SiC Substrates: The Foundation for Advanced Tech

빠르게 진화하는 첨단 기술 환경에서는 극한의 조건을 견디고 뛰어난 성능을 제공하는 소재에 대한 요구가 무엇보다 중요합니다. 실리콘 카바이드(SiC) 기판은 특히 혁신의 한계를 뛰어넘는 산업에서 중요한 기반 재료로 부상하고 있습니다. 고전력 전자기기부터 최첨단 항공우주 애플리케이션에 이르기까지 SiC 기판은 차세대 디바이스에 필요한 견고한 기반을 제공합니다. 이 블로그 게시물에서는 SiC 기판의 응용 분야, 장점, 설계 고려 사항 및 특정 요구 사항에 맞는 고품질 맞춤형 솔루션을 조달하는 방법을 살펴보며 SiC 기판의 세계에 대해 자세히 알아봅니다.

1. 소개 소개: 차세대 기술의 기반이 되는 SiC 기판

실리콘 카바이드(SiC)는 뛰어난 물리적 및 전자적 특성으로 잘 알려진 화합물 반도체 소재입니다. SiC 기판은 기본적으로 단결정 SiC로 만든 웨이퍼 또는 디스크로, 그 위에 활성 반도체 층(에피택셜 층)을 성장시켜 전자 또는 광전자 장치를 제작합니다. 이러한 기판은 단순한 수동 캐리어가 아니라 최종 디바이스의 성능, 신뢰성, 효율성에 직접적인 영향을 미치는 품질입니다. 넓은 밴드갭, 높은 열 전도성, 높은 항복 전기장 강도, 우수한 기계적 안정성의 독특한 조합은 고전력, 고주파 및 고온 작동을 요구하는 애플리케이션에 SiC 기판을 필수 불가결한 요소로 만듭니다. 5G, 전기 자동차, 재생 에너지 시스템과 같은 기술이 발전함에 따라 고품질 SiC 기판의 역할은 점점 더 중요해지고 있으며, 미래 혁신의 기반이 되는 역할을 하고 있습니다. 특정 디바이스 요구 사항에 맞는 맞춤형 SiC 기판을 조달할 수 있는 능력은 그 가치를 더욱 증폭시켜 엔지니어가 가장 까다로운 산업 애플리케이션에서도 성능을 최적화할 수 있게 해줍니다.

2. SiC 기판의 수요를 주도하는 주요 산업 분야

SiC 기판의 뛰어난 특성 덕분에 다양한 첨단 기술 산업에서 채택되고 있습니다. 각 분야에서는 SiC의 고유한 장점을 활용하여 이전의 소재 한계를 극복하고 새로운 차원의 성능과 효율성을 실현하고 있습니다.

