Bir silisyum karbür wafer epitaksi büyümesi için satın alırken, yalnızca wafer çapını, politipi ve katkılama türünü belirtmek yeterli değildir. Waferin eksen dışı açısı, yani kesme açısı, basamak akış büyümesini, pol tip kararlılığını, yüzey morfolojisini, kusur yayılmasını ve nihai cihaz verimini önemli ölçüde etkileyebilir.

4H-SiC waferler için yaygın olarak tartışılan üç yönelim şunlardır:

• 0° veya nominal eksen içi
• 4° eksen dışı
• 8° eksen dışı

Bu açılar birbirinin yerine kullanılamaz. 0° bir wafer otomatik olarak daha doğru değildir, 8° bir wafer ise epitaksi için otomatik olarak daha iyi değildir. Her açı farklı bir yüzey basamağı yapısı oluşturur ve epitaksi işlemine ve cihaz uygulamasına uyumlu olmalıdır.

Bu kılavuz, 0°, 4° ve 8° SiC wafer kesme açılarının epitaksiyi nasıl etkilediğini açıklar ve doğru alt tabakayı seçmek için bir RFQ kontrol listesi sunar.

SiC Waferin Eksen Dışı Açısı Nedir?

Bir SiC kristali tanımlanmış kristalografik düzlemlere ve yönlere sahiptir. Standart bir C-düzlemi 4H-SiC waferi için nominal yüzey, kristalin c-eksenine diktir ve (0001) düzlemi ile temsil edilir.

Eksen içi bir wafer, bu bazal düzleme yaklaşık olarak paralel kesilir.

Eksen dışı bir wafer, tam bazal düzlemden küçük bir açıyla, normalde belirli bir kristalografik yöne doğru kasıtlı olarak dilimlenir, örneğin:

4° ⟨11-20⟩ yönüne doğru

Kasıtlı eğim, basamaklarla ayrılmış atomik teraslar içeren bir yüzey oluşturur. Bu basamaklar, epitaksi büyümesi sırasında gelen atomlar için tercih edilen yerler sağlar.

Bu nedenle eksen dışı belirteci iki ayrı öğe içerir:

1. Eksen dışı açı
2. Eksen dışı yön

Yalnızca “4° eksen dışı” belirten bir özellik, kristalografik yön ve açısal tolerans dahil değilse eksiktir.

SiC Epitaksisi Neden Kasıtlı Bir Kesme Kullanır?

Silisyum karbür, pol tipler adı verilen birçok kristal yapıya sahiptir. Yaygın örnekler arasında 3C-SiC, 4H-SiC ve 6H-SiC bulunur.

Homoepitaksi büyümesi sırasında amaç normalde alt tabakanın pol tipini çoğaltmaktır. Örneğin, bir 4H-SiC alt tabakası bir 4H-SiC epitaksi tabakası üretmelidir.

Eksen dışı bir yüzeydeki atomik basamaklar, gelen silisyum ve karbon türlerinin alttaki kristalin istifleme dizisini izlemesine yardımcı olur. Bu mekanizmaya basamak kontrollü epitaksi veya basamak akış büyümesi denir.

Yayınlanmış araştırmalar, 4H-SiC epitaksisinin basamak akış büyümesini iyileştirmek ve pol tip kararlılığını korumak için yaygın olarak 4° eksen dışı alt tabakalar kullandığını doğrulamaktadır. 3C dahil oluşumu üzerine malzeme araştırması

Genel ilişki şöyledir:

• Daha küçük kesme açısı: daha geniş teraslar ve daha düşük basamak yoğunluğu
• Daha büyük kesme açısı: daha dar teraslar ve daha yüksek basamak yoğunluğu

Ancak, basamak yoğunluğunu artırmak aynı zamanda basamak yığılmasını, yüzey pürüzlülüğünü, kusur davranışını ve malzeme kullanımını da değiştirir.

