Silisyum karbür levhalar, güç elektroniği, RF cihazları, yüksek sıcaklık elektroniği ve yarı iletken araştırmalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak ikiSiC gofretleriAynı çap ve kalınlığa sahip cihazlar, epitaksi veya cihaz imalatı sırasında çok farklı performans gösterebilir.

Kristal kusurları, yüzey hasarı, geometrik varyasyon, dirençteki düzensizlik ve kirlenmenin tümü proses verimini ve cihaz güvenilirliğini etkileyebilir. Bu nedenle sadece levha çapının ve yüzey görünümünün kontrol edilmesi yeterli değildir.

Bu kılavuz, en önemli SiC plaka inceleme öğelerini, bunların nasıl ölçüldüğünü ve alıcıların bir üretim partisini onaylamadan önce bir tedarikçiden ne talep etmesi gerektiğini açıklamaktadır.

SiC Gofret Kalitesini Ne Belirler?

SiC levha kalitesi genellikle beş ana alanda değerlendirilir:

1. Kristal yapı ve kristalografik kusurlar
2. Gofret boyutları ve geometrisi
3. Yüzey kalitesi ve pürüzlülüğü
4. Elektriksel özellikler ve tekdüzelik
5. Temizlik, tanımlama ve izlenebilirlik

Her bir öğenin önemi amaçlanan uygulamaya bağlıdır. Epitaksiyel büyüme için hazırlanan cihaz düzeyinde bir alt tabaka, normalde bir araştırma levhasından, sahte levhadan veya ekipman kalibrasyon levhasından daha sıkı kontroller gerektirir.

Her uygulama için "iyi" bir SiC levhayı tanımlayan tek bir spesifikasyon yoktur. Cihaz prosesine, levha boyutuna, iletkenlik tipine ve gerekli üretim verimine göre doğru kabul limitleri oluşturulmalıdır.

Yaygın SiC Plaka Denetim Öğelerine Hızlı Genel Bakış

1. SiC Politipini Doğrulayın

Silisyum karbür, politipler olarak bilinen birçok kristal yapıya sahiptir. En yaygın yarı iletken sınıfları 4H-SiC ve 6H-SiC'dir.

Günümüzde 4H-SiC, uygun taşıyıcı hareketliliği, geniş bant aralığı ve yüksek kritik elektrik alanı nedeniyle güç cihazlarında yaygın olarak seçilmektedir. Ancak 6H-SiC hala belirli araştırma, optik veya özel uygulamalar için kullanılabilir.

Politip analiz sertifikasında açıkça belirtilmelidir. Raman spektroskopisi ve X-ışını kırınımı, kristal yapıyı doğrulamak ve olası politip kapanımlarını tanımlamak için kullanılabilir.

Bir alıcı, sırf aynı renk, çap veya iletkenlik tipine sahip oldukları için tüm SiC levhaların aynı kristal yapıya sahip olduğunu varsaymamalıdır.

2. Kristal Yönünü ve Eksen Dışı Açıyı Kontrol Edin

Çoğu ticari 4H-SiC substratı, genellikle (0001) düzlemine dayalı olarak tanımlanmış bir kristalografik yönelimle üretilir. Plaka ayrıca belirlenmiş bir eksen dışı açıya ve yöne sahip olabilir.

Eksen dışı yönelim epitaksiyel büyüme için özellikle önemlidir. Kademeli akışlı büyümeyi destekler ve epitaksiyel katmanda istenmeyen kristal yapıların oluşumunun kontrol edilmesine yardımcı olur.

Önemli yönlendirme bilgileri şunları içerebilir:

• Kristal düzlem
• Si-yüzü veya C-yüzü
• Eksen dışı açı
• Eksen dışı yön
• Yön toleransı
• Birincil düz veya çentik yönlendirmesi

X-ışını kırınımı, kristal oryantasyonunu ve kesmeyi doğrulamak için yaygın olarak kullanılır. Epitaksi için levha sipariş ederken, alıcının hem nominal eksen dışı açıyı hem de kabul edilebilir toleransı belirtmesi gerekir.

