FAQ – Substrat 4H-SiC conducteur de 12 pouces

Aperçu

Le substrat 4H-SiC (carbure de silicium) conducteur de 12 pouces est une plaquette semi-conductrice à large bande interdite de très grand diamètre, développée pour la prochaine génération de fabrication d'électronique de puissance haute tension, haute puissance, haute fréquence et haute température. Tirant parti des avantages intrinsèques du SiC—tels que le champ électrique critique élevé, la vitesse de dérive des électrons saturée élevée, la conductivité thermique élevée et l'excellente stabilité chimique—ce substrat est positionné comme un matériau fondamental pour les plateformes de dispositifs de puissance avancés et les applications émergentes de plaquettes de grande surface.

Pour répondre aux exigences de l'industrie en matière de réduction des coûts et d'amélioration de la productivité, la transition des SiC de 6 à 8 pouces aux substrats SiC de 12 pouces est largement reconnue comme une voie essentielle. Une plaquette de 12 pouces offre une surface utilisable substantiellement plus grande que les formats plus petits, ce qui permet un rendement de puces plus élevé par plaquette, une meilleure utilisation des plaquettes et une proportion de pertes de bord réduite—ce qui favorise l'optimisation globale des coûts de fabrication tout au long de la chaîne d'approvisionnement.

Croissance cristalline et voie de fabrication des plaquettes

Ce substrat 4H-SiC conducteur de 12 pouces est produit grâce à une chaîne de processus complète couvrant l'expansion des germes, la croissance monocristalline, la fabrication de plaquettes, l'amincissement et le polissage, suivant les pratiques de fabrication de semi-conducteurs standard :

• Expansion des germes par transport de vapeur physique (PVT) :
  Un cristal germe 4H-SiC de 12 pouces est obtenu par expansion du diamètre à l'aide de la méthode PVT, ce qui permet la croissance ultérieure de lingots 4H-SiC conducteurs de 12 pouces.

• Croissance de monocristaux 4H-SiC conducteurs :
  La croissance de monocristaux n° 4H-SiC conducteurs est obtenue en introduisant de l'azote dans l'atmosphère de croissance pour fournir un dopage contrôlé des donneurs.

• Fabrication de plaquettes (traitement standard des semi-conducteurs) :
  Après le façonnage des lingots, les plaquettes sont produites par découpe au laser, suivie de l'amincissement, du polissage (y compris la finition au niveau CMP) et du nettoyage.
  L'épaisseur du substrat résultant est de 560 μm.

Cette approche intégrée est conçue pour prendre en charge une croissance stable à très grand diamètre tout en maintenant l'intégrité cristallographique et des propriétés électriques constantes.

Méthodes de métrologie et de caractérisation

Pour garantir une évaluation complète de la qualité, le substrat est caractérisé à l'aide d'une combinaison d'outils structurels, optiques, électriques et d'inspection des défauts :

• Spectroscopie Raman (cartographie de surface) : vérification de l'uniformité du polytype sur la plaquette

• Microscopie optique entièrement automatisée (cartographie des plaquettes) : détection et évaluation statistique des micropipes

• Métrologie de résistivité sans contact (cartographie des plaquettes) : distribution de la résistivité sur plusieurs sites de mesure

• Diffraction des rayons X à haute résolution (HRXRD) : évaluation de la qualité cristalline via des mesures de courbes de balayage

• Inspection des dislocations (après gravure sélective) : évaluation de la densité et de la morphologie des dislocations (en mettant l'accent sur les dislocations en vis)

Principaux résultats de performance (représentatifs)

Les résultats de la caractérisation démontrent que le substrat 4H-SiC conducteur de 12 pouces présente une forte qualité de matériau sur les paramètres critiques :

(1) Pureté et uniformité du polytype

• La cartographie de surface Raman montre une couverture de polytype 4H-SiC à 100 % sur le substrat.

• Aucune inclusion d'autres polytypes (par exemple, 6H ou 15R) n'est détectée, ce qui indique un excellent contrôle du polytype à l'échelle de 12 pouces.

(2) Densité des micropipes (MPD)

• La cartographie microscopique à l'échelle des plaquettes indique une densité de micropipes < 0,01 cm², ce qui reflète une suppression efficace de cette catégorie de défauts limitant les dispositifs.

(3) Résistivité électrique et uniformité

• La cartographie de résistivité sans contact (mesure en 361 points) montre :

  • Plage de résistivité : 20,5–23,6 mΩ·cm

  • Résistivité moyenne : 22,8 mΩ·cm

  • Non-uniformité : < 2 %
    Ces résultats indiquent une bonne cohérence d'incorporation des dopants et une uniformité électrique favorable à l'échelle des plaquettes.

(4) Qualité cristalline (HRXRD)

• Les mesures de la courbe de balayage HRXRD sur la réflexion (004), prises en cinq points le long d'une direction de diamètre de plaquette, montrent :

  • Pics uniques, presque symétriques, sans comportement multi-pics, ce qui suggère l'absence de caractéristiques de joints de grains à faible angle.

  • FWHM moyen : 20,8 arcsec (″), indiquant une qualité cristalline élevée.

(5) Densité de dislocations en vis (TSD)

• Après gravure sélective et balayage automatisé, la densité de dislocations en vis est mesurée à 2 cm², ce qui démontre une faible TSD à l'échelle de 12 pouces.

Conclusion des résultats ci-dessus :
Le substrat démontre une excellente pureté du polytype 4H, une densité de micropipes ultra-faible, une faible résistivité stable et uniforme, une forte qualité cristalline et une faible densité de dislocations en vis, ce qui confirme sa pertinence pour la fabrication de dispositifs avancés.

Substrat 4H-SiC conducteur de 12 pouces

Spécifications typiques

Valeur et avantages du produit

1. Permet la migration de la fabrication de SiC de 12 pouces
   Fournit une plateforme de substrat de haute qualité alignée sur la feuille de route de l'industrie vers la fabrication de plaquettes de SiC de 12 pouces.

2. Faible densité de défauts pour un rendement et une fiabilité des dispositifs améliorés
   La densité de micropipes ultra-faible et la faible densité de dislocations en vis aident à réduire les mécanismes de perte de rendement catastrophiques et paramétriques.

3. Excellente uniformité électrique pour la stabilité du processus
   Une distribution de résistivité serrée favorise une cohérence améliorée des dispositifs de plaquette à plaquette et au sein d'une même plaquette.

4. Haute qualité cristalline favorisant l'épitaxie et le traitement des dispositifs
   Les résultats HRXRD et l'absence de signatures de joints de grains à faible angle indiquent une qualité de matériau favorable à la croissance épitaxiale et à la fabrication de dispositifs.

Applications cibles

Le substrat 4H-SiC conducteur de 12 pouces est applicable à :

• Dispositifs de puissance SiC : MOSFET, diodes Schottky (SBD) et structures connexes

• Véhicules électriques : onduleurs de traction principaux, chargeurs embarqués (OBC) et convertisseurs CC-CC

• Énergie renouvelable et réseau : onduleurs photovoltaïques, systèmes de stockage d'énergie et modules de réseau intelligent

• Électronique de puissance industrielle : alimentations à haut rendement, entraînements de moteurs et convertisseurs haute tension

• Demandes émergentes de plaquettes de grande surface : emballage avancé et autres scénarios de fabrication de semi-conducteurs compatibles avec les 12 pouces