SiC 基板：先进技术的基础

Gelişmiş teknolojinin hızla gelişen ortamında, aşırı koşullara dayanabilen ve üstün performans sunabilen malzemelere olan talep çok önemlidir. Silisyum Karbür (SiC) alt katmanları, özellikle inovasyonun sınırlarını zorlayan sektörlerde kritik bir malzeme olarak ortaya çıkmıştır. Yüksek güçlü elektronikten son teknoloji havacılık uygulamalarına kadar, SiC alt katmanları yeni nesil cihazlar için gerekli sağlam temeli sağlar. Bu blog yazısı, SiC alt katmanlarının dünyasına girerek, uygulamalarını, avantajlarını, tasarım hususlarını ve özel ihtiyaçlarınız için yüksek kaliteli özel çözümlerin nasıl tedarik edileceğini incelemektedir.

1. Giriş: SiC Alt Katmanları – Yeni Nesil Teknolojinin Temel Taşı

Silisyum Karbür (SiC), olağanüstü fiziksel ve elektronik özellikleriyle tanınan bir bileşik yarı iletken malzemedir. Bir SiC alt katmanı, temel olarak, elektronik veya optoelektronik cihazlar üretmek için aktif yarı iletken katmanların (epitaksiyel katmanlar) üzerine büyütüldüğü tek kristalli SiC'den yapılmış bir gofret veya diskdir. Bu alt katmanlar sadece pasif taşıyıcılar değildir; kaliteleri doğrudan nihai cihazın performansını, güvenilirliğini ve verimliliğini etkiler. Geniş bant aralığı, yüksek termal iletkenlik, yüksek kırılma elektrik alanı dayanımı ve üstün mekanik kararlılığın benzersiz kombinasyonu, SiC alt katmanlarını yüksek güç, yüksek frekans ve yüksek sıcaklıkta çalışma gerektiren uygulamalar için vazgeçilmez hale getirir. 5G, elektrikli araçlar ve yenilenebilir enerji sistemleri gibi teknolojiler olgunlaştıkça, yüksek kaliteli SiC alt katmanların rolü giderek daha kritik hale gelmekte ve gelecekteki inovasyonların üzerine inşa edildiği temel taş görevi görmektedir. Özel cihaz gereksinimlerine göre uyarlanmış özel SiC alt katmanları tedarik etme yeteneği, değerlerini daha da artırarak mühendislere en zorlu endüstriyel uygulamalar için bile performansı optimize etme olanağı sağlar.

2. SiC Alt Katmanlarına Olan Talebi Artıran Önemli Sektörler

SiC alt katmanların olağanüstü özellikleri, bunların çeşitli yüksek teknoloji endüstrilerinde benimsenmesine yol açmıştır. Her sektör, önceki malzeme sınırlamalarının üstesinden gelmek ve yeni performans ve verimlilik seviyelerinin kilidini açmak için SiC'nin benzersiz avantajlarından yararlanır.