3. Mikro Boruları ve Diğer Kristal Kusurlarını İnceleyin

Kristal kusurları SiC levha kalitesini etkileyen en önemli faktörler arasındadır.

Mikro borular

Mikro boru, büyük bir vida çıkığıyla ilişkili içi boş çekirdek defektidir. Substrattan geçebilir ve epitaksiyel büyümeye veya cihaz imalatına müdahale edebilir.

Mikro borular bir zamanlar SiC üretiminde büyük bir sınırlamaydı. Modern kristal büyümesi yoğunluklarını önemli ölçüde azaltmış olsa da, mikropipe denetimi yüksek voltaj ve yüksek güvenilirlik uygulamaları için önemini korumaktadır.

Diş Açma Vida Dislokasyonları

Vida dislokasyonları veya TSD'ler, yaklaşık olarak kristal büyüme yönü boyunca uzanır. Arıza davranışını, kaçak akımı ve cihazın güvenilirliğini etkileyebilirler.

Etkileri cihazın yapısına, konumuna ve proses tasarımına bağlıdır. Bu nedenle hem kusur yoğunluğu hem de mekansal dağılım ilgili olabilir.

Kenar Çıkıklarının Diş Açması

Diş açma kenarı çıkıkları veya TED'ler genellikle SiC alt katmanlarında bulunur. Mikro borulara göre daha az yıkıcı olsalar da, yüksek yoğunluklar yine de epitaksiyel kaliteyi ve cihaz performansını etkileyebilir.

Bazal Düzlem Dislokasyonları

Bazal düzlem dislokasyonları veya BPD'ler, bipolar cihaz uygulamalarında önemlidir çünkü elektriksel stres altında istifleme hatalarının oluşumuna veya genişlemesine katkıda bulunabilirler.

Bipolar bozulmaya duyarlı uygulamalar için, BPD yoğunluğu ve epitaksi sırasındaki dönüşüm davranışı dikkatle değerlendirilmelidir.

İstifleme Hataları ve Politip Kapanımları

İstifleme hataları, SiC kristalinin normal istifleme sırasındaki kesintilerdir. Politip kapanımlar, istenmeyen bir SiC kristal yapısının mevcut olduğu bölgelerdir.

Her iki kusur da epitaksiye müdahale edebilir ve elektriksel performansı etkileyebilir.

Yaygın kusur inceleme yöntemleri şunları içerir:

• Fotolüminesans haritalaması
• X-ışını topografyası
• Optik mikroskopi
• Lazer saçılma denetimi
• Raman spektroskopisi
• Erimiş KOH gravürü

Bazı yöntemler tahribatsızken, kimyasal aşındırma yıkıcıdır. Alıcılar hangi inceleme yönteminin kullanıldığını ve rapor edilen sonucun tüm levhayı mı yoksa yalnızca örneklenmiş alanları mı temsil ettiğini doğrulamalıdır.

4. Gofret Çapını ve Kalınlığını Ölçün

Gofret çapı ve kalınlığı, alt tabakanın işleme, taşıma, cilalama ve epitaksi ekipmanıyla uyumlu olup olmadığını belirler.

Anahtar boyutlu öğeler şunları içerir:

• Nominal çap
• Çap toleransı
• Nominal kalınlık
• Kalınlık toleransı
• Kenar profili
• Çentik veya düz boyutlar

Kalınlık gereksinimleri gofret çapına ve kullanım amacına göre değişiklik gösterebilir. Belirli bir cihaz işlemi için daha ince bir levhaya ihtiyaç duyulabilirken, daha kalın bir alt tabaka, araştırma veya ekipman testleri sırasında daha iyi mekanik stabilite sunabilir.

Özel kalınlıktaki levhalar için, alıcılar ayrıca ek taşlama veya cilalama işleminin yay, eğrilik veya yüzey altı hasarını artırıp artırmayacağını da değerlendirmelidir.

5. Toplam Kalınlık Değişimini Değerlendirin

Genel olarak TTV olarak kısaltılan toplam kalınlık değişimi, tanımlanmış bir ölçüm alanı dahilinde levha boyunca ölçülen maksimum ve minimum kalınlık arasındaki farktır.