• 반도체 및 전력 전자: SiC 기판의 가장 큰 시장입니다. 전원 공급 장치, 인버터, 가변 주파수 드라이브에 사용되는 MOSFET, 쇼트키 다이오드, 전력 모듈과 같은 전력 디바이스 제조에 필수적인 소재입니다. SiC 기반 디바이스는 기존 실리콘 디바이스에 비해 에너지 손실이 적고 스위칭 주파수가 높으며 작동 온도가 높습니다. 따라서 더 작고 효율적이며 안정적인 전력 변환 시스템을 구현할 수 있습니다.
• 자동차: 자동차 산업, 특히 전기 자동차(EV) 부문은 SiC 기판 수요의 주요 동인입니다. EV 인버터, 온보드 충전기, DC-DC 컨버터의 SiC 전력 모듈은 주행 거리 증가, 충전 시간 단축, 차량 무게 및 부피 감소로 이어집니다. 또한 더 높은 온도에서 작동할 수 있기 때문에 냉각 시스템 요구 사항도 간소화됩니다.
• 항공우주 & 방위: 항공우주 및 방위 시스템에는 가볍고 견고하며 열악한 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있는 부품이 필요합니다. SiC 기판은 방사선 경도, 고온 내성 및 높은 전력 밀도로 인해 레이더 시스템, 위성 전원 시스템 및 항공 전자기기 전원 공급 장치에 사용됩니다.
• 재생 에너지: 태양광 인버터와 풍력 터빈 컨버터는 SiC 기술의 이점을 크게 누릴 수 있습니다. SiC 기반 전력 변환의 효율이 높을수록 에너지 수확량이 증가하고 시스템 비용이 절감됩니다. 또한 내구성이 뛰어나 멀리 떨어져 있거나 까다로운 설치 환경에서도 유용합니다.
• LED 제조: 질화 갈륨(GaN)은 종종 사파이어나 실리콘에서 성장하지만, SiC 기판은 고출력 GaN 기반 LED 및 레이저 다이오드에 더 가까운 격자 일치와 더 나은 열 전도성을 제공합니다. 그 결과 특히 산업용 조명, 자동차 헤드램프, 대형 디스플레이와 같은 애플리케이션에서 더 밝고 효율적이며 오래 지속되는 조명 솔루션을 구현할 수 있습니다.
• 산업 기계 &038; 제조: 고출력 모터 드라이브, 산업용 난방 시스템 및 용접 장비는 효율, 정밀도 및 제어 향상을 위해 SiC 전력 장치를 활용합니다. SiC의 견고함은 까다로운 산업 환경에서도 긴 수명을 보장합니다.
• 10447: 통신: SiC 기판은 5G 기지국 및 기타 통신 인프라의 고주파 전력 증폭기 분야에서 응용 분야를 찾고 있습니다. 고주파에서 높은 전력을 처리하는 능력은 효율적인 신호 전송에 매우 중요합니다.
• 석유 및 가스: 석유 및 가스 산업의 다운홀 시추 및 감지 장비는 극한의 온도와 압력에서 작동합니다. SiC 기반 센서와 전자 장치는 이러한 까다로운 조건에서 뛰어난 신뢰성과 성능을 제공합니다.
• 철도 운송: 최신 열차와 트램은 에너지 효율을 개선하고 전력 시스템의 크기와 무게를 줄이며 운영 비용을 절감하기 위해 SiC 기반 보조 전원 장치와 트랙션 인버터를 점점 더 많이 사용하고 있습니다.
• 원자력: SiC는 내방사선성과 고온 안정성이 뛰어나 원자력 발전소 내 센서 및 전자 부품에 적합한 소재로, 보다 안전하고 신뢰할 수 있는 운영에 기여합니다.

3. 맞춤형 SiC 기판의 독보적인 장점

표준 SiC 기판도 상당한 이점을 제공하지만, 이러한 기본 구성 요소를 맞춤화할 수 있으면 디바이스 최적화 및 애플리케이션별 성능에 대한 새로운 가능성의 영역이 열립니다. 커스터마이징을 통해 엔지니어와 설계자는 첨단 기술의 요구 사항에 맞게 기판 특성을 정밀하게 조정할 수 있습니다.

맞춤형 SiC 기판 선택의 주요 이점은 다음과 같습니다:

• 최적화된 열 관리: SiC는 실리콘보다 약 3배 높은 열 전도성을 자랑합니다. 커스터마이징을 통해 특정 폴리타입을 지정하거나 표면을 수정하여 방열 경로를 최적화함으로써 이를 더욱 향상시킬 수 있으며, 이는 고전력 밀도 디바이스에 매우 중요합니다. 이를 통해 작동 온도를 낮추고 안정성을 개선하며 부피가 큰 냉각 시스템의 필요성을 줄일 수 있습니다.
• 향상된 전기적 성능:
  • 높은 항복 전압: SiC의 항복 전기장은 실리콘의 약 10배에 달합니다. 이 특성을 극대화하기 위해 특정 도핑 수준(예: N형 또는 반절연) 및 결함 밀도로 맞춤형 기판을 설계하여 디바이스가 고장 없이 훨씬 더 높은 전압을 처리할 수 있도록 할 수 있습니다.
  • 낮은 온-저항: 전력 스위칭 애플리케이션의 경우 전도 손실을 줄이려면 온저항을 최소화하는 것이 중요합니다. 맞춤형 기판 두께와 도핑 프로파일을 조정하여 주어진 디바이스 설계에 대해 가능한 가장 낮은 온저항을 달성할 수 있습니다.
  • 고주파 작동: SiC의 높은 전자 포화 속도는 더 높은 스위칭 주파수를 가능하게 합니다. 이러한 빠른 스위칭 속도를 지원하도록 기판 특성을 최적화하여 더 작은 수동 부품과 더 컴팩트한 시스템을 만들 수 있습니다.
• 뛰어난 기계적 견고성: SiC는 매우 단단하고 기계적으로 안정적인 소재입니다. 맞춤형 제작에는 특정 치수 공차, 에지 프로파일링 및 후면 가공이 포함될 수 있으며, 이를 통해 기판이 에피택시 및 디바이스 제조와 같은 다운스트림 공정의 엄격한 조건을 견디고 기계적으로 까다로운 환경에서 장기적인 신뢰성을 보장하는 능력을 향상시킬 수 있습니다.
• 맞춤형 화학적 불활성 및 순도: SiC는 고온에서도 화학적 공격에 매우 강합니다. 맞춤형 기판 제조 공정은 오염으로 인해 성능이나 수율이 저하될 수 있는 민감한 반도체 장치 제조에 매우 중요한 초고순도 수준과 특정 표면 화학을 보장할 수 있습니다.
• 애플리케이션별 지오메트리 및 방향:
  • 직경 및 두께: 기판은 장비 성능 및 장치 요구 사항에 맞게 다양한 직경(예: 100mm, 150mm, 200mm)과 정밀한 두께로 제작할 수 있습니다.
  • 크리스탈 방향(오프컷): 특정 결정면에서 오프컷의 각도와 방향(예: 4H-SiC의 경우 (0001) 평면에서 4° 오프축)은 고품질 에피택셜 성장에 매우 중요합니다. 커스터마이징을 통해 이러한 파라미터를 정밀하게 제어할 수 있습니다.
  • 플랫 및 노치: 고객 사양에 따라 웨이퍼 방향 및 취급을 위한 특정 평면 또는 노치를 통합할 수 있습니다.
• 디바이스 수율 및 안정성 향상: 제조업체는 의도한 애플리케이션과 후속 공정 단계에 완벽하게 일치하는 기판으로 시작하여 디바이스 수율을 개선하고 최종 제품의 전반적인 신뢰성과 수명을 향상시킬 수 있습니다. 여기에는 결함 밀도(예: 마이크로파이프 밀도, 기저면 전위)에 대한 맞춤형 사양이 매우 중요합니다.

고품질을 제공할 수 있는 공급업체와 파트너십을 맺습니다, 맞춤형 SiC 기판 는 기술의 최전선에서 활동하는 기업에게 전략적 이점이 될 수 있습니다.

4. 기판 애플리케이션을 위한 SiC 폴리타입 및 등급 탐색하기

실리콘 카바이드는 폴리타입으로 알려진 다양한 결정 구조로 존재할 수 있다는 점에서 독특합니다. 250개 이상의 SiC 폴리타입이 확인되었지만, 특정 전자 및 물리적 특성으로 인해 기판 애플리케이션에 상업적으로 중요한 것은 소수에 불과합니다. 이러한 폴리타입과 사용 가능한 등급을 이해하는 것은 주어진 기기에 적합한 기판을 선택하는 데 매우 중요합니다.

기판에 사용되는 가장 일반적인 SiC 폴리타입은 다음과 같습니다:

• 4H-SiC(육각형 SiC): 현재 전력 전자 장치에 가장 널리 사용되는 폴리타입입니다.
  • 속성: 6H-SiC에 비해 더 넓은 밴드갭(~3.26eV), 더 높은 전자 이동도(특히 c축을 따라), 더 높은 등방성 특성을 제공합니다. 이는 디바이스의 온저항을 낮추고 스위칭 주파수를 높인다는 의미로 해석됩니다.
  • 애플리케이션: 고전압 전력 MOSFET, 쇼트키 다이오드 및 고주파 장치에 주로 사용됩니다.
• 6H-SiC(육각형 SiC): 과거에는 결정 성장이 더 쉬운 6H-SiC가 더 일반적이었지만, 대부분의 전력 애플리케이션에서 4H-SiC가 이를 대체하고 있습니다.
  • 속성: 4H-SiC에 비해 밴드갭이 약간 더 작고(~3.03 eV) 전자 이동도가 낮습니다. 하지만 매우 높은 결정 품질을 나타낼 수 있습니다.
  • 애플리케이션: 일부 고주파 RF 장치, 특정 유형의 LED에 여전히 사용되며, GaN과의 격자 매칭이 우수하여 경우에 따라 GaN 에피택시 기판으로도 사용됩니다. 일부 고온 센서에도 사용됩니다.
• 3C-SiC(입방 SiC): Β-SiC라고도 하는 이 폴리타입은 밴드갭이 작지만(~2.36 eV) 4H 또는 6H보다 전자 이동도가 높을 수 있습니다.
  • 속성: 등방성 특성. 주요 과제는 고품질의 대구경 3C-SiC 결정을 직접 성장시키는 것이었습니다. 종종 실리콘 기판에서 이질적으로 성장하기 때문에 응력과 결함이 발생합니다.
  • 애플리케이션: 수정 품질 문제를 극복할 수 있다면 MEMS, 센서, 잠재적으로 일부 MOSFET과 같은 특정 애플리케이션에 대한 연구 관심. 주류 전력 장치에는 널리 보급되지 않았습니다.

폴리타입 외에도 SiC 기판은 전기 전도도와 품질에 따라 다양한 등급으로 제공됩니다:

표 1: 일반적인 SiC 기판 등급 및 특성

등급	일반적인 도판트	저항률 범위(Ω-cm)	주요 특징	10470: 주요 애플리케이션
N형(전도성)	질소(N)	0.015 – 0.028(4H-SiC용)	낮은 저항률로 디바이스에서 수직 전류 흐름을 위한 전도성 경로 역할을 합니다. 옴 접촉 형성을 가능하게 합니다.	전력 MOSFET, 쇼트키 배리어 다이오드(SBD), IGBT(SiC에서는 덜 일반적), LED.
반절연(SI)	바나듐(V) 도핑 또는 내재적(고순도 반절연 &8211; HPSI)	105 (종종 109 hPSI의 경우)	높은 저항률로 RF 손실과 기판 기생 커패시턴스를 최소화합니다. 전기적 절연을 제공합니다.	RF 전력 증폭기(예: 5G 기지국용), MESFET, 고주파 디바이스, 일부 센서 애플리케이션. 바나듐 관련 트래핑 효과를 줄이기 위해 HPSI 등급이 선호됩니다.
P형(전도성)	알루미늄(Al) 또는 붕소(B)	다양하며, 일반적으로 홀 이동성이 낮기 때문에 비슷한 도핑 수준에서 N형보다 높습니다.	대다수 캐리어 디바이스의 기판에는 덜 일반적이지만 특정 디바이스 구조 또는 특정 에피택셜 공정의 시작 재료로 사용될 수 있습니다.	일부 바이폴라 디바이스(BJT), 특정 센서 설계, 연구 목적.

폴리타입과 등급의 선택은 디바이스 설계에서 근본적인 결정입니다. 예를 들어 고전력 스위칭 애플리케이션은 거의 독점적으로 N형 4H-SiC 기판을 사용하는 반면, 고주파 RF 애플리케이션은 반절연(주로 HPSI 4H-SiC 또는 고품질 6H-SiC) 기판을 선호합니다. 결함 밀도(마이크로파이프, 전위, 적층 결함)는 또 다른 중요한 등급 매개변수이며, 프라임 등급은 고수율, 고성능 디바이스 제조에 필수적인 결함 수가 가장 낮은 등급입니다.

5. 최적의 SiC 기판 성능을 위한 주요 설계 고려 사항

올바른 SiC 기판을 설계하거나 선택하려면 후속 에피택셜 성장과 최종 디바이스 성능에 직접적인 영향을 미치는 여러 파라미터를 신중하게 고려해야 합니다. 이러한 고려 사항은 단순히 폴리타입과 등급을 선택하는 것 이상으로 웨이퍼의 물리적 및 결정학적 세부 사항을 자세히 살펴봐야 합니다.

