SiC Epi Wafer

Penerangan

Berbanding dengan peranti kuasa berasaskan SiC tradisional, bahan kristal tunggal SiC tidak boleh menghasilkan peranti kuasa SiC secara langsung. Wafer epitaksi SiC dengan kualiti tinggi mesti ditanam pada substrat konduktif SiC. Kemudian, gunakan wafer epi SiC untuk mengarang peranti.

Epitaxial ialah proses penting dalam keseluruhan aliran industri semikonduktor. Oleh kerana peranti hampir diperolehi oleh pertumbuhan epitaxial, kualiti wafer epitaxial silikon karbida akan memberi kesan yang hebat pada prestasi peranti. Di samping itu, epitaxial berada di kedudukan tengah keseluruhan proses semikonduktor, yang sangat dipengaruhi oleh pemprosesan kristal dan substrat. Secara keseluruhannya, proses epitaxial memainkan peranan penting dalam pembangunan industri.

1. Spesifikasi Wafer Epitaxial SiC

1.1 Spesifikasi Wafer Epitaxial Silicon Carbide 4”

barangan	N-jenis	biasa	Jenis-P	biasa
	Spesifikasi		Spesifikasi
diameter	4″(100 mm)	—	4″(100 mm)	—
Poly-jenis	4H	—	4H	—
permukaan	(0001) Muka silikon	—	(0001) Muka silikon	—
Berorientasikan luar ke arah <11-20>	4 deg-off	—	4 deg-off	—
kekonduksian	n-jenis	—	jenis-p	—
Dopant	Tidak didodok, Nitrogen	—	aluminium	—
Konsentrasi Pembawa	<1E14,2E14-2E19 cm-3	—	2E14-2E19 cm-3	—
toleransi	±18%	±14%	±48%	±24%
keseragaman	< 14%	8%	< 19%	14%
Julat ketebalan	0.5-100 μm	—	0.5-30 μm	—
toleransi	8%	±4%	±8%	±4%
keseragaman	< 5%	1.80%	< 5%	1.80%

 

1.2 Spesifikasi Wafer SiC Epi 6”

barangan	N-jenis	biasa	Jenis-P	biasa
	Spesifikasi		Spesifikasi
diameter	6″(150 mm)	—	6″(150 mm)	—
Poly-jenis	4H	—	4H	—
permukaan	(0001) Muka silikon	—	(0001) Muka silikon	—
Berorientasikan luar ke arah <11-20>	4 deg-off	—	4 deg-off	—
kekonduksian	n-jenis	—	jenis-p	—
Dopant	Tidak didodok, Nitrogen	—	aluminium	—
Konsentrasi Pembawa	<1E14,2E14-2E19 cm-3	—	2E14-2E19 cm-3	—
toleransi	±18%	±14%	±48%	±24%
keseragaman	< 14%	0.08	< 19%	0.14
Julat ketebalan	0.5-80 μm	—	0.5-30 μm	—
toleransi	0.08	±4%	±8%	±4%
keseragaman	< 5%	2%	< 5%	2%

 

Nota:

* Dalam pasaran wafer epi SiC, semua substrat SiC untuk pertumbuhan epi adalah gred pengeluaran, dan pengecualian kelebihan hendaklah 3mm;

* Lapisan epi jenis N <20 mikron didahului oleh lapisan penampan jenis-n, E18 cm-3, 0.5 μm;

* Lapisan epi jenis N≥20 mikron didahului oleh lapisan penampan jenis-n, E18, 1-5 μm;

* Tidak semua ketumpatan doping tersedia dalam semua ketebalan;

* Doping jenis N ditentukan sebagai nilai purata merentas wafer (17 mata) menggunakan Hg probe CV;

* Ketebalan wafer SiC ditentukan sebagai nilai purata merentas wafer (9 mata) menggunakan FTIR;

* Keseragaman: sisihan piawai (σ)/purata.

2. Apakah Perbezaan Antara Epitaksi SiC dan Epitaksi Silikon?

Substrat SiC biasanya ditanam oleh PVT dengan suhu setinggi 2000 ℃. Walau bagaimanapun, kitaran pengeluaran adalah panjang; keluarannya rendah. Berbanding dengan substrat silikon, kos substrat SiC adalah sangat tinggi.

Bagi proses epitaksi, proses epitaksi SiC hampir sama dengan silikon, tetapi akan terdapat sedikit perbezaan dalam reka bentuk suhu dan reka bentuk struktur.

Oleh kerana kekhususan bahan, teknologi pemprosesan peranti berbeza daripada silikon. Proses suhu tinggi termasuk implantasi ion, pengoksidaan dan penyepuhlindapan diterima pakai.

3. Apakah Parameter Utama Wafer Epi Silicon Carbide?

Ketebalan dan keseragaman kepekatan doping adalah parameter paling asas dan utama bagi bahan epitaxial SiC. Sebenarnya, parameter wafer SiC epi bergantung pada reka bentuk peranti. Ambil kes berikut sebagai contoh: tahap voltan yang berbeza bagi peranti akan menentukan parameter epitaxial. Khususnya, ketebalan epitaxial wafer SiC hendaklah 6um pada voltan rendah 600V; ketebalan wafer SiC hendaklah 10~15um pada voltan sederhana 1200~1700V; ketebalan lapisan epitaxial silikon karbida hendaklah lebih daripada 100um pada voltan >= 10000. Ketebalan epitaxial meningkat seiring dengan peningkatan keupayaan voltan. Adalah lebih sukar untuk mengembangkan wafer epi SiC berkualiti tinggi kerana terdapat cabaran besar dalam kawalan kecacatan, terutamanya dalam aplikasi voltan tinggi.

