FAQ – 12-Zoll-Leitfähiges 4H-SiC-Substrat

Überblick

Das 12-Zoll-leitfähige 4H-SiC (Siliziumkarbid)-Substrat ist ein Halbleiterwafer mit ultra-großem Durchmesser und breitem Bandabstand, der für die nächste Generation der Hochspannungs-, Hochleistungs-, Hochfrequenz- und Hochtemperatur- Leistungselektronik-Fertigung entwickelt wurde. Durch die Nutzung der inhärenten Vorteile von SiC—wie z. B. hohes kritisches elektrisches Feld, hohe gesättigte Elektronen-Driftgeschwindigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit und ausgezeichnete chemische Stabilität—ist dieses Substrat als Basismaterial für fortschrittliche Leistungsbauelemente-Plattformen und neue großflächige Waferanwendungen positioniert.

Um die branchenweiten Anforderungen an Kostensenkung und Produktivitätssteigerung zu erfüllen, wird der Übergang von den gängigen 6–8 Zoll SiC zu 12-Zoll SiC Substraten weithin als ein wichtiger Weg angesehen. Ein 12-Zoll-Wafer bietet eine wesentlich größere nutzbare Fläche als kleinere Formate, was eine höhere Die-Ausbeute pro Wafer, eine verbesserte Waferausnutzung und einen reduzierten Randverlustanteil ermöglicht—und somit die Optimierung der Gesamtfertigungskosten in der gesamten Lieferkette unterstützt.

Kristallwachstum und Waferherstellung

Dieses 12-Zoll-leitfähige 4H-SiC-Substrat wird durch eine komplette Prozesskette hergestellt, die Saatgutexpansion, Einkristallwachstum, Wafering, Dünnen und Polieren umfasst und den Standardpraktiken der Halbleiterherstellung folgt:

• Saatgutexpansion durch Physical Vapor Transport (PVT):
  Ein 12-Zoll-4H-SiC-Saatkristall wird durch Durchmessererweiterung unter Verwendung der PVT-Methode erhalten, was das anschließende Wachstum von 12-Zoll-leitfähigen 4H-SiC-Boules ermöglicht.

• Wachstum von leitfähigem 4H-SiC-Einkristall:
  Leitfähiges n⁺ 4H-SiC Einkristallwachstum wird durch Einbringen von Stickstoff in die Wachstumsumgebung erreicht, um eine kontrollierte Dotierung zu gewährleisten.

• Waferherstellung (Standard-Halbleiterverarbeitung):
  Nach dem Boule-Shaping werden Wafer durch Laserschneiden hergestellt, gefolgt von Dünnen, Polieren (einschließlich CMP-Level-Finishing) und Reinigen.
  Die resultierende Substratdicke beträgt 560 μm.

Dieser integrierte Ansatz soll ein stabiles Wachstum bei ultra-großem Durchmesser unterstützen und gleichzeitig die kristallographische Integrität und konsistente elektrische Eigenschaften erhalten.

Metrologie- und Charakterisierungsmethoden

Um eine umfassende Qualitätsbewertung zu gewährleisten, wird das Substrat mit einer Kombination aus Struktur-, optischen, elektrischen und Defekt-Inspektionswerkzeugen charakterisiert:

• Raman-Spektroskopie (Flächenkartierung): Überprüfung der Polytyp-Gleichmäßigkeit über den Wafer

• Vollautomatische optische Mikroskopie (Waferkartierung): Erkennung und statistische Auswertung von Mikropipes

• Berührungslose Widerstandsmessung (Waferkartierung): Widerstandsverteilung über mehrere Messstellen

• Hochauflösende Röntgenbeugung (HRXRD): Bewertung der Kristallqualität über Rocking-Kurven-Messungen

• Dislokationsinspektion (nach selektivem Ätzen): Bewertung der Versetzungsdichte und -morphologie (mit Schwerpunkt auf Schraubenversetzungen)

Wichtige Leistungsergebnisse (Repräsentativ)

Charakterisierungsergebnisse zeigen, dass das 12-Zoll-leitfähige 4H-SiC-Substrat eine hohe Materialqualität über kritische Parameter aufweist:

(1) Polytyp-Reinheit und -Gleichmäßigkeit

• Raman-Flächenkartierung zeigt 100 % 4H-SiC-Polytyp-Abdeckung über das Substrat.

• Es wird kein Einschluss anderer Polytypen (z. B. 6H oder 15R) nachgewiesen, was auf eine ausgezeichnete Polytyp-Kontrolle im 12-Zoll-Maßstab hindeutet.

(2) Mikropipe-Dichte (MPD)

• Wafer-Skala-Mikroskopie-Kartierung zeigt eine Mikropipe-Dichte < 0,01 cm⁻², was die effektive Unterdrückung dieser bauelementbegrenzenden Defektkategorie widerspiegelt.

(3) Elektrischer Widerstand und Gleichmäßigkeit

• Berührungslose Widerstandskartierung (361-Punkt-Messung) zeigt:

  • Widerstandsbereich: 20,5–23,6 mΩ·cm

  • Durchschnittlicher Widerstand: 22,8 mΩ·cm

  • Ungleichmäßigkeit: < 2%
    Diese Ergebnisse weisen auf eine gute Konsistenz der Dotierstoffeinbringung und eine günstige elektrische Gleichmäßigkeit im Wafermaßstab hin.

(4) Kristallqualität (HRXRD)

• HRXRD-Rocking-Kurven-Messungen an der (004) Reflexion, durchgeführt an fünf Punkten entlang einer Waferdurchmesserrichtung, zeigen:

  • Einzelne, nahezu symmetrische Peaks ohne Mehrfachpeak-Verhalten, was das Fehlen von Kleinwinkelkorngrenzenmerkmalen vermuten lässt.

  • Durchschnittliches FWHM: 20,8 Bogensekunden (″), was auf eine hohe Kristallqualität hindeutet.

(5) Schraubenversetzungsdichte (TSD)

• Nach selektivem Ätzen und automatisiertem Scannen wird die Schraubenversetzungsdichte mit 2 cm⁻² gemessen, was eine niedrige TSD im 12-Zoll-Maßstab zeigt.

Schlussfolgerung aus den obigen Ergebnissen:
Das Substrat weist ausgezeichnete 4H-Polytyp-Reinheit, ultra-niedrige Mikropipe-Dichte, stabilen und gleichmäßigen niedrigen Widerstand, hohe Kristallqualität und niedrige Schraubenversetzungsdichte auf, was seine Eignung für die Herstellung fortschrittlicher Bauelemente unterstützt.

12-Zoll-Leitfähiges 4H-SiC-Substrat

Typische Spezifikationen

Produktwert und Vorteile

1. Ermöglicht die Migration zur 12-Zoll-SiC-Fertigung
   Bietet eine hochwertige Substratplattform, die auf die Branchen-Roadmap zur 12-Zoll-SiC-Waferfertigung ausgerichtet ist.

2. Geringe Defektdichte für verbesserte Bauelementausbeute und Zuverlässigkeit
   Ultra-niedrige Mikropipe-Dichte und niedrige Schraubenversetzungsdichte tragen dazu bei, katastrophale und parametrische Ausfallmechanismen zu reduzieren.

3. Ausgezeichnete elektrische Gleichmäßigkeit für Prozessstabilität
   Enge Widerstandsverteilung unterstützt eine verbesserte Wafer-zu-Wafer- und innerhalb-Wafer-Bauelementkonsistenz.

4. Hohe Kristallqualität, die Epitaxie und Bauelementverarbeitung unterstützt
   HRXRD-Ergebnisse und das Fehlen von Kleinwinkelkorngrenzen-Signaturen weisen auf eine günstige Materialqualität für Epitaxie und Bauelementfertigung hin.

Zielanwendungen

Das 12-Zoll-leitfähige 4H-SiC-Substrat ist anwendbar für:

• SiC-Leistungsbauelemente: MOSFETs, Schottky-Barrier-Dioden (SBD) und verwandte Strukturen

• Elektrofahrzeuge: Haupttraktionswechselrichter, Onboard-Ladegeräte (OBC) und DC-DC-Wandler

• Erneuerbare Energien & Netz: Photovoltaik-Wechselrichter, Energiespeichersysteme und Smart-Grid-Module

• Industrielle Leistungselektronik: Hocheffiziente Netzteile, Motorantriebe und Hochspannungswandler

• Neue Anforderungen an großflächige Wafer: fortschrittliche Verpackung und andere 12-Zoll-kompatible Halbleiterfertigungsszenarien