• 결정 방향 및 오프컷 각도:
  • SiC 기판은 일반적으로 1차 결정면(예: (0001) 기저면)에서 축을 몇도 벗어난 상태로 표면이 절단된 상태로 공급됩니다. 4H-SiC의 경우, 일반적인 오프컷 각도는 '11-20' 방향에 대해 4° 또는 8°입니다.
  • 중요성: 이러한 의도적인 방향 전환은 고품질 에피택셜 성장, 특히 단계 흐름 성장 모드의 경우 에피택셜 층에서 특정 유형의 결정 결함(예: 3C 내포물)의 형성을 줄이는 데 도움이 되는 매우 중요한 요소입니다. 오프컷 각도와 방향의 선택은 도핑 통합, 표면 형태 및 결함 전파에 영향을 미칠 수 있습니다.
• 직경 및 두께:
  • 직경: 일반적인 직경으로는 100mm(4인치), 150mm(6인치)가 있으며, 다이당 비용을 줄이기 위해 200mm(8인치)로의 전환이 진행 중입니다. 선택은 종종 파운드리의 처리 능력과 생산량에 따라 달라집니다.
  • 두께: 기판 두께는 처리 및 취급 시 기계적 지지력을 제공하기에 충분해야 하지만, 재료 비용이나 전도성 기판의 경우 직렬 저항을 불필요하게 증가시킬 정도로 두껍지 않아야 합니다. 일반적인 두께는 100mm 및 150mm 웨이퍼의 경우 350µm에서 500µm입니다. 맞춤형 두께가 필요한 경우가 많습니다.
• 표면 품질 및 준비:
  • 에피 준비: 성공적인 에피택시를 위해서는 기판 표면이 매우 매끄럽고 표면 아래 손상, 오염 물질, 입자가 없어야 합니다. 이는 일반적으로 화학적 기계 연마(CMP)를 통해 달성됩니다. '에피 준비된' 표면이 중요합니다.
  • 표면 거칠기(Ra): 일반적으로 옹스트롬 범위(예: Ra < 0.5nm 또는 < 0.2nm)로 지정됩니다.
  • 스크래치, 얼룩 및 입자: 눈에 보이는 표면 결함이 있는 경우 엄격한 제한이 적용됩니다.
• 결함 밀도: 이는 가장 중요한 매개변수 중 하나입니다.
  • 결정 품질 평가: 마이크로 파이프는 기판에서 에피택셜 층으로 전파되는 중공 코어 나사 전위로, 대부분의 디바이스에서 치명적인 결함으로 작용합니다. MPD는 일반적으로 1cm로 지정됩니다^-2 프라임 등급의 경우 마이크로파이프 웨이퍼 제로화를 향해 나아가고 있습니다.
  • 기저면 탈구(BPD) 밀도: 기판의 BPD는 에피택셜 층에 스태킹 결함을 일으켜 특히 양극성 소자의 경우 소자 성능을 저하시키고 V_f piN 다이오드의 드리프트.
  • 스레딩 나사 탈구(TSD) 및 스레딩 모서리 탈구(TED): 이는 디바이스 성능과 안정성에도 영향을 미칩니다.
  • 낮은 결함 밀도는 특히 대면적 디바이스의 경우 높은 디바이스 수율을 달성하는 데 매우 중요합니다.
• 저항률 균일성: 전도성 기판의 경우 일관된 디바이스 특성을 위해서는 웨이퍼 전체에 걸쳐 균일한 저항을 유지하는 것이 중요합니다. 반절연 기판의 경우 높은 저항을 균일하게 유지하는 것이 핵심입니다.
• 보우 및 워프: 이 매개변수는 이상적인 평면에서 웨이퍼 표면의 편차를 나타냅니다. 과도한 보우 또는 워프는 포토리소그래피, 에피택시 및 기타 공정 단계에서 문제를 일으킬 수 있습니다. 사양에서는 일반적으로 직경에 따라 보우를 30~50µm로, 워프를 50~70µm로 제한합니다.
• 총 두께 변화(TTV): 웨이퍼 전체에 걸친 최대 두께와 최소 두께의 차이입니다. 균일한 처리를 위해서는 엄격한 TTV 제어가 필수적입니다.
• 가장자리 제외: 모든 주요 품질 사양을 충족하지 못할 수 있는 웨이퍼 둘레의 특정 영역(예: 3~5mm)입니다. 이 영역을 최소화하면 웨이퍼당 사용 가능한 다이가 최대화됩니다.
• 식별 표시: 웨이퍼 추적성에는 레이저로 새겨진 식별 마크(SEMI 표준)가 사용됩니다. 이러한 마크의 품질과 위치가 중요합니다.

지식이 풍부한 SiC 기판 공급업체와 상의하여 이러한 설계 파라미터를 신중하게 지정해야 기판이 의도한 디바이스 구조와 제조 공정에 최적화되어 궁극적으로 더 높은 성능과 안정성을 갖춘 최종 제품을 만들 수 있습니다.

6. 정밀도 달성: 공차, 표면 마감 및 SiC 기판의 치수 정확도

원시 SiC 불에서 고성능 기판으로의 여정에는 일련의 복잡한 성형, 기계 가공 및 마감 공정이 포함됩니다. 첨단 반도체 디바이스의 성공적인 제작을 위해서는 엄격한 공차, 완벽한 표면 마감, 정밀한 치수 정확도를 달성하는 것이 무엇보다 중요합니다. 이러한 요소는 에피택셜 레이어 품질, 포토리소그래피 해상도 및 전체 디바이스 수율에 직접적인 영향을 미칩니다.

주요 매개변수 및 달성 가능한 사양:

• 직경 허용 오차:
  • 웨이퍼가 공정 장비에 올바르게 장착되도록 합니다.
  • 일반적인 허용 오차: 공칭 직경의 ±0.1mm ~ ±0.2mm(예: 100mm, 150mm).
• 두께 허용 오차:
  • 일관된 열 및 전기적 특성과 기계적 취급에 필수적입니다.
  • 일반적인 허용 오차: 공칭 두께(예: 350µm, 500µm)에서 ±10µm ~ ±25µm입니다.
• 총 두께 변화(TTV):
  • 웨이퍼 전체 두께의 균일성을 측정합니다. 균일한 에피택셜 성장 및 평탄화 공정에 필수적입니다.
  • 달성 가능한 값: 10µm, 프리미엄 등급은 5µm를 목표로 합니다.
• Bow:
  • 클램핑되지 않은 자유 웨이퍼의 중앙 표면의 오목함 또는 볼록함입니다. 리소그래피 초점에 영향을 줍니다.
  • 달성 가능한 값: 일반적으로 30µm, 더 큰 직경이나 까다로운 애플리케이션의 경우 더 엄격한 사양으로 제공됩니다.
• Warp:
  • 기준 평면에서 중앙 표면의 최대 거리와 최소 거리의 차이입니다. 전체 웨이퍼 평탄도를 나타냅니다. 척킹 및 취급에 영향을 줍니다.
  • 달성 가능한 값: 일반적으로 40µm.
• 표면 거칠기(예: Ra, Rms, Rq):
  • 시페이스(폴란드어 쪽): 이것은 에피택셜 성장을 위한 중요한 표면입니다. 원자 단위로 매끄러워야 합니다.
    • 달성 가능한 Ra: 0.5nm, 화학적 기계적 연마(CMP) 후 0.2nm인 경우가 많습니다. 일부 사양에서는 0.1nm를 요구하기도 합니다.
  • C면(뒷면): 일반적으로 연마 또는 랩 처리되며, 용도에 따라 연마할 수도 있습니다(예: 양면 연마 웨이퍼 또는 특정 열 접촉 요구 사항). 일반적으로 거칠기는 실리콘 표면보다 높습니다.
• 엣지 프로파일 및 치핑:
  • 웨이퍼는 일반적으로 취급 및 처리 과정에서 칩핑을 방지하기 위해 가장자리가 둥글거나 모따기 처리되어 있습니다. 프로파일은 일관성이 있어야 합니다.
  • 엣지 칩의 크기와 개수를 엄격하게 제한합니다.
• 방향 플랫 또는 노치 정밀도:
  • 플랫(작은 직경의 경우) 또는 노치(큰 직경의 경우, 예: SEMI 표준)는 처리 장비에서 웨이퍼의 방향을 지정하고 결정학적 방향을 표시하는 데 사용됩니다.
  • 이러한 피처의 길이 및 각도 허용 오차는 매우 중요합니다. 예를 들어 평면 길이 허용 오차는 ±1mm, 각도 방향 허용 오차는 ±0.5°일 수 있습니다.
• 사이트 평탄도(예: STIR &8211; 사이트 총 표시 판독값):
  • 개별 금형을 제작할 국부적인 영역(사이트)에 대한 평탄도를 측정합니다. 미세 라인 리소그래피에 매우 중요합니다.
  • 달성 가능한 값은 사이트 크기에 따라 다르지만 미크론 미만일 수도 있습니다.
• 연삭 및 래핑 공정은 웨이퍼 표면 아래에 손상된 층을 도입할 수 있습니다. 이 손상된 층은 장치 성능을 저하시킬 수 있으므로 후속 연마 단계(특히 CMP)로 완전히 제거해야 합니다.
  • 사양은 연마된 표면의 스크래치, 구덩이, 얼룩, 입자 및 기타 시각적 결함의 수와 크기를 제한합니다. 정량화에는 자동화된 검사 시스템이 사용됩니다.
  • 그라인딩 및 래핑으로 인한 표면 손상은 CMP 프로세스를 통해 완전히 제거해야 합니다.