Sebenarnya, epi SiC mempunyai banyak kecacatan. Oleh kerana kristal yang berbeza, kecacatan mereka juga berbeza. Kecacatan terutamanya termasuk mikrotubul, kecacatan segi tiga, kecacatan lobak merah permukaan, pengagregatan tangga dan kecacatan khas lain. Perlu diingat bahawa banyak kecacatan adalah terus dari substrat. Oleh itu, kualiti dan tahap pemprosesan substrat, terutamanya kawalan kecacatan, adalah sangat penting untuk pertumbuhan epitaxial.

Kecacatan epitaxial SiC biasanya dikelaskan kepada yang membawa maut dan tidak membawa maut. Kecacatan maut, seperti kecacatan segi tiga dan najis, mempunyai kesan pada semua jenis peranti, termasuk diod, MOSFET dan peranti bipolar. Kesan terbesar ialah voltan kerosakan, yang boleh mengurangkan voltan kerosakan sebanyak 20% atau bahkan 90%. Kecacatan bukan maut, seperti beberapa TSD dan TED, mungkin tidak mempunyai kesan ke atas diod, dan mungkin memberi kesan kepada hayat MOS dan peranti bipolar, atau mempunyai beberapa kesan kebocoran, yang akhirnya akan menjejaskan kadar kelayakan pemprosesan bagi peranti itu.

Kecacatan epitaxial silikon karbida biasanya dibahagikan kepada kecacatan maut dan kecacatan bukan maut. Kecacatan maut seperti kecacatan segi tiga dan titisan boleh menjejaskan semua jenis peranti, seperti diod, MOSFET dan peranti bipolar. Pengaruh terbesar ialah voltan kerosakan, turun daripada 20%, malah 90%. Kecacatan bukan maut, seperti beberapa TSD dan Ted, mungkin tidak menjejaskan diod, tetapi boleh menjejaskan hayat perkhidmatan MOS dan peranti bipolar, atau mempunyai kesan kebocoran tertentu. Akhirnya, ia akan menjejaskan kadar kelayakan pemprosesan peranti.

Berikut ialah beberapa cadangan untuk mengawal kecacatan epitaxial pengeluaran wafer SiC:

Pertama, pilih bahan substrat dengan berhati-hati;

Kedua, pilih peralatan dan penyetempatan;

Ketiga, pilih teknologi proses yang betul.

4. Apakah Kemajuan Teknologi Epitaxial SiC?

Dalam medan voltan sederhana dan rendah, ketebalan dan kepekatan doping wafer epitaxial SiC boleh menjadi agak baik. Walau bagaimanapun, dalam medan voltan tinggi, masih terdapat banyak kesukaran, termasuk ketebalan, keseragaman kepekatan doping, kecacatan segi tiga dan sebagainya, untuk diatasi.

Dalam aplikasi voltan sederhana dan rendah, proses epitaksi SiC adalah matang. Filem nipis epitaxial SiC boleh memenuhi permintaan SBD, JBS, MOS dan peranti lain pada voltan sederhana dan rendah secara keseluruhannya. Ketebalan dan kepekatan doping lapisan epitaxial 10um dalam aplikasi peranti 1200V diperoleh dengan tahap yang baik. Kecacatan permukaan boleh mencapai kurang daripada 0.5 meter persegi.

Dalam medan voltan tinggi, teknologi epitaksi silikon karbida agak mundur. Wafer epitaxial 200um SiC mempunyai banyak keseragaman, ketebalan dan kepekatan untuk fabrikasi peranti 20000 V. Sementara itu, filem SiC tebal yang diperlukan oleh peranti voltan tinggi mempunyai banyak kecacatan, terutamanya kecacatan segi tiga. Ia akan menjejaskan penyediaan peranti arus tinggi. Kawasan cip yang besar boleh menghasilkan arus yang besar, dan jangka hayat pembawa minoriti akan menjadi rendah.

Berkenaan medan voltan tinggi, jenis peranti cenderung menggunakan peranti bipolar, yang memerlukan jangka hayat pembawa minoriti yang lebih tinggi. Hayat pembawa minoriti mestilah sekurang-kurangnya 5us atau lebih lama untuk mendapatkan arus hadapan yang ideal. Parameter hayat pembawa minoriti wafer epitaxial SiC ialah 1~2us. Oleh itu, ini tidak begitu penting untuk peranti voltan tinggi sekarang, tetapi memerlukan rawatan teknikal seterusnya.

5. Apakah Teknologi Fabrikasi Wafer SiC Epi?

Epitaksi silikon karbida mempunyai dua teknologi utama dalam peralatan:

1/Model pertumbuhan aliran langkah yang dicadangkan pada tahun 1980: Ini memainkan peranan yang sangat penting dalam pembangunan dan kualiti epitaksi. Ia boleh ditanam pada suhu yang agak rendah. Pada masa yang sama, ia boleh mencapai kawalan yang sangat stabil untuk bentuk kristal 4H yang kami berminat untuk TCS diperkenalkan untuk meningkatkan kadar pertumbuhan.

2/Pengenalan TCS boleh mencapai kadar pertumbuhan lebih daripada 10 kali ganda daripada kadar pertumbuhan tradisional. Pengenalan TCS bukan sahaja meningkatkan kadar pengeluaran, tetapi juga sangat mengawal kualiti, terutamanya untuk kawalan titisan silikon. Oleh itu, ia sangat bermanfaat untuk pertumbuhan epitaxial filem tebal. Teknologi ini mula dikomersialkan oleh LPE dalam tempoh 14 tahun. Dalam kira-kira 17 tahun, Aixtron menaik taraf peralatan dan memindahkan teknologi kepada peralatan komersial.