0° Eksen İçi SiC Waferler

Yüzey Özellikleri

Nominal olarak eksen içi bir SiC wafer, tam (0001) bazal düzlemine yakın bir yüzeye sahiptir. Terasları daha geniştir ve doğal basamak yoğunluğu 4° veya 8° waferlere göre daha düşüktür.

“Eksen içi” her zaman tam olarak 0.000° anlamına gelmez. Gerçek waferler hala kristal eğriliği, dilimleme doğruluğu, wafer bükülmesi ve parlatma nedeniyle küçük bir artık yönelim bozukluğu içerebilir.

Bu nedenle, bir RFQ, açısal bir tolerans belirtmelidir, örneğin:

Eksen içi (0001) ±0.5°

Talepkar araştırmalar için daha sıkı bir tolerans veya tam wafer yönelim haritası gerekebilir.

0° Waferlerin Avantajları

Potansiyel avantajlar şunları içerir:

• Daha iyi külçe malzeme kullanımı
• Açılı dilimleme yoluyla daha az kristal malzeme kaybı
• Yarı iletken RF alt tabakaları için uygunluk
• Seçilmiş GaN-on-SiC işlemleri için uygunluk
• Belirli büyüme koşulları altında belirli bazal düzlem dislokasyonlarının daha az çoğaltılması
• Düşük eksen dışı veya eksen içi homoepitaksi araştırmaları için kullanılabilirlik

0° Homoepitaksi Zorlukları

Daha az yüzey basamağı ile atomların daha az tercih edilen basamak kenarı yerleşim yeri vardır. İşlem dikkatlice kontrol edilmezse iki boyutlu çekirdeklenme daha olası hale gelebilir.

4H-SiC homoepitaksisi için bu şunlara yol açabilir:

• 3C-SiC dahil oluşumları
• Pol tip kararsızlığı
• Üçgen kusurlar
• Yüzey adaları
• Düzensiz basamak oluşumu
• Kullanılabilir cihaz alanının azalması

Nominal olarak eksen içi Si-yüzü 4H-SiC üzerine yapılan araştırmalar, yüksek kaliteli homoepitaksinin mümkün olduğunu göstermiştir, ancak 3C-SiC dahil oluşumlarının kontrolü önemli bir işlem zorluğu olmaya devam etmektedir. Eksen içi 4H-SiC epitaksi çalışması

Modern reaktör tasarımı, yerinde dağlama, sıcaklık kontrolü, öncü madde rampalama ve C/Si oranı optimizasyonu eksen içi büyümeyi iyileştirebilir. Yine de, 4° waferler için geliştirilmiş bir epitaksi tarifi, işlem geliştirme olmadan 0° waferlere basitçe aktarılamaz.

Tipik Uygulamalar

Eksen içi 4H-SiC waferler şunlar için seçilebilir:

• Yüksek saflıkta yarı iletken SiC alt tabakaları
• GaN-on-SiC RF epitaksisi
• Mikrodalga ve radar cihazı alt tabakaları
• Optik ve araştırma uygulamaları
• Alternatif homoepitaksi büyüme işlemleri
• Bazal düzlem dislokasyon araştırması
• Özel standart olmayan epitaksi yapıları

GaN-on-SiC için doğru açı, AlN çekirdeklenmesi, polarite ve reaktör koşulları tercih edilen kesmeyi değiştirebileceğinden GaN epitaksi sağlayıcısı ile doğrulanmalıdır.

4° Eksen Dışı SiC Waferler

4° Neden Yaygın Bir Seçim Oldu?

4° eksen dışı 4H-SiC wafer, basamak yoğunluğu, epitaksi işlem kararlılığı ve alt tabaka üretim maliyeti arasında pratik bir denge sağlar.

Yüzey, basamak akış büyümesini desteklemek için yeterli basamak içerirken, daha büyük bir 8° kesimin getirdiği malzeme kullanım dezavantajlarından bazılarını önler.

İletken 4H-SiC güç cihazı alt tabakaları için yaygın bir özellik şudur:

4° ⟨11-20⟩ yönüne doğru ±0.5°

Kesin yön ve tolerans her işlem için hala doğrulanmalıdır.

4° Waferlerin Avantajları

Düzgün hazırlanmış bir 4° alt tabaka şunları sağlayabilir:

• Kararlı 4H pol tip çoğaltma
• Güvenilir basamak akış epitaksisi
• Yerleşik güç cihazı işlemleriyle uyumluluk
• Epitaksi kalınlığı ve katkılamanın iyi kontrolü
• 8° kesimden daha az malzeme kaybı
• N-tipi 4H-SiC için geniş kullanılabilirlik
• SiC MOSFET ve Schottky diyot üretimi ile uyumluluk

Araştırmalar, sıcaklık, yüzey kimyası, C/Si oranı ve büyüme öncesi dağlama optimize edildiğinde 4° eksen dışı alt tabakalar üzerinde kontrollü morfolojiye sahip yüksek büyüme oranlı, kalın 4H-SiC epitaksi katmanları göstermiştir. 

4° Waferlerde Potansiyel Kusurlar

4° eksen dışı açı epitaksi kusurlarını ortadan kaldırmaz. Olası sorunlar şunları içerir:

• Basamak yığılması
• Üçgen kusurlar
• Havuç kusurları
• Bazal düzlem dislokasyonları
• İletici kenar veya vida dislokasyonları
• Epitaksi katmanına aktarılan yüzey çizikleri
• Yerel pol tip dahil oluşumları
• Kenarla ilgili kalınlık düzensizliği

Nihai kusur yoğunluğu hem alt tabakaya hem de büyüme işlemine bağlıdır. Yüzey hazırlığı, hidrojen dağlama, büyüme oranı, basınç, sıcaklık ve öncü madde oranı sonucun tümünü etkiler.

Tipik Uygulamalar

4° eksen dışı 4H-N SiC wafer yaygın olarak şunlar için düşünülür:

• SiC MOSFET'ler
• Schottky bariyer diyotları
• Bağlantı bariyer Schottky diyotları
• PiN diyotları
• Yüksek voltajlı güç cihazları
• Elektrikli araç invertörleri
• Yerleşik şarj cihazları
• Endüstriyel güç kaynakları
• Yenilenebilir enerji dönüştürücüleri
• Kalın SiC epitaksi katmanları

Çoğu standart iletken 4H-SiC güç cihazı projesi için 4°, alıcıların değerlendirmesi gereken ilk yönelimdir.

8° Eksen Dışı SiC Waferler

Yüzey Özellikleri

8° eksen dışı bir wafer, 4° bir waferin nominal eğiminin yaklaşık iki katına sahiptir. Bu nedenle daha yüksek bir yüzey basamak yoğunluğu ve daha dar teraslar sunar.

Tarihsel olarak, 8° eksen dışı alt tabakalar güçlü basamak akış koşulları ve güvenilir pol tip çoğaltma sağlamak için yaygın olarak kullanılmıştır.

8° Waferlerin Avantajları

Potansiyel avantajlar şunları içerir:

• Yüksek yüzey basamak yoğunluğu
• Güçlü basamak akış büyümesi
• İstenmeyen iki boyutlu çekirdeklenme riskinin azalması
• Uyumlu büyüme koşulları altında iyi pol tip çoğaltma
• 8° alt tabakalar etrafında geliştirilmiş eski epitaksi işlemleriyle uyumluluk
• Özel araştırmalar veya özel cihaz yapıları için uygunluk

8° Waferlerin Sınırlamaları

Daha büyük bir eksen dışı açı ticari ve işlem dezavantajları getirebilir:

• Açılı dilimleme sırasında daha fazla külçe malzeme kaybı
• Daha yüksek alt tabaka üretim maliyeti
• Daha zorlu açı ve yön kontrolü
• Basamak yığılmasına artan hassasiyet
• Olası yüzey morfolojisi farklılıkları
• Modern 4° epitaksi tarifleriyle daha az değiştirilebilirlik
• Bazı tedarikçilerden daha düşük standart kullanılabilirlik

Daha büyük kesme açısı, belirli bir kristal külçesinden daha az wafer elde edilebileceği anlamına gelir. Bu dezavantaj, wafer çapı arttıkça daha önemli hale gelir.

Eksen dışı yaklaşımları karşılaştıran araştırmalar, etkili basamak akış büyümesini sürdürürken maliyet tasarrufu sağlayan bir alternatif olarak 4° alt tabakaları belirlemiştir.

Tipik Uygulamalar

8° eksen dışı SiC wafer şunlar için uygun olabilir:

• 8° malzeme için nitelikli mevcut epitaksi reaktörleri
• Eski cihaz üretimi
• Özel kalın epitaksi yapıları
• Basamak akış ve pol tip araştırması
• Özel 4H-SiC veya 6H-SiC epitaksisi
• Özellikle daha yüksek basamak yoğunluğunun gerekli olduğu işlemler

Bir alıcı, işlem yeterliliğini sağlamadan yalnızca alt tabaka maliyetini düşürmek için 8°'den 4°'ye geçmemelidir.

0° vs 4° vs 8° SiC Wafer Karşılaştırması

Tablo genel seçim rehberliği sağlar. Gerçek performans pol tipe, yüzey polaritesine, büyüme yöntemine, wafer boyutuna ve epitaksi tarifine bağlıdır.

Kesme Açısı Cihaz Verimini Nasıl Etkiler?

1. Pol Tip Dahil Oluşumları

İstenmeyen 3C-SiC dahil oluşumları elektriksel olarak kusurlu bölgeler oluşturabilir ve kullanılabilir kalıp alanını azaltabilir.

Eksen içi büyüme, pol tip çekirdeklenmesine özellikle duyarlıdır, oysa 4° ve 8° yüzeyler 4H istifleme dizisini korumak için daha fazla basamak sağlar.

2. Yüzey Morfolojisi

Pürüzsüz bir epitaksi yüzeyi, litografi, geçit oksit oluşumu ve cihaz tekdüzeliği için esastır.

Yanlış eşleştirilmiş kesme ve büyüme koşulları şunlara neden olabilir:

• Basamak yığınları
• Üçgen kusurlar
• Yüzey çukurları
• Tepeler
• Pürüzlü teraslar
• Yerel kalınlık varyasyonu

3. Bazal Düzlem Dislokasyonları

Bazal düzlem dislokasyonları, istif hata genişlemesine ve ileri voltaj bozulmasına katkıda bulunabildikleri için bipolar SiC cihazları için önemlidir.

Eksen dışı büyüme, alt tabakadan epitaksi katmanına BPD'leri çoğaltabilir. Modern işlemler, BPD'leri daha az zararlı iletken kenar dislokasyonlarına dönüştürmeye veya yayılmalarını önlemeye çalışır.

4. Epitaksi Katkılama Tekdüzeliği

Basamak yoğunluğu, nitrojen ve diğer katkı maddelerinin büyüme sırasında nasıl dahil edildiğini etkiler. Bu nedenle eksen dışı açıyı değiştirmek, hedef katkılamayı korumak için gaz akışı, sıcaklık ve C/Si oranında ayarlamalar gerektirebilir.

5. Wafer Düzeyinde Tekdüzelik

Kristal düzlem eğriliği ve wafer geometrisi nedeniyle gerçek eksen dışı açı merkezden kenara değişebilir. Bu, wafer boyunca basamak yapısında yerel değişikliklere neden olabilir.

Daha büyük waferler veya talepkar üretim için alıcılar şunları talep edebilir:

• Tam wafer eksen dışı haritalama
• Merkez ve kenar ölçümleri
• Kesme yönü haritalaması
• X-ışını yönelim raporları
• Wafer bükülme ve çarpılma verileri

6. Alt Tabaka Maliyeti ve Kalıp Ekonomisi

Daha büyük bir eksen dışı açı belirli epitaksi koşullarını iyileştirebilir ancak bir külçeden dilimlenebilecek alt tabaka sayısını azaltabilir.

En düşük kusurlu epitaksi sonucu, en düşük toplam cihaz maliyetini zorunlu olarak üretmez. Alıcılar şunları dikkate almalıdır:

• Alt tabaka fiyatı
• Epitaksi verimi
• Kullanılabilir alan
• Cihaz verimi
• Güvenilirlik
• İşlem yeterlilik maliyeti

Si-Yüzü vs C-Yüzü: Başka Bir Kritik Özellik

Eksen dışı açı, wafer polaritesinden ayrı olarak değerlendirilmemelidir.

Bir SiC wafer şunlar üzerinde işlenebilir:

• Si-yüzü: (0001)
• C-yüzü: (000-1)

Ticari 4H-SiC güç cihazı epitaksilerinin çoğu Si-yüzünü kullanır. C-yüzü malzeme, özel epitaksi, araştırma, grafen oluşumu veya farklı yüzey kimyası gerektiren işlemler için kullanılabilir.

Si-yüzü ve C-yüzü yüzeyleri şunlar sırasında farklı davranabilir:

• Hidrojen dağlama
• Basamak oluşumu
• Katkı maddesi dahil edilmesi
• Oksidasyon
• Pol tip çekirdeklenme
• Yüzey yeniden yapılanması

Bu nedenle bir RFQ hem yüzü hem de eksen dışı özelliği belirtmelidir.

Uygulamaya Dayalı Seçim Rehberi

4H-SiC MOSFET veya Schottky Diyot

Önerilen başlangıç noktası:

• 4H-N iletken SiC
• Si-yüzü
• 4° ⟨11-20⟩ yönüne doğru
• Epi-hazır CMP yüzeyi

GaN-on-SiC RF Cihazı

Önerilen başlangıç noktası:

• Yüksek saflıkta yarı iletken 4H-SiC
• Eksen içi veya düşük kesme yönelimi
• Yönelim GaN epitaksi sağlayıcısı ile doğrulanmalıdır
• Sıkı özdirenç ve yüzey kusuru kontrolü

Mevcut 8° Epitaksi İşlemi

Önerilen başlangıç noktası:

• Nitelikli 8° açısını ve yönünü koruyun
• 4° malzemeyi yalnızca kontrollü bir yeterlilik lotu aracılığıyla karşılaştırın
• Üretim dönüşümünden önce epitaksi tarifini yeniden ayarlayın

Eksen İçi 4H-SiC Homoepitaksi Araştırması

Önerilen başlangıç noktası:

• Nominal 0° Si-yüzü veya C-yüzü
• Sıkı tam wafer yönelim kontrolü
• Özel yüzey hazırlığı
• Optimize edilmiş çekirdeklenme ve öncü madde rampalama
• Detaylı 3C dahil oluşumu haritalaması

SiC Wafer Eksen Dışı RFQ Kontrol Listesi

4H-N Güç Cihazı SiC Waferi İçin Örnek RFQ

Uygulama: SiC MOSFET epitaksi büyümesi
Malzeme: 4H-SiC
İletkenlik: N-tipi
Çap: 150 mm
Yönelim: 4° eksen dışı ⟨11-20⟩ yönüne doğru
Açı Toleransı: ±0.5°
Yüzey: Si-yüzü CMP, epi-hazır
Arka yüz: C-yüzü optik parlatma
Kalınlık: Cihaz fabrikası taşıma gereksinimlerine göre
Özdirenç: Tanımlanmış üretim aralığı
TTV: Alıcı tarafından tanımlanmış maksimum
Bükülme/Çarpılma: Alıcı tarafından tanımlanmış maksimum
Yüzey Pürüzlülüğü: Ra, kabul edilen CMP limitinin altında
Kusurlar: MPD, BPD, TSD ve kenar kusuru limitleri gerekli
Muayene: X-ışını yönelimi, yüzey taraması ve geometri raporu
Miktar: Yeterlilik için 5 wafer, ardından üretim siparişi

Sıkça Sorulan Sorular

4° her zaman 4H-SiC için en iyi eksen dışı açı mıdır?

Hayır. 4° eksen dışı açı, iletken 4H-SiC güç cihazı epitaksisi için yaygın olarak kullanılır, ancak yarı iletken RF alt tabakaları, eski işlemler ve özel araştırmalar 0°, 8° veya başka bir açı gerektirebilir.

0° SiC wafer epitaksi için kullanılabilir mi?

Evet, ancak eksen içi homoepitaksi genellikle pol tip çekirdeklenmesini, 3C-SiC dahil oluşumlarını ve yüzey morfolojisini kontrol etmek için özel bir büyüme işlemi gerektirir.

Endüstri neden birçok güç uygulaması için 8°'den 4°'ye geçti?

4° kesme, kararlı epitaksi için yeterli basamak yoğunluğu sağlarken, külçe kullanımını iyileştirir ve daha büyük bir 8° kesime kıyasla malzeme maliyetini düşürür.

Eksen dışı yön, açı kadar önemli midir?

Evet. Aynı 4° açıya ancak farklı kesme yönlerine sahip iki wafer farklı basamak yapıları ve epitaksi davranışı gösterebilir. Her zaman hem açıyı hem de yönü belirtin.

Yarı iletken SiC için normalde hangi açı kullanılır?

Yarı iletken 4H-SiC, RF ve GaN-on-SiC uygulamaları için sıklıkla eksen içi olarak tedarik edilir. Ancak, özel epitaksi işlemleri için 4° ve 8° seçenekleri mevcut olabilir.

4° bir wafer doğrudan 8° bir waferin yerine geçebilir mi?

Yeterlilik olmadan olmaz. Epitaksi tarifi, sıcaklık, büyüme oranı, basınç, ön dağlama ve öncü madde oranlarında değişiklikler gerektirebilir.

Sonuç

SiC wafer eksen dışı açısı, basit bir boyutsal toleranstan ziyade işlevsel bir epitaksi parametresidir.

0° bir wafer yüksek malzeme kullanımı sunar ve yarı iletken RF alt tabakaları veya özel homoepitaksi için uygun olabilir, ancak pol tip çekirdeklenmesinin dikkatli kontrolünü gerektirir.

4° eksen dışı bir wafer, basamak akış kararlılığı, maliyet ve üretim uyumluluğu arasında güçlü bir denge sağlar, bu da onu iletken 4H-SiC güç cihazları için yaygın bir seçim haline getirir.

8° eksen dışı bir wafer yüksek basamak yoğunluğu sağlar ve nitelikli eski işlemler ve özel epitaksi büyümesi için değerli olmaya devam eder, ancak malzeme maliyetini ve basamak yığılma hassasiyetini artırabilir.

Teklif istemeden önce alıcılar şunları doğrulamalıdır:

• Cihaz uygulaması
• Pol tip ve iletkenlik
• Si-yüzü veya C-yüzü
• Eksen dışı açı ve yön
• Açısal tolerans
• Yüzey bitirme
• Geometri ve kusur limitleri
• Epitaksi işlem uyumluluğu

En iyi SiC wafer, en büyük veya en küçük kesme açısına sahip olan değildir. Yönelimi, yüzeyi ve kusur özellikleri amaçlanan epitaksi işlemine uyan waferdir.

ETİKETLER: SiC wafer eksen dışı açı,4 derece SiC wafer,8 derece SiC alt tabaka,eksen içi SiC wafer,SiC wafer kesme,4H-SiC epitaksi,SiC alt tabaka yönelimi,SiC wafer tedarikçisi