Rozdiel medzi fiktívnymi, výskumnými a výrobnými SiC substrátmi

Substráty SiC sú základným materiálom pre výrobu polovodičových zariadení tretej generácie. Ich klasifikácia stupňa kvality musí presne zodpovedať potrebám rôznych etáp, ako je vývoj polovodičových zariadení, overovanie procesov a hromadná výroba. Priemysel vo všeobecnosti kategorizuje substráty SiC do troch kategórií: maketa, výskum a výrobná trieda.  Jasné pochopenie rozdielov medzi týmito tromi typmi substrátov môže pomôcť dosiahnuť optimálne riešenie výberu materiálu pre špecifické požiadavky aplikácie.

1. Nepravé SiC substráty

Nepravé substráty SiC majú najnižšie požiadavky na kvalitu spomedzi troch kategórií. Zvyčajne sa vyrábajú s použitím menej kvalitných segmentov na oboch koncoch krištáľovej tyče a spracovávajú sa základnými procesmi brúsenia a leštenia.

Povrch plátku je drsný a presnosť leštenia je nedostatočná; ich hustota defektov je vysoká a významný podiel tvoria dislokácie závitov a mikrorúrky; elektrická rovnomernosť je slabá a existujú zjavné rozdiely v odpore a vodivosti celého plátku.  Preto majú vynikajúcu výhodu v oblasti nákladovej efektívnosti. Vďaka zjednodušenej technológii spracovania sú ich výrobné náklady oveľa nižšie ako u ostatných dvoch substrátov a dajú sa mnohokrát opakovane použiť.

Dummy-kvalitné substráty z karbidu kremíka sú vhodné pre scenáre, kde neexistujú prísne požiadavky na ich kvalitu, vrátane plnenia kapacity počas inštalácie polovodičového zariadenia, kalibrácie parametrov počas fázy pred prevádzkou zariadenia, ladenia parametrov v počiatočných fázach vývoja procesu a školenia obsluhy zariadenia.

2. Výskumné substráty SiC

Kvalitné umiestnenie výskumnej úrovneSiC substrátyje medzi umelou triedou a výrobnou triedou a musí spĺňať základné požiadavky na elektrický výkon a čistotu v scenároch výskumu a vývoja.

Ich hustota kryštálových defektov je výrazne nižšia ako hustota fiktívneho typu, ale nespĺňajú štandardy výrobného stupňa. Prostredníctvom optimalizovaných procesov chemicko-mechanického leštenia (CMP) je možné kontrolovať drsnosť povrchu, čím sa výrazne zlepšuje hladkosť. Dostupné vo vodivých alebo poloizolačných typoch, vykazujú stabilitu elektrického výkonu a rovnomernosť na plátku, čím spĺňajú požiadavky na presnosť testovania výskumu a vývoja.  Preto sa ich cena pohybuje medzi nákladmi fiktívnych a produkčných SiC substrátov.

Substráty SiC výskumnej kvality sa používajú v laboratórnych scenároch výskumu a vývoja, funkčnej verifikácii riešení návrhu čipov, verifikácii uskutočniteľnosti procesov v malom meradle a prepracovanej optimalizácii parametrov procesu.

3. SiC substráty produkčnej kvality

Substráty produkčnej kvality sú základným materiálom pre hromadnú výrobu polovodičových zariadení. Ide o kategóriu najvyššej kvality s čistotou nad 99,9999999999 % a ich hustota defektov je kontrolovaná na extrémne nízkej úrovni. 

Po vysoko presnom chemicko-mechanickom leštení (CMP) dosiahli rozmerová presnosť a rovinnosť povrchu úroveň nanometrov a kryštálová štruktúra je takmer dokonalá. Ponúkajú vynikajúcu elektrickú jednotnosť s jednotným odporom naprieč vodivými aj poloizolačnými typmi substrátov. Avšak kvôli prísnemu výberu surovín a komplexnej kontrole výrobného procesu (na zabezpečenie vysokého výnosu) sú ich výrobné náklady najvyššie z troch typov substrátov. 

Tento typ substrátu SiC je vhodný na rozsiahlu výrobu polovodičových súčiastok, vrátane hromadnej výroby SiC MOSFET a Schottkyho bariérových diód (SBD), výrobu GaN-on-SiC RF a mikrovlnných zariadení a priemyselnú výrobu špičkových zariadení, ako sú pokročilé senzory a kvantové zariadenia.