• Yarı İletkenler & Güç Elektroniği: Bu, SiC alt katmanları için en büyük pazardır. Güç kaynakları, invertörler ve değişken frekanslı sürücülerde kullanılan MOSFET'ler, Schottky diyotları ve güç modülleri gibi güç cihazları üretimi için temeldirler. SiC tabanlı cihazlar, geleneksel silikon cihazlara kıyasla daha düşük enerji kayıpları, daha yüksek anahtarlama frekansları ve daha yüksek çalışma sıcaklıkları sunar. Bu, daha kompakt, verimli ve güvenilir güç dönüşüm sistemlerine dönüşür.
• SiC kalitesi ve parça karmaşıklığı ile eşleşme; kontrol sisteminin hassasiyeti Otomotiv endüstrisi, özellikle elektrikli araç (EV) sektörü, SiC alt katman talebinin önemli bir itici gücüdür. EV invertörlerindeki, araç içi şarj cihazlarındaki ve DC-DC dönüştürücülerdeki SiC güç modülleri, artan sürüş mesafesine, daha hızlı şarj sürelerine ve daha düşük araç ağırlığına ve hacmine yol açar. Daha yüksek sıcaklıklarda çalışma yeteneği ayrıca soğutma sistemi gereksinimlerini de basitleştirir.
• Havacılık ve Savunma: Havacılık ve savunma sistemleri, hafif, sağlam ve zorlu ortamlarda güvenilir bir şekilde çalışabilen bileşenler gerektirir. SiC alt katmanları, radyasyona dayanıklılıkları, yüksek sıcaklık toleransları ve yüksek güç yoğunlukları nedeniyle radar sistemlerinde, uydu güç sistemlerinde ve aviyonik güç kaynaklarında kullanılır.
• Yenilenebilir Enerji: Güneş invertörleri ve rüzgar türbini dönüştürücüleri, SiC teknolojisinden önemli ölçüde faydalanır. SiC tabanlı güç dönüşümünün daha yüksek verimliliği, daha fazla enerji hasadı ve daha düşük sistem maliyetlerine yol açar. Dayanıklılıkları ayrıca uzak veya zorlu kurulum ortamlarında da bir avantajdır.
• LED Üretimi: Galyum Nitrür (GaN) genellikle safir veya silikon üzerine büyütülürken, SiC alt katmanları yüksek güçlü GaN tabanlı LED'ler ve lazer diyotlar için daha yakın bir kafes eşleşmesi ve daha iyi termal iletkenlik sunar. Bu, özellikle endüstriyel aydınlatma, otomotiv farları ve büyük ölçekli ekranlar gibi uygulamalarda daha parlak, daha verimli ve daha uzun ömürlü aydınlatma çözümleriyle sonuçlanır.
• Endüstriyel Makineler ve İmalat: Yüksek güçlü motor sürücüleri, endüstriyel ısıtma sistemleri ve kaynak ekipmanları, gelişmiş verimlilik, hassasiyet ve kontrol için SiC güç cihazlarını kullanır. SiC'nin sağlamlığı, zorlu endüstriyel ortamlarda uzun ömürlülüğü sağlar.
• Telekomünikasyon: SiC alt katmanları, 5G baz istasyonları ve diğer telekomünikasyon altyapısı için yüksek frekanslı güç amplifikatörlerinde uygulama alanı bulmaktadır. Yüksek frekanslarda yüksek güç kullanma yetenekleri, verimli sinyal iletimi için kritiktir.
• Petrol ve Gaz: Petrol ve gaz endüstrisindeki sondaj ve algılama ekipmanları, aşırı sıcaklık ve basınç altında çalışır. SiC tabanlı sensörler ve elektronikler, bu zorlu koşullarda üstün güvenilirlik ve performans sunar.
• Güneş ve rüzgar enerjisi sistemleri için invertörler, daha yüksek verimlilik ve güç yoğunluğu için SiC güç cihazlarından yararlanır. Modern trenler ve tramvaylar, gelişmiş enerji verimliliği, güç sistemlerinin azaltılmış boyutu ve ağırlığı ve daha düşük işletme maliyetleri için giderek daha fazla SiC tabanlı yardımcı güç üniteleri ve çekiş invertörleri kullanmaktadır.
• Mekanik contalar, yataklar, aşındırıcı püskürtme için nozullar ve malzeme taşıma sistemleri için bileşenler gibi aşınma parçaları, aşırı sertliği ve aşınma direnci için SiC kullanır. SiC'nin radyasyona dayanıklılığı ve yüksek sıcaklık kararlılığı, onu nükleer santrallerdeki sensörler ve elektronik bileşenler için bir aday malzeme haline getirerek daha güvenli ve daha güvenilir bir işletime katkıda bulunur.

3. Özel SiC Alt Katmanlarının Eşsiz Avantajları

Standart SiC alt katmanlar önemli faydalar sağlarken, bu temel bileşenleri özelleştirme yeteneği, cihaz optimizasyonu ve uygulamaya özel performans için yeni bir olasılıklar dünyasının kilidini açar. Özelleştirme, mühendislerin ve tasarımcıların alt katman özelliklerini, gelişmiş teknolojilerinin taleplerine tam olarak uyacak şekilde ince ayar yapmalarına olanak tanır.

Özel SiC alt katmanları tercih etmenin başlıca avantajları şunlardır:

• Optimize Edilmiş Termal Yönetim: SiC, silikondan yaklaşık üç kat daha yüksek termal iletkenliğe sahiptir. Özelleştirme, yüksek güç yoğunluklu cihazlar için kritik olan ısı dağıtım yollarını optimize eden belirli politipler veya yüzey modifikasyonları belirterek bunu daha da artırabilir. Bu, daha düşük çalışma sıcaklıklarına, gelişmiş güvenilirliğe ve hantal soğutma sistemlerine duyulan ihtiyacın azalmasına yol açar.
• Gelişmiş Elektriksel Performans:
  • Yüksek Kırılma Gerilimi: SiC'nin kırılma elektrik alanı, silikonun yaklaşık on katıdır. Özel alt katmanlar, bu özelliği en üst düzeye çıkarmak için belirli doping seviyeleri (örneğin, N tipi veya yarı yalıtkan) ve kusur yoğunlukları ile tasarlanabilir, bu da cihazların arızalanmadan çok daha yüksek gerilimleri kaldırabilmesini sağlar.
  • Düşük Açık Direnç: Güç anahtarlama uygulamaları için, açık direnci en aza indirmek, iletim kayıplarını azaltmanın anahtarıdır. Özel alt katman kalınlığı ve doping profilleri, belirli bir cihaz tasarımı için mümkün olan en düşük açık direnci elde etmek üzere uyarlanabilir.
  • Yüksek Frekanslı Çalışma: SiC'nin yüksek elektron doygunluk hızı, daha yüksek anahtarlama frekanslarına izin verir. Alt katman özellikleri, bu hızlı anahtarlama hızlarını desteklemek üzere optimize edilebilir ve bu da daha küçük pasif bileşenlere ve daha kompakt sistemlere yol açar.
• Üstün Mekanik Sağlamlık: SiC, son derece sert ve mekanik olarak kararlı bir malzemedir. Özelleştirme, alt katmanın sonraki işlemenin (epitaksi ve cihaz imalatı gibi) zorluklarına dayanma ve mekanik olarak zorlu ortamlarda uzun vadeli güvenilirliği sağlama yeteneğini geliştirmek için belirli boyutsal toleransları, kenar profilini ve arka yüz işleme işlemlerini içerebilir.
• Özel Kimyasal Atalet ve Saflık: SiC, yüksek sıcaklıklarda bile kimyasal saldırılara karşı oldukça dayanıklıdır. Özel alt katman üretim süreçleri, son derece yüksek saflık seviyeleri ve hassas yarı iletken cihaz imalatı için kritik olan belirli yüzey kimyaları sağlayabilir; burada kontaminasyon performansı veya verimi düşürebilir.
• Uygulamaya Özel Geometriler ve Yönler:
  • Çap ve Kalınlık: Alt katmanlar, ekipman yeteneklerine ve cihaz gereksinimlerine göre uyarlanmış çeşitli çaplarda (örneğin, 100 mm, 150 mm, 200 mm) ve hassas kalınlıklarda üretilebilir.
  • Kristal Yönü (Off-cut): Belirli bir kristal düzlemden (örneğin, 4H-SiC için (0001) düzleminden 4° ofset) ofsetin açısı ve yönü, yüksek kaliteli epitaksiyel büyüme için kritiktir. Özelleştirme, bu parametreler üzerinde hassas kontrol sağlar.
  • Düzlükler ve Çentikler: Gofret yönlendirmesi ve kullanımı için belirli düzlükler veya çentikler, müşteri özelliklerine göre dahil edilebilir.
• Geliştirilmiş Cihaz Verimi ve Güvenilirliği: Amaçlanan uygulamaya ve sonraki işleme adımlarına mükemmel şekilde uyan bir alt katmanla başlayarak, üreticiler genellikle cihaz verimlerini iyileştirebilir ve son ürünlerinin genel güvenilirliğini ve ömrünü artırabilirler. Kusur yoğunluğu (örneğin, mikropipe yoğunluğu, bazal düzlem dislokasyonları) için özel özellikler burada çok önemlidir.

Yüksek kaliteli, özel SiC alt tabakalarının tedarik edebilen bir tedarikçiyle ortaklık yapmak, bu nedenle teknolojinin ön saflarında faaliyet gösteren şirketler için stratejik bir avantajdır.

4. Alt Katman Uygulamaları İçin SiC Politipleri ve Sınıfları Arasında Gezinme

Silisyum Karbür, politip olarak bilinen birçok farklı kristal yapıda var olma yeteneğiyle benzersizdir. 250'den fazla SiC politipi tanımlanmış olsa da, belirli elektronik ve fiziksel özellikleri nedeniyle alt katman uygulamaları için yalnızca birkaçı ticari olarak önemlidir. Bu politipleri ve mevcut sınıfları anlamak, belirli bir cihaz için doğru alt katmanı seçmek için çok önemlidir.

Alt katmanlar için kullanılan en yaygın SiC politipleri şunlardır:

• 4H-SiC (Heksagonal SiC): Bu, şu anda güç elektroniği cihazları için en yaygın kullanılan politiptir.
  • Özellikler: 6H-SiC'ye kıyasla daha geniş bir bant aralığı (~3,26 eV), daha yüksek elektron hareketliliği (özellikle c ekseni boyunca) ve daha izotropik özellikler sunar. Bu, cihazlarda daha düşük açık direnç ve daha yüksek anahtarlama frekanslarına dönüşür.
  • Uygulamalar: Ağırlıklı olarak yüksek gerilimli güç MOSFET'leri, Schottky diyotları ve yüksek frekanslı cihazlar için kullanılır.
• 6H-SiC (Heksagonal SiC): Tarihsel olarak, 6H-SiC daha kolay kristal büyümesi nedeniyle daha yaygındı, ancak 4H-SiC çoğu güç uygulaması için büyük ölçüde yerini aldı.
  • Özellikler: 4H-SiC'ye kıyasla biraz daha küçük bir bant aralığı (~3,03 eV) ve daha düşük elektron hareketliliğine sahiptir. Ancak, çok yüksek kristal kalitesi sergileyebilir.
  • Uygulamalar: Bazı yüksek frekanslı RF cihazları, belirli LED türleri ve bazı durumlarda GaN ile iyi kafes eşleşmesi nedeniyle GaN epitaksisi için bir alt katman olarak hala kullanılmaktadır. Ayrıca bazı yüksek sıcaklık sensörlerinde de kullanılır.
• 3C-SiC (Kübik SiC): Ayrıca β-SiC olarak da bilinen bu politip, 4H veya 6H'den daha küçük bir bant aralığı (~2,36 eV) ancak potansiyel olarak daha yüksek elektron hareketliliğine sahiptir.
  • Özellikler: İzotropik özellikler. En büyük zorluk, yüksek kaliteli, büyük çaplı 3C-SiC kristalleri doğrudan büyütmek olmuştur. Genellikle silikon alt katmanlar üzerinde heteroepitaksiyel olarak büyütülür, bu da gerilime ve kusurlara neden olur.
  • Uygulamalar: MEMS, sensörler ve potansiyel olarak bazı MOSFET'ler gibi belirli uygulamalar için araştırma ilgisi, kristal kalitesi sorunlarının üstesinden gelinebilirse. Ana akım güç cihazları için o kadar yaygın değil.

Politip ötesinde, SiC alt katmanları, elektriksel iletkenliklerine ve kalitelerine göre farklı sınıflarda mevcuttur:

Tablo 1: Yaygın SiC Alt Katman Sınıfları ve Özellikleri

Sınıf	Tipik Doping Maddesi	Direnç Aralığı (Ω·cm)	Temel Özellikler	Birincil Uygulamalar
N tipi (İletken)	Azot (N)	0,015 – 0,028 (4H-SiC için)	Düşük direnç, cihazlarda dikey akım akışı için iletken bir yol görevi görür. Ohmik temas oluşumunu sağlar.	Güç MOSFET'leri, Schottky Bariyer Diyotları (SBD'ler), IGBT'ler (SiC'de daha az yaygın), LED'ler.
Yarı Yalıtkan (SI)	Vanadyum (V) doping veya intrinsik (Yüksek Saflıkta Yarı Yalıtkan – HPSI)	> 105 (genellikle > 109 HPSI için)	Yüksek direnç, RF kayıplarını ve alt katman parazitik kapasitansını en aza indirir. Elektriksel	RF güç amplifikatör
P-tipi (İletken)	Alüminyum (Al) veya Bor (B)	Değişir, tipik olarak benzer doping seviyeleri için delik hareketliliğinin daha düşük olması nedeniyle N-tipinden daha yüksektir.	Çoğunluk taşıyıcı cihazlarda alt tabakalar için daha az yaygındır, ancak belirli cihaz yapıları veya belirli epitaksiyel işlemler için bir başlangıç malzemesi olarak kullanılabilir.	Bazı bipolar cihazlar (BJT'ler), belirli sensör tasarımları, araştırma amaçları.

Politipe ve sınıf seçimi, cihaz tasarımında temel bir karardır. Örneğin, yüksek güçlü anahtarlama uygulamaları neredeyse yalnızca N-tipi 4H-SiC alt tabakaları kullanırken, yüksek frekanslı RF uygulamaları yarı yalıtkan (genellikle HPSI 4H-SiC veya yüksek kaliteli 6H-SiC) alt tabakalara yönelecektir. Kusur yoğunluğu (mikro borular, dislokasyonlar, yığınlama hataları), yüksek verimli, yüksek performanslı cihaz üretimi için gerekli olan en düşük kusur sayısına sahip birinci sınıf kalitelerle başka bir kritik derecelendirme parametresidir.

5. Optimum SiC Alt Katman Performansı İçin Kritik Tasarım Hususları

Doğru SiC alt tabakasının tasarlanması veya seçilmesi, sonraki epitaksiyel büyümeyi ve nihai cihaz performansını doğrudan etkileyen çeşitli parametrelerin dikkatli bir şekilde değerlendirilmesini içerir. Bu hususlar, yalnızca bir politip ve sınıf seçmenin ötesine geçerek, gofretin fiziksel ve kristalografik detaylarına iner.

• Kristal Yönlendirme ve Kesme Açısı:
  • SiC alt tabakaları tipik olarak yüzeyleri birincil bir kristalografik düzlemden (örneğin, (0001) bazal düzlem) birkaç derece eksen dışı kesilmiş olarak tedarik edilir. 4H-SiC için yaygın eksen dışı açılar, <11-20> yönüne doğru 4° veya 8°'dir.
  • Önemliymiş: Bu kasıtlı yanlış yönlendirme, özellikle epitaksiyel katmanda belirli türlerdeki kristal kusurların (3C inklüzyonları gibi) oluşumunu azaltmaya yardımcı olan adım akış büyüme modu için yüksek kaliteli epitaksiyel büyüme için çok önemlidir. Eksen dışı açı ve yön seçimi, doping dahil etmeyi, yüzey morfolojisini ve kusur yayılımını etkileyebilir.
• Çap ve Kalınlık:
  • Çap: Yaygın çaplar arasında 100 mm (4 inç), 150 mm (6 inç) bulunur ve kalıp başına maliyeti düşürmek için 200 mm'ye (8 inç) geçiş devam etmektedir. Seçim genellikle dökümhanenin işleme yeteneklerine ve üretim hacmine bağlıdır.
  • Kalınlık: Alt tabaka kalınlığının, işleme ve taşıma sırasında mekanik destek sağlamak için yeterli olması, ancak malzeme maliyetini gereksiz yere artıracak veya iletken alt tabakalar için seri direnci artıracak kadar kalın olmaması gerekir. Tipik kalınlıklar, 100 mm ve 150 mm gofretler için 350 µm ila 500 µm arasında değişir. Özel kalınlıklar genellikle gereklidir.
• Yüzey Kalitesi ve Hazırlığı:
  • Epi-hazırlığı: Başarılı epitaksi için alt tabaka yüzeyi olağanüstü pürüzsüz ve yüzey altı hasarlarından, kirleticilerden ve parçacıklardan arındırılmış olmalıdır. Bu tipik olarak kimyasal-mekanik parlatma (CMP) ile elde edilir. "Epi-hazır" bir yüzey kritiktir.
  • Yüzey Pürüzlülüğü (Ra): Tipik olarak angstrom aralığında belirtilir (örneğin, Ra < 0,5 nm ve hatta < 0,2 nm).
  • Çizikler, Lekeler ve Parçacıklar: Herhangi bir görünür yüzey kusurunun varlığına sıkı sınırlar getirilir.
• Kusur Yoğunluğu: Bu, en kritik parametrelerden biridir.
  • Mikro Boru Yoğunluğu (MPD): Mikro borular, alt tabakadan epitaksiyel katmana yayılan, çoğu cihaz için ölümcül kusurlar olarak hareket eden içi boş vida dislokasyonlarıdır. MPD tipik olarak < 1 cm olarak belirtilir^-2 birinci sınıf kaliteler için, sıfır mikro boru gofretlere doğru ilerlemelerle.
  • Bazal Düzlem Dislokasyon (BPD) Yoğunluğu: Alt tabakadakiler, özellikle bipolar cihazlar için cihaz performansını düşüren ve V'ye neden olan epitaksiyel katmanda yığınlama hatalarına yol açabilir_f PiN diyotlarında kayma.
  • Diş Açma Vida Dislokasyonları (TSD) ve Diş Açma Kenar Dislokasyonları (TED): Bunlar ayrıca cihaz performansını ve güvenilirliğini de etkiler.
  • Düşük kusur yoğunluğu, özellikle geniş alanlı cihazlar için yüksek cihaz verimleri elde etmek için çok önemlidir.
• Dirençliliğin Tekdüzeliği: İletken alt tabakalar için, gofret boyunca tek tip direnç, tutarlı cihaz özellikleri için önemlidir. Yarı yalıtkan alt tabakalar için, yüksek direnci tek tip olarak korumak önemlidir.
• Bükülme ve Eğrilik: Bu parametreler, gofret yüzeyinin ideal bir düzlemden sapmasını tanımlar. Aşırı bombe veya çarpılma, fotolitografi, epitaksi ve diğer işleme adımlarında sorunlara neden olabilir. Özellikler tipik olarak bombe'yi < 30-50 µm ve çarpılmayı < 50-70 µm ile sınırlar, çapa bağlı olarak.
• Toplam Kalınlık Değişimi (TTV): Gofret boyunca maksimum ve minimum kalınlık arasındaki fark. Tek tip işleme için sıkı TTV kontrolü esastır.
• Kenar Hariç Tutma: Gofretin çevresinin etrafında (örneğin, 3-5 mm) tüm birinci sınıf kalite özelliklerini karşılamayabilecek belirtilen bir alan. Bu alanı en aza indirmek, gofret başına kullanılabilir kalıbı en üst düzeye çıkarır.
• Tanımlama İşaretleri: Lazerle kazınmış tanımlama işaretleri (SEMI standardı), gofret izlenebilirliği için kullanılır. Bu işaretlerin kalitesi ve yerleşimi önemlidir.

Bu tasarım parametrelerinin, bilgili bir SiC alt tabaka tedarikçisiyle istişare edilerek dikkatli bir şekilde belirtilmesi, alt tabakanın amaçlanan cihaz yapısı ve üretim süreci için optimize edilmesini sağlamak, sonuç olarak daha yüksek performanslı ve daha güvenilir son ürünlere yol açmak için gereklidir.

6. Hassasiyet Elde Etme: SiC Alt Tabakalarda Tolerans, Yüzey İşlemi ve Boyutsal Doğruluk

Ham bir SiC külçesinden yüksek performanslı bir alt tabakaya giden yol, bir dizi karmaşık şekillendirme, işleme ve son işlem sürecini içerir. Katı toleranslar, kusursuz bir yüzey işlemi ve hassas boyutsal doğruluk elde etmek, gelişmiş yarı iletken cihazların başarılı bir şekilde üretilmesi için çok önemlidir. Bu faktörler, epitaksiyel katman kalitesini, fotolitografik çözünürlüğü ve genel cihaz verimini doğrudan etkiler.

Temel Parametreler ve Elde Edilebilir Özellikler:

• Çap Toleransı:
  • Gofretlerin işleme ