FAQ – Substrato 4H-SiC condutivo de 12 polegadas

Visão geral

O substrato 4H-SiC (carboneto de silício) condutivo de 12 polegadas é uma bolacha semicondutora de banda larga de diâmetro ultra grande desenvolvida para a próxima geração de fabricação de eletrônicos de potência de alta tensão, alta potência, alta frequência e alta temperatura. Aproveitando as vantagens intrínsecas do SiC—como alto campo elétrico crítico, alta velocidade de derivação de elétrons saturados, alta condutividade térmica, e excelente estabilidade química—este substrato é posicionado como um material fundamental para plataformas avançadas de dispositivos de potência e aplicações emergentes de bolachas de grande área.

Para atender aos requisitos da indústria para redução de custos e melhoria da produtividade, a transição do SiC de 6 a 8 polegadas para substratos de SiC de 12 polegadas é amplamente reconhecida como um caminho fundamental. Uma bolacha de 12 polegadas oferece uma área utilizável substancialmente maior do que os formatos menores, permitindo maior produção de matrizes por bolacha, melhor utilização da bolacha e proporção reduzida de perdas nas bordas—apoiando, assim, a otimização geral dos custos de fabricação em toda a cadeia de suprimentos.

Rota de crescimento de cristal e fabricação de bolachas

Este substrato 4H-SiC condutivo de 12 polegadas é produzido por meio de uma cadeia de processos completa que cobre expansão de sementes, crescimento de monocristais, corte de bolachas, afinamento e polimento, seguindo as práticas padrão de fabricação de semicondutores:

• Expansão de sementes por transporte físico de vapor (PVT):
  Um cristal de semente 4H-SiC de 12 polegadas é obtido por meio da expansão do diâmetro usando o método PVT, permitindo o crescimento subsequente de lingotes 4H-SiC condutivos de 12 polegadas.

• Crescimento de monocristal 4H-SiC condutivo:
  O crescimento de monocristal n⁺ 4H-SiC condutivo é alcançado introduzindo nitrogênio no ambiente de crescimento para fornecer dopagem controlada por doador.

• Fabricação de bolachas (processamento padrão de semicondutores):
  Após a modelagem do lingote, as bolachas são produzidas por meio de corte a laser, seguido por afinamento, polimento (incluindo acabamento no nível CMP) e limpeza.
  A espessura resultante do substrato é 560 μm.

Esta abordagem integrada foi projetada para suportar o crescimento estável em diâmetro ultra grande, mantendo a integridade cristalográfica e propriedades elétricas consistentes.

Metrologia e métodos de caracterização

Para garantir uma avaliação abrangente da qualidade, o substrato é caracterizado usando uma combinação de ferramentas estruturais, ópticas, elétricas e de inspeção de defeitos:

• Espectroscopia Raman (mapeamento de área): verificação da uniformidade do politipo em toda a bolacha

• Microscopia óptica totalmente automatizada (mapeamento de bolacha): detecção e avaliação estatística de micropipos

• Metrologia de resistividade sem contato (mapeamento de bolacha): distribuição de resistividade em vários locais de medição

• Difração de raios X de alta resolução (HRXRD): avaliação da qualidade cristalina por meio de medições da curva de oscilação

• Inspeção de deslocamento (após ataque seletivo): avaliação da densidade e morfologia de deslocamento (com ênfase em deslocamentos de parafuso)

Resultados de desempenho chave (representativos)

Os resultados da caracterização demonstram que o substrato 4H-SiC condutivo de 12 polegadas exibe forte qualidade do material em parâmetros críticos:

(1) Pureza e uniformidade do politipo

• O mapeamento de área Raman mostra 100% de cobertura do politipo 4H-SiC em todo o substrato.

• Nenhuma inclusão de outros politipos (por exemplo, 6H ou 15R) é detectada, indicando excelente controle do politipo em escala de 12 polegadas.

(2) Densidade de micropipos (MPD)

• O mapeamento de microscopia em escala de bolacha indica uma densidade de micropipos < 0,01 cm⁻², refletindo a supressão eficaz desta categoria de defeitos que limitam o dispositivo.

(3) Resistividade elétrica e uniformidade

• O mapeamento de resistividade sem contato (medição de 361 pontos) mostra:

  • Faixa de resistividade: 20,5–23,6 mΩ·cm

  • Resistividade média: 22,8 mΩ·cm

  • Não uniformidade: < 2%
    Esses resultados indicam boa consistência de incorporação de dopantes e uniformidade elétrica favorável em escala de bolacha.

(4) Qualidade cristalina (HRXRD)

• As medições da curva de oscilação HRXRD na reflexão (004), feitas em cinco pontos ao longo da direção do diâmetro da bolacha, mostram:

  • Picos únicos, quase simétricos, sem comportamento de múltiplos picos, sugerindo a ausência de características de contorno de grão de baixo ângulo.

  • FWHM médio: 20,8 arcsec (″), indicando alta qualidade cristalina.

(5) Densidade de deslocamento de parafuso (TSD)

• Após ataque seletivo e varredura automatizada, a densidade de deslocamento de parafuso é medida em 2 cm⁻², demonstrando baixa TSD em escala de 12 polegadas.

Conclusão dos resultados acima:
O substrato demonstra excelente pureza do politipo 4H, densidade de micropipos ultrabaixa, resistividade baixa estável e uniforme, forte qualidade cristalina e baixa densidade de deslocamento de parafuso, apoiando sua adequação para fabricação de dispositivos avançados.

Substrato 4H-SiC condutivo de 12 polegadas

Especificações típicas

Valor e vantagens do produto

1. Permite a migração da fabricação de SiC de 12 polegadas
   Fornece uma plataforma de substrato de alta qualidade alinhada com o roteiro da indústria para a fabricação de bolachas de SiC de 12 polegadas.

2. Baixa densidade de defeitos para melhor rendimento e confiabilidade do dispositivo
   Densidade de micropipos ultrabaixa e baixa densidade de deslocamento de parafuso ajudam a reduzir os mecanismos de perda de rendimento catastróficos e paramétricos.

3. Excelente uniformidade elétrica para estabilidade do processo
   Distribuição de resistividade apertada suporta consistência aprimorada do dispositivo bolacha a bolacha e dentro da bolacha.

4. Alta qualidade cristalina suportando epitaxia e processamento de dispositivos
   Os resultados HRXRD e a ausência de assinaturas de contorno de grão de baixo ângulo indicam qualidade de material favorável para crescimento epitaxial e fabricação de dispositivos.

Aplicações alvo

O substrato 4H-SiC condutivo de 12 polegadas é aplicável a:

• Dispositivos de potência SiC: MOSFETs, diodos de barreira Schottky (SBD) e estruturas relacionadas

• Veículos elétricos: inversores de tração principais, carregadores de bordo (OBC) e conversores CC-CC

• Energia renovável e rede: inversores fotovoltaicos, sistemas de armazenamento de energia e módulos de rede inteligente

• Eletrônica de potência industrial: fontes de alimentação de alta eficiência, acionamentos de motores e conversores de alta tensão

• Demandas emergentes de bolachas de grande área: embalagens avançadas e outros cenários de fabricação de semicondutores compatíveis com 12 polegadas