silicium. Par conséquent, il est très bénéfique pour la croissance épitaxiale de film épais. Cette technologie a été commercialisée pour la première fois par LPE en 14 ans. En 17 ans environ, Aixtron a amélioré l'équipement et transplanté la technologie dans l'équipement commercial.