Düşük bir TTV önemlidir çünkü aşırı kalınlık değişimi aşağıdakileri etkileyebilir:

• Litografi odağı
• Gofret kırma
• Taşlama ve inceltme homojenliği
• Epitaksiyel proses koşulları
• Cihaz katmanı kalınlığı kontrolü
• Gofret yapıştırma

TTV değerleri ölçüm yönteminden, ölçüm noktalarının sayısından ve kenar hariç tutma alanından etkilenebilir. Bu nedenle bir spesifikasyon yalnızca maksimum TTV değerini belirtmemelidir. Aynı zamanda mutabakata varılan ölçüm koşullarını da tanımlamalıdır.

6. Yay ve Çözgüyü Kontrol Edin

Yay ve çözgü, serbest, sıkıştırılmamış bir levhanın şeklini tanımlar, ancak bunlar aynı ölçü değildir.

Yaygenellikle levhanın orta yüzeyinin bir referans düzleminden sapmasını tanımlar.

Çözgübir referans düzlemine göre orta yüzeyin en yüksek ve en alçak noktaları arasındaki genel farkı temsil eder.

Aşırı yay veya çözgü aşağıdaki durumlarda sorunlara neden olabilir:

• Otomatik gofret işleme
• Vakumlu aynalama
• Litografi
• Epitaksiyel büyüme
• Gofret yapıştırma
• Taşlama ve parlatma
• Film biriktirme

Daha büyük çaplı ve daha ince SiC levhalar geometrik deformasyona karşı daha duyarlı olabilir. Alıcılar, farklı tedarikçilerden gelen verileri karşılaştırırken ölçüm yöntemini, kenar hariç tutmayı ve levha destek koşullarını tanımlamalıdır.

7. Yüzey Pürüzlülüğünü Kontrol Edin

Epitaksiye hazır bir SiC yüzeyi son derece pürüzsüz olmalı ve önemli cila hasarı içermemelidir.

Atomik kuvvet mikroskobu veya AFM, yüzey pürüzlülüğünün ortalama karekökünü ölçmek için yaygın olarak kullanılır. Ancak bildirilen değer büyük ölçüde tarama alanına, cihaz ayarlarına ve ölçüm konumuna bağlıdır.

Bu nedenle pürüzlülük sonucu şunları içermelidir:

• RMS veya Ra değeri
• AFM tarama boyutu
• Test edilen konumların sayısı
• Ölçüm yüzeyi
• Kenar hariç tutma koşulu

Tarama boyutu veya örnekleme planı olmadan tek bir pürüzlülük değerinin karşılaştırılması zordur.

Epitaksi amaçlı levhalar için yüzey kalitesi, çizikler, çukurlar, artık yüzey altı hasarı ve kademeli demetlenme gibi cilalamayla ilgili kusurlar açısından da değerlendirilmelidir.

8. Çizikleri, Çukurları ve Yüzey Kusurlarını İnceleyin

Bir levha, epitaksiyel büyümeyi veya cihaz imalatını etkileyen kusurları içermesine rağmen çıplak gözle temiz görünebilir.

Yaygın yüzey kusurları şunları içerir:

• çizikler
• Çukurlar
• Ezikler
• Lekeler
• Pus
• Parçacıklar
• Kenar çipleri
• Parlatma işaretleri
• Portakal kabuğu dokusu
• Yer altı hasarı

Muayene, parlak alan mikroskobu, karanlık alan mikroskobu, lazer saçılım sistemleri ve otomatik yüzey tarayıcıları kullanılarak gerçekleştirilebilir.

Kabul kriterleri minimum tespit edilebilir kusur boyutunu, izin verilen kusur sayısını ve kenar hariç tutma alanını tanımlamalıdır. Ölçülebilir standartlar eşlik etmedikçe “ayna cilalı” veya “çizilmez” gibi açıklamalar yeterli değildir.

9. Si-Face, C-Face ve Yüzey İşlemini Onaylayın

SiC levhaların iki kutup yüzeyi vardır: silikonla sonlanan yüz ve karbonla sonlanan yüz. Bu yüzeyler oksidasyon, dağlama, cilalama veya epitaksi sırasında aynı şekilde davranmaz.

Tedarikçi şunları tanımlamalıdır:

• Si yüzü hangi tarafta
• C yüzü hangi tarafta
• Hangi taraf epi-hazır
• Gofretin tek tarafı cilalı mı yoksa çift tarafı cilalı mı olduğu
• Arka tarafta pürüzlülük veya bitiş
• Ön taraf tanımlama yöntemi

Yanlış yüz tanımlama, özellikle epitaksiyel büyüme veya yüzey araştırması sırasında süreç başarısızlığına yol açabilir.

Tek tarafı cilalanmış levhalar için, alıcı ayrıca arka tarafın ince taşlanmış, kazınmış, perdahlanmış veya cilalanmış olup olmadığını da doğrulamalıdır.

10. Direnç ve Doping Tekdüzeliğini Değerlendirin

Elektrik performansı SiC levha kalitesinin bir diğer önemli parçasıdır.

İletken N tipi SiC levhalar genellikle nitrojen katkılıdır. Özel uygulamalar için diğer katkı türleri ve yarı yalıtım dereceleri de mevcuttur.

Önemli elektriksel parametreler şunları içerebilir:

• İletkenlik türü
• katkı maddesi
• Direnç aralığı
• Direnç eşitliği
• Taşıyıcı konsantrasyonu
• Taşıyıcı mobilitesi
• Radyal ve eksenel tekdüzelik

Plaka tipine ve direnç aralığına bağlı olarak dört noktalı prob testi, temassız direnç ölçümü, girdap akımı haritalaması ve Hall etkisi ölçümü kullanılabilir.

Ortalama bir direnç değeri tek başına yeterli olmayabilir. Cihaz imalatı için, aynı parti içinde levhanın merkezinden kenarına ve levhadan levhaya olan değişim de aynı derecede önemli olabilir.

Yarı yalıtımlı SiC levhalar için ölçüm yönteminin yüksek dirençli malzemeye uygun olması gerekir. Tedarikçi test sıcaklığını, ölçüm aralığını ve kabul kriterlerini belirtmelidir.

11. Yüzey Kirliliğini ve Parçacık Düzeylerini Kontrol Edin

Metalik kirlenme, organik kalıntılar ve parçacıklar, levha geometrik özelliklerini karşılasa bile epitaksiyel ve cihaz verimini azaltabilir.

Olası denetim teknikleri şunları içerir:

• Otomatik parçacık taraması
• Toplam yansıma X-ışını floresansı
• X-ışını fotoelektron spektroskopisi
• İkincil iyon kütle spektrometresi
• Yüzey iyonu veya kimyasal analiz

Her sipariş gelişmiş kontaminasyon testi gerektirmez. Bununla birlikte, malzeme hassas yarı iletken üretimine yönelikse, alıcıların en azından levha temizleme işlemini, nihai paketleme ortamını ve izin verilen maksimum parçacık seviyesini onaylaması gerekir.

12. Gofret Kenarını, Düz veya Çentik'i inceleyin

Gofret kenarı mekanik gücü ve otomatik kullanımı etkiler.

Kenarı aşağıdakiler açısından inceleyin:

• Cips
• Çatlaklar
• Eğim kusurları
• Düzensiz kenar profilleri
• Yanlış çentik veya düz boyutlar
• Yanlış yönlendirme işareti konumu

Yüksek sıcaklıkta işleme, taşlama veya levha taşıma sırasında küçük kenar kusurları büyüyebilir. Bu nedenle, özellikle ince veya büyük çaplı levhalar için, gelen kalite kontrolüne kenar muayenesi dahil edilmelidir.

Birincil düzlüğün veya çentiğin konumu ve boyutları aynı zamanda işleme ekipmanına ve kristalografik yönlendirme gereksinimlerine de uygun olmalıdır.

13. Gofret Haritasını, COA'yı ve Parti İzlenebilirliğini Gözden Geçirin

Eksiksiz bir analiz sertifikası, denetim sonuçlarını tedarik edilen levha veya üretim partisine açıkça bağlamalıdır.

Siparişe bağlı olarak yararlı belgeler şunları içerebilir:

• Benzersiz gofret kimlik numarası
• Parti ve kristal-bule numarası
• Politip ve yönelim
• Çap ve kalınlık
• TTV, yay ve çözgü
• Yüzey pürüzlülüğü
• İletkenlik tipi ve direnç
• Mikro boru veya dislokasyon verileri
• Yüzey kusuru sonuçları
• Muayene tarihi ve yöntemi
• Gofret düzeyinde kusur veya direnç haritaları
• Paketleme ve temizlik bilgileri

Parti düzeyinde bir ortalama her zaman yerel kusurları veya levhadan levhaya değişimi ortaya çıkaramaz. Kritik uygulamalar için, yalnızca genel bir parti sertifikasına güvenmek yerine bireysel levha verilerini veya levha haritalarını talep edin.

İzlenebilirlik aynı zamanda epitaksiyel sonuçları karşılaştırırken, süreç sorunlarını belirlerken veya uzun vadeli tedarikçi tutarlılığını değerlendirirken de önemlidir.

Yüzey Denetimi Epitaksiyel Plaka Denetiminden Farklıdır

Çıplak bir SiC alt tabakası ve bir epitaksiyel SiC levhası farklı denetim planları gerektirir.

Substrat parametrelerine ek olarak, bir epitaksiyel levha aşağıdakilerin değerlendirilmesini gerektirebilir:

• Epitaksiyel katman kalınlığı
• Kalınlık bütünlüğü
• Doping konsantrasyonu
• Doping eşitliği
• Yüzey morfolojisi
• Epitaksiyel kusur yoğunluğu
• Taşıyıcı ömrü
• Adım gruplama
• Üçgen kusurlar
• Düşüş parçacıkları
• Bazal düzlem çıkık dönüşümü

Alıcılar cilalı bir alt tabakaya mı, epi-hazır bir alt tabakaya mı yoksa epitaksiyel katmanlı bir levhaya mı ihtiyaç duyduklarını açıkça belirtmelidir.

Giriş Muayenesi Nasıl Gerçekleştirilir?

Pratik bir giriş muayene süreci dört adıma ayrılabilir.

1. Adım: Belgeleri Doğrulayın

Gofret tanımlamasının, satın alma siparişinin, ambalaj etiketinin ve COA'nın aynı gofret veya partiye ait olduğunu doğrulayın.

Adım 2: Görsel ve Boyutsal İnceleme Gerçekleştirin

Çapı, kalınlığı, kenar durumunu, yüzey tanımlamasını ve görünür çizikleri, parçacıkları veya talaşları kontrol edin.

Adım 3: Kritik Parametreleri Ölçün

TTV, yay, çarpıklık, pürüzlülük veya direnç gibi prosesle en alakalı özellikleri ölçün.

Adım 4: Sonuçları Gofret Haritaları ve Proses Performansı ile Karşılaştırın

Üretimde kullanım için, gelen denetim verilerini epitaksiyel kusurlar, üretim verimi ve nihai cihaz performansıyla ilişkilendirin. Bu, hangi alt tabaka parametrelerinin gerçek süreç üzerinde en büyük etkiye sahip olduğunu belirlemeye yardımcı olur.

