Różnica między obojętnymi, badawczymi i produkcyjnymi podłożami SiC

Podłoża SiC są materiałem podstawowym do produkcji urządzeń półprzewodnikowych trzeciej generacji. Ich klasyfikacja jakości musi dokładnie odpowiadać potrzebom różnych etapów, takich jak opracowywanie sprzętu półprzewodnikowego, weryfikacja procesu i produkcja masowa. Przemysł ogólnie dzieli podłoża SiC na trzy kategorie: obojętne, badawcze i produkcyjne.  Dokładne zrozumienie różnic pomiędzy tymi trzema typami podłoży może pomóc w osiągnięciu optymalnego rozwiązania w zakresie doboru materiału do konkretnych wymagań aplikacji.

1. Podłoża SiC obojętne

Podłoża SiC fikcyjnej jakości mają najniższe wymagania jakościowe spośród trzech kategorii. Zwykle są one wytwarzane przy użyciu segmentów niższej jakości na obu końcach pręta kryształowego i poddawane podstawowym procesom szlifowania i polerowania.

Powierzchnia płytki jest szorstka, a dokładność polerowania jest niewystarczająca; gęstość ich defektów jest duża, a znaczny udział mają dyslokacje gwintowe i mikrorurki; jednorodność elektryczna jest słaba i istnieją oczywiste różnice w rezystywności i przewodności całej płytki.  Dlatego mają wyjątkową przewagę w zakresie opłacalności. Uproszczona technologia przetwarzania sprawia, że ​​koszt ich wytworzenia jest znacznie niższy w porównaniu do pozostałych dwóch substratów, a ponadto można je wielokrotnie wykorzystywać.

Podłoża z węglika krzemu klasy fikcyjnej nadają się do scenariuszy, w których nie ma ścisłych wymagań dotyczących ich jakości, w tym do wypełniania pojemności podczas instalacji sprzętu półprzewodnikowego, kalibracji parametrów na etapie przed rozpoczęciem pracy sprzętu, debugowania parametrów na wczesnych etapach rozwoju procesu oraz szkoleń dla operatorów w zakresie obsługi sprzętu.

2. Podłoża SiC klasy badawczej

Pozycjonowanie jakości na poziomie badawczymPodłoża SiCznajduje się pomiędzy klasą fikcyjną a klasą produkcyjną i musi spełniać podstawowe wymagania dotyczące wydajności elektrycznej i czystości w scenariuszach badawczo-rozwojowych.

Ich gęstość defektów kryształu jest znacznie niższa niż w przypadku gatunku obojętnego, ale nie spełnia standardów klasy produkcyjnej. Dzięki zoptymalizowanym procesom polerowania chemiczno-mechanicznego (CMP) można kontrolować chropowatość powierzchni, znacznie poprawiając gładkość. Dostępne w wersji przewodzącej lub półizolacyjnej, wykazują stabilność parametrów elektrycznych i jednorodność całej płytki, spełniając wymagania dokładności testów badawczo-rozwojowych.  Dlatego ich koszt mieści się w przedziale pomiędzy kosztem substratów SiC klasy fikcyjnej i produkcyjnej.

Podłoża SiC klasy badawczej są wykorzystywane w laboratoryjnych scenariuszach badawczo-rozwojowych, weryfikacji funkcjonalnej rozwiązań projektowych chipów, weryfikacji wykonalności procesów na małą skalę i udoskonalonej optymalizacji parametrów procesu.

3. Podłoża SiC klasy produkcyjnej

Podłoża klasy produkcyjnej są podstawowym materiałem do masowej produkcji urządzeń półprzewodnikowych. Są najwyższą kategorią jakościową, o czystości ponad 99,9999999999%, a ich gęstość defektów jest kontrolowana na wyjątkowo niskim poziomie. 

Po precyzyjnym polerowaniu chemiczno-mechanicznym (CMP) dokładność wymiarowa i płaskość powierzchni osiągnęły poziom nanometrów, a struktura kryształu jest bliska ideału. Oferują doskonałą jednorodność elektryczną, z jednolitą rezystywnością zarówno na podłożach przewodzących, jak i półizolacyjnych. Jednak ze względu na rygorystyczną selekcję surowców i skomplikowaną kontrolę procesu produkcyjnego (w celu zapewnienia wysokiego uzysku), ich koszt produkcji jest najwyższy z trzech rodzajów substratów. 

Ten typ podłoża SiC nadaje się do produkcji na dużą skalę urządzeń półprzewodnikowych w końcowej dostawie, w tym masowej produkcji tranzystorów MOSFET SiC i diod barierowych Schottky'ego (SBD), produkcji urządzeń RF i mikrofalowych GaN-on-SiC oraz produkcji przemysłowej urządzeń najwyższej klasy, takich jak zaawansowane czujniki i sprzęt kwantowy.