Preguntas frecuentes – Sustrato de 4H-SiC conductivo de 12 pulgadas

Descripción general

El sustrato de 4H-SiC (carburo de silicio) conductivo de 12 pulgadas es una oblea semiconductora de banda ancha de diámetro ultra grande desarrollada para la próxima generación de fabricación de electrónica de potencia de alta tensión, alta potencia, alta frecuencia y alta temperatura. Aprovechando las ventajas intrínsecas del SiC, como el alto campo eléctrico crítico, la alta velocidad de deriva de electrones saturados, la alta conductividad térmica y la excelente estabilidad química, este sustrato se posiciona como un material fundamental para plataformas de dispositivos de potencia avanzados y aplicaciones emergentes de obleas de gran área.

Para abordar los requisitos de la industria en cuanto a la reducción de costos y la mejora de la productividad, la transición de los 6–8 pulgadas de SiC a los sustratos de 12 pulgadas de SiC se reconoce ampliamente como una vía clave. Una oblea de 12 pulgadas proporciona un área utilizable sustancialmente mayor que los formatos más pequeños, lo que permite una mayor producción de chips por oblea, una mejor utilización de la oblea y una proporción reducida de pérdida en los bordes, lo que respalda la optimización general de los costos de fabricación en toda la cadena de suministro.

Crecimiento de cristales y ruta de fabricación de obleas

Este sustrato de 4H-SiC conductivo de 12 pulgadas se produce a través de una cadena de procesos completa que cubre la expansión de semillas, el crecimiento de un solo cristal, el corte de obleas, el adelgazamiento y el pulido, siguiendo las prácticas estándar de fabricación de semiconductores:

• Expansión de semillas por transporte de vapor físico (PVT):
  Se obtiene un cristal de semilla de 4H-SiC de 12 pulgadas mediante la expansión del diámetro utilizando el método PVT, lo que permite el crecimiento posterior de lingotes de 4H-SiC conductivos de 12 pulgadas.

• Crecimiento de un solo cristal de 4H-SiC conductivo:
  El crecimiento de un solo cristal de n⁺ 4H-SiC conductivo se logra introduciendo nitrógeno en el ambiente de crecimiento para proporcionar una dopaje controlado de donantes.

• Fabricación de obleas (procesamiento estándar de semiconductores):
  Después del moldeado del lingote, las obleas se producen mediante corte por láser, seguido de adelgazamiento, pulido (incluido el acabado a nivel de CMP) y limpieza.
  El grosor del sustrato resultante es de 560 μm.

Este enfoque integrado está diseñado para soportar un crecimiento estable a un diámetro ultra grande, manteniendo la integridad cristalográfica y las propiedades eléctricas consistentes.

Metrología y métodos de caracterización

Para garantizar una evaluación de calidad integral, el sustrato se caracteriza utilizando una combinación de herramientas estructurales, ópticas, eléctricas y de inspección de defectos:

• Espectroscopía Raman (mapeo de área): verificación de la uniformidad del politipo en toda la oblea

• Microscopía óptica totalmente automatizada (mapeo de obleas): detección y evaluación estadística de micropipas

• Metrología de resistividad sin contacto (mapeo de obleas): distribución de resistividad en múltiples sitios de medición

• Difracción de rayos X de alta resolución (HRXRD): evaluación de la calidad cristalina mediante mediciones de la curva de balanceo

• Inspección de dislocaciones (después del grabado selectivo): evaluación de la densidad y morfología de las dislocaciones (con énfasis en las dislocaciones en tornillo)

Resultados clave de rendimiento (representativos)

Los resultados de la caracterización demuestran que el sustrato de 4H-SiC conductivo de 12 pulgadas exhibe una gran calidad de material en parámetros críticos:

(1) Pureza y uniformidad del politipo

• El mapeo de área Raman muestra una cobertura del politipo 4H-SiC del 100% en todo el sustrato.

• No se detecta la inclusión de otros politipos (por ejemplo, 6H o 15R), lo que indica un excelente control del politipo a escala de 12 pulgadas.

(2) Densidad de micropipas (MPD)

• El mapeo de microscopía a escala de oblea indica una densidad de micropipas < 0,01 cm⁻², lo que refleja la supresión efectiva de esta categoría de defectos que limitan el dispositivo.

(3) Resistividad eléctrica y uniformidad

• El mapeo de resistividad sin contacto (medición de 361 puntos) muestra:

  • Rango de resistividad: 20,5–23,6 mΩ·cm

  • Resistividad promedio: 22,8 mΩ·cm

  • No uniformidad: < 2%
    Estos resultados indican una buena consistencia de incorporación de dopantes y una uniformidad eléctrica favorable a escala de oblea.

(4) Calidad cristalina (HRXRD)

• Las mediciones de la curva de balanceo HRXRD en la reflexión (004), tomadas en cinco puntos a lo largo de la dirección del diámetro de la oblea, muestran:

  • Picos únicos, casi simétricos sin comportamiento de múltiples picos, lo que sugiere la ausencia de características de límite de grano de bajo ángulo.

  • FWHM promedio: 20,8 arcsec (″), lo que indica una alta calidad cristalina.

(5) Densidad de dislocaciones en tornillo (TSD)

• Después del grabado selectivo y el escaneo automatizado, la densidad de dislocaciones en tornillo se mide en 2 cm⁻², lo que demuestra una baja TSD a escala de 12 pulgadas.

Conclusión de los resultados anteriores:
El sustrato demuestra una excelente pureza del politipo 4H, una densidad de micropipas ultra baja, una resistividad baja estable y uniforme, una gran calidad cristalina y una baja densidad de dislocaciones en tornillo, lo que respalda su idoneidad para la fabricación de dispositivos avanzados.

Sustrato de 4H-SiC conductivo de 12 pulgadas

Especificaciones típicas

Valor y ventajas del producto

1. Permite la migración de la fabricación de SiC de 12 pulgadas
   Proporciona una plataforma de sustrato de alta calidad alineada con la hoja de ruta de la industria hacia la fabricación de obleas de SiC de 12 pulgadas.

2. Baja densidad de defectos para una mayor fiabilidad y rendimiento del dispositivo
   La densidad de micropipas ultra baja y la baja densidad de dislocaciones en tornillo ayudan a reducir los mecanismos de pérdida de rendimiento catastróficos y paramétricos.

3. Excelente uniformidad eléctrica para la estabilidad del proceso
   La distribución ajustada de la resistividad respalda una mayor consistencia del dispositivo de oblea a oblea y dentro de la oblea.

4. Alta calidad cristalina que respalda la epitaxia y el procesamiento de dispositivos
   Los resultados de HRXRD y la ausencia de firmas de límite de grano de bajo ángulo indican una calidad de material favorable para el crecimiento epitaxial y la fabricación de dispositivos.

Aplicaciones objetivo

El sustrato de 4H-SiC conductivo de 12 pulgadas es aplicable a:

• Dispositivos de potencia de SiC: MOSFET, diodos de barrera Schottky (SBD) y estructuras relacionadas

• Vehículos eléctricos: inversores de tracción principales, cargadores integrados (OBC) y convertidores CC-CC

• Energía renovable y red: inversores fotovoltaicos, sistemas de almacenamiento de energía y módulos de red inteligente

• Electrónica de potencia industrial: fuentes de alimentación de alta eficiencia, accionamientos de motores y convertidores de alta tensión

• Demandas emergentes de obleas de gran área: embalaje avanzado y otros escenarios de fabricación de semiconductores compatibles con 12 pulgadas