FAQ – Substrato 4H-SiC conduttivo da 12 pollici

Panoramica

Il substrato 4H-SiC (carburo di silicio) conduttivo da 12 pollici è un wafer a semiconduttore a banda larga di diametro ultra-grande sviluppato per la prossima generazione di produzione di elettronica di potenza ad alta tensione, alta potenza, alta frequenza e alta temperatura. Sfruttando i vantaggi intrinseci del SiC—come alto campo elettrico critico, elevata velocità di deriva degli elettroni saturi, elevata conducibilità termica, ed eccellente stabilità chimica—questo substrato è posizionato come materiale fondamentale per piattaforme di dispositivi di alimentazione avanzati e applicazioni emergenti di wafer di grandi dimensioni.

Per soddisfare i requisiti del settore per la riduzione dei costi e il miglioramento della produttività, la transizione dai 6–8 pollici SiC ai 12 pollici SiC è ampiamente riconosciuta come un percorso chiave. Un wafer da 12 pollici offre un'area utilizzabile sostanzialmente più grande rispetto ai formati più piccoli, consentendo una maggiore resa di chip per wafer, un migliore utilizzo del wafer e una proporzione ridotta di perdite marginali—sostenendo così l'ottimizzazione complessiva dei costi di produzione lungo tutta la catena di approvvigionamento.

Crescita dei cristalli e percorso di fabbricazione dei wafer

Questo substrato 4H-SiC conduttivo da 12 pollici è prodotto attraverso una catena di processo completa che copre espansione del seme, crescita monocristallina, wafering, assottigliamento e lucidatura, seguendo le pratiche standard di produzione dei semiconduttori:

• Espansione del seme mediante trasporto di vapore fisico (PVT):
  Un cristallo seme 4H-SiC da 12 pollici si ottiene tramite espansione del diametro utilizzando il metodo PVT, consentendo la successiva crescita di lingotti 4H-SiC conduttivi da 12 pollici.

• Crescita di cristallo singolo 4H-SiC conduttivo:
  La crescita di cristallo singolo n⁺ 4H-SiC conduttivo si ottiene introducendo azoto nell'ambiente di crescita per fornire un drogaggio controllato del donatore.

• Fabbricazione di wafer (elaborazione standard dei semiconduttori):
  Dopo la sagomatura del lingotto, i wafer vengono prodotti tramite taglio laser, seguito da assottigliamento, lucidatura (compresa la finitura a livello CMP) e pulizia.
  Lo spessore del substrato risultante è 560 μm.

Questo approccio integrato è progettato per supportare una crescita stabile a diametro ultra-grande mantenendo l'integrità cristallografica e proprietà elettriche coerenti.

Metrologia e metodi di caratterizzazione

Per garantire una valutazione completa della qualità, il substrato viene caratterizzato utilizzando una combinazione di strumenti strutturali, ottici, elettrici e di ispezione dei difetti:

• Spettroscopia Raman (mappatura dell'area): verifica dell'uniformità del politipo su tutto il wafer

• Microscopia ottica completamente automatizzata (mappatura del wafer): rilevamento e valutazione statistica dei micropipe

• Metrologia della resistività senza contatto (mappatura del wafer): distribuzione della resistività su più siti di misurazione

• Diffrazione a raggi X ad alta risoluzione (HRXRD): valutazione della qualità cristallina tramite misurazioni della curva di oscillazione

• Ispezione delle dislocazioni (dopo l'incisione selettiva): valutazione della densità e della morfologia delle dislocazioni (con enfasi sulle dislocazioni a vite)

Risultati chiave delle prestazioni (Rappresentativi)

I risultati della caratterizzazione dimostrano che il substrato 4H-SiC conduttivo da 12 pollici mostra una forte qualità del materiale su parametri critici:

(1) Purezza e uniformità del politipo

• La mappatura dell'area Raman mostra copertura del politipo 4H-SiC al 100% su tutto il substrato.

• Non viene rilevata alcuna inclusione di altri politipi (ad esempio, 6H o 15R), indicando un eccellente controllo del politipo su scala da 12 pollici.

(2) Densità dei micropipe (MPD)

• La mappatura microscopica su scala wafer indica una densità dei micropipe < 0,01 cm⁻², riflettendo un'efficace soppressione di questa categoria di difetti che limitano il dispositivo.

(3) Resistività elettrica e uniformità

• La mappatura della resistività senza contatto (misurazione a 361 punti) mostra:

  • Intervallo di resistività: 20,5–23,6 mΩ·cm

  • Resistività media: 22,8 mΩ·cm

  • Non uniformità: < 2%
    Questi risultati indicano una buona consistenza di incorporazione del drogante e una favorevole uniformità elettrica su scala wafer.

(4) Qualità cristallina (HRXRD)

• Le misurazioni della curva di oscillazione HRXRD sulla riflessione (004), eseguite in cinque punti lungo la direzione del diametro del wafer, mostrano:

  • Picchi singoli, quasi simmetrici senza comportamento multi-picco, suggerendo l'assenza di caratteristiche di bordo del grano a basso angolo.

  • FWHM medio: 20,8 arcsec (″), indicando un'elevata qualità cristallina.

(5) Densità di dislocazione a vite (TSD)

• Dopo l'incisione selettiva e la scansione automatizzata, la densità di dislocazione a vite viene misurata a 2 cm⁻², dimostrando una bassa TSD su scala da 12 pollici.

Conclusione dai risultati di cui sopra:
Il substrato dimostra eccellente purezza del politipo 4H, densità dei micropipe ultra-bassa, resistività bassa stabile e uniforme, forte qualità cristallina e bassa densità di dislocazione a vite, supportando la sua idoneità per la produzione di dispositivi avanzati.

Substrato 4H-SiC conduttivo da 12 pollici

Specifiche tipiche

Valore del prodotto e vantaggi

1. Consente la migrazione della produzione di SiC da 12 pollici
   Fornisce una piattaforma di substrato di alta qualità allineata con la roadmap del settore verso la produzione di wafer SiC da 12 pollici.

2. Bassa densità di difetti per una maggiore resa e affidabilità dei dispositivi
   La densità dei micropipe ultra-bassa e la bassa densità di dislocazione a vite aiutano a ridurre i meccanismi di perdita di resa catastrofici e parametrici.

3. Eccellente uniformità elettrica per la stabilità del processo
   La stretta distribuzione della resistività supporta una migliore coerenza dei dispositivi da wafer a wafer e all'interno del wafer.

4. Elevata qualità cristallina a supporto dell'epitassia e dell'elaborazione dei dispositivi
   I risultati HRXRD e l'assenza di firme di bordo del grano a basso angolo indicano una qualità del materiale favorevole per la crescita epitassiale e la fabbricazione di dispositivi.

Applicazioni target

Il substrato 4H-SiC conduttivo da 12 pollici è applicabile a:

• Dispositivi di alimentazione SiC: MOSFET, diodi a barriera Schottky (SBD) e strutture correlate

• Veicoli elettrici: inverter di trazione principali, caricabatterie di bordo (OBC) e convertitori CC-CC

• Energia rinnovabile e rete: inverter fotovoltaici, sistemi di accumulo di energia e moduli di rete intelligenti

• Elettronica di potenza industriale: alimentatori ad alta efficienza, azionamenti motore e convertitori ad alta tensione

• Richieste emergenti di wafer di grandi dimensioni: imballaggio avanzato e altri scenari di produzione di semiconduttori compatibili con 12 pollici