SiC Gofret RFQ Kontrol Listesi

Fiyat teklifi istemeden önce aşağıdaki bilgileri sağlayın:

• Uygulama veya amaçlanan süreç
• SiC politipi: 4H-SiC, 6H-SiC veya başka bir tip
• Gofret çapı
• Kristal yönelimi
• Eksen dışı açı ve yön
• Si-yüz veya C-yüz gereksinimi
• İletken veya yarı yalıtkan kalite
• İletkenlik tipi ve katkı maddesi
• Direnç aralığı ve tekdüzelik
• Nominal kalınlık ve tolerans
• Maksimum TTV, yay ve çözgü
• Tek taraflı veya çift taraflı parlatma
• Yüzey pürüzlülüğü gereksinimi
• İzin verilen kristal ve yüzey kusur seviyeleri
• Kenar, düz veya çentik gereksinimleri
• Temizlik ve paketleme gereksinimleri
• COA, levha haritası ve izlenebilirlik gereksinimleri
• Gerekli miktar

Tam bir spesifikasyonun sağlanması, teknik açıklama süresini kısaltır ve tedarikçinin doğru levha kalitesini seçmesine yardımcı olur.

Sıkça Sorulan Sorular

En önemli SiC levha kalite parametresi nedir?

Her uygulama için tek bir en önemli parametre yoktur. Kristal kusurları, yüzey durumu, geometri ve direnç birlikte değerlendirilmelidir. Epitaksi için eksen dışı açı, yüzey pürüzlülüğü, yüzey altı hasarı ve kristal kusurları genellikle özellikle önemlidir.

Daha düşük bir TTV her zaman daha mı iyidir?

Daha düşük bir TTV genellikle proses tekdüzeliğini artırır, ancak daha sıkı spesifikasyonlar üretim maliyetini artırabilir. Doğru limit, ekipmana, litografi işlemine, yapıştırma yöntemine ve nihai cihaz gereksinimlerine göre belirlenmelidir.

Görsel inceleme tüm SiC plaka kusurlarını tespit edebilir mi?

Hayır. Görsel inceleme çizikleri, kırıntıları, lekeleri ve geniş yüzey kusurlarını tespit edebilir ancak tüm yüzey altı veya kristalografik kusurları ortaya çıkaramaz. PL haritalaması, X-ışını topografisi, AFM ve diğer analitik yöntemler gerekli olabilir.

AFM tarama boyutu neden önemlidir?

Farklı tarama alanlarında ölçüldüğünde yüzey pürüzlülüğü farklı görünebilir. Bir AFM sonucu her zaman tarama boyutunu, ölçüm konumunu ve örneklenen noktaların sayısını içermelidir.

Araştırma sınıfı ve cihaz sınıfı SiC levhalar arasındaki fark nedir?

Araştırma sınıfı levhalar daha geniş toleranslara veya daha yüksek izin verilen kusur seviyelerine sahip olabilir. Cihaz sınıfı veya epi-hazır levhalar genellikle kristal kusurlarının, yüzey durumunun, geometrinin, direncin ve izlenebilirliğin daha sıkı kontrolünü gerektirir.

Alıcılar levha düzeyinde inceleme haritası talep etmeli mi?

Kusur konumunun, direnç tekdüzeliğinin veya yerel yüzey koşullarının cihaz verimini etkileyebileceği uygulamalar için levha düzeyinde bir harita önerilir. Tek bir lot ortalama değerinden daha yararlı bilgiler sağlar.

Çözüm

SiC levha kalitesini değerlendirmek çapı, kalınlığı ve görsel görünümü kontrol etmekten daha fazlasını gerektirir. Kristal yapı, dislokasyon yoğunluğu, TTV, eğim, çarpıklık, yüzey pürüzlülüğü, direnç, kirlenme ve izlenebilirliğin tümü epitaksiyel büyümeyi ve cihaz verimini etkileyebilir.

İlk adım, levhanın amaçlanan uygulamasını tanımlamaktır. Alıcılar daha sonra ölçülebilir kabul kriterleri oluşturabilir ve süreçlerini doğrudan etkileyen parametrelere dayalı denetim sonuçlarını talep edebilir.

Fiyat teklifi talep ederken politipi, çapı, yönelimi, iletkenliği, kalınlığı, geometrik toleransları, yüzey gerekliliklerini ve dokümantasyon ihtiyaçlarını belirtin. Ayrıntılı bir RFQ, levhaların doğru bir şekilde karşılaştırılmasını kolaylaştırır ve genel bir tanımlamayı karşılayan ancak gerçek uygulamayla eşleşmeyen malzemenin alınmasını önler.