표 2: 프라임 SiC 기판의 일반적인 치수 및 표면 마감 사양

매개변수	일반적인 사양(150mm N형 4H-SiC 예시)
직경	150mm ± 0.2mm
초정밀 등급(예: 광학, 고급 반도체)	350µm ± 15µm 또는 500µm ± 20µm
기본 평면/노치 방향	11-20'에 수직 ± 0.5°(또는 기타 지정된 방향)
오프컷 각도	4.0° ± 0.25°(지정된 방향)
TTV (총 두께 변화)	10µm(프리미엄의 경우 5µm인 경우가 많음)
휨(Bow)	30µm
뒤틀림(Warp)	40µm
단면 표면 거칠기(Ra)	< 0.2nm
미세 파이프 밀도 (MPD)	0.5cm-2 (또는 학년별로 지정)
엣지 제외	3mm

이러한 엄격한 사양을 달성하려면 기판 제조 체인 전반에 걸쳐 정교한 계측 장비와 강력한 공정 제어가 필요합니다. 조달 관리자와 기술 구매자는 기판이 특정 제조 라인 및 장치 설계의 요구 사항을 충족하는지 확인하기 위해 공급업체와 이러한 요구 사항을 명확하게 정의하는 것이 필수적입니다.

7. 고품질 SiC 기판을 위한 필수 후처리 요구 사항

SiC 불의 초기 슬라이싱과 웨이퍼의 1차 성형(연삭 및 래핑) 후에는 고품질의 '에피 준비' 기판으로 변환하기 위해 몇 가지 중요한 후처리 단계가 필요합니다. 이러한 단계는 성공적인 에피택셜 성장과 소자 제작에 필요한 엄격한 표면 마감, 청결도 및 치수 공차를 달성하도록 설계되었습니다.

주요 후처리 단계는 다음과 같습니다:

• 미세한 다이아몬드 슬러리를 사용합니다.
  • 이는 SiC 기판의 Si-면(때로는 C-면)에 원자적으로 매끄럽고 손상 없는 표면을 구현하기 위한 가장 중요한 후처리 단계입니다.
  • CMP는 화학 슬러리(연마 입자 및 반응성 화학 물질 포함)와 연마 패드를 사용하여 웨이퍼를 연마하는 과정을 포함합니다. 이 공정은 기계적 마모와 화학적 에칭을 결합하여 재료를 제거합니다.
  • 목표: 사전 연마 및 래핑으로 인한 표면 손상을 제거하려면 표면 거칠기를 옹스트롬 수준(예: Ra < 0.2nm)으로 낮추고 우수한 표면 평탄도를 달성하세요.
  • 원하는 최종 마감을 얻기 위해 서로 다른 슬러리 및 패드를 사용하는 여러 CMP 단계를 사용할 수 있습니다.
• 고급 청소 프로세스:
  • CMP 및 기타 처리 단계를 거친 후 기판은 잔류 슬러리 입자, 금속 오염 물질, 유기 잔류물 및 기타 불순물을 제거하기 위해 엄격한 세척을 거쳐야 합니다.
  • 청소 순서에는 다음과 같은 여러 단계가 포함되는 경우가 많습니다:
    • 솔벤트 세척(예: 아세톤, IPA 사용).
    • 산성 용액(예: 피라냐 에칭(H₂SO₄ + H₂O₂), SC-2 (HCl + H₂O₂ + H₂O))를 사용하여 유기 및 금속 오염 물질을 제거합니다.
    • 알칼리성 용액(예: SC-1 (NH₄OH + H₂O₂ + H₂O))를 사용하여 입자를 제거합니다.
    • DI 물 헹굼 및 건조(예: 스핀 린스 건조, 마랑고니 건조).
  • 목표는 입자가 없고 원자 단위로 깨끗한 표면을 구현하는 것이며, 이는 종종 광산란 표면 검사와 같은 기술을 통해 검증됩니다.
• 표면 검사 및 계측:
  • 후처리 과정과 후처리 후에는 광범위한 검사 및 계측이 수행됩니다.
  • 자동화된 표면 스캐너: 입자, 스크래치, 구덩이 및 기타 표면 결함을 고감도로 감지하고 매핑하는 데는 KLA-Tencor Candela 또는 Surfscan과 같은 도구가 사용됩니다.
  • 원자력 현미경(AFM): 나노 스케일에서 표면 거칠기를 정량화하고 표면 형태를 이미지화하는 데 사용됩니다.
  • X선 회절(XRD)/X선 지형(XRT): 결정 방향, 오프컷 각도를 확인하고 결정 품질(예: 결함 밀도, 변형률)을 평가합니다.
  • 광학 현미경: 결함, 가장자리 품질 및 레이저 마크를 육안으로 검사할 수 있습니다.
  • 두께, TTV, 보우, 워프 측정 시스템: 치수 매개변수가 사양 내에 있는지 확인합니다.
• 백사이드 처리(선택 사항이지만 일반적):
  • 전면(Si-면)이 가장 많은 관심을 받지만, 뒷면(C-면)도 특정 처리를 거칠 수 있습니다.
  • 뒷면 연마/랩핑: 목표 두께를 달성하고 뒷면 평행도를 개선합니다.
  • 뒷면 연마: 양면 연마(DSP) 웨이퍼 또는 향상된 열 접촉이 필요한 애플리케이션에 적합합니다.
  • 뒷면 금속화: 경우에 따라 전도성 기판의 뒷면에 금속층(예: Ti/Ni/Ag)을 증착하여 옴 접촉 형성을 용이하게 하거나 디바이스 패키징 중에 다이 접착력을 향상시킬 수 있습니다. 이는 일반적으로 디바이스 제조업체에서 수행하지만 때때로 기판 수준 서비스로 제공될 수도 있습니다.
• 레이저 마킹:
  • 제조 공정 전반에 걸쳐 식별 및 추적성을 위해 웨이퍼(일반적으로 뒷면 또는 앞면 가장자리 제외 영역)에 SEMI 표준 또는 맞춤형 레이저 마킹을 적용합니다. 마킹 공정은 깨끗해야 하며 스트레스나 입자를 유발하지 않아야 합니다.
• 모서리 프로파일링/모따기:
  • 매끄럽고 둥근 모서리를 보장하여 취급 및 처리 과정에서 입자 발생의 원인이 될 수 있는 칩핑을 최소화합니다.
• 최종 정리 및 포장:
  • 기판을 SP로 포장하기 전에 최종 세척 단계가 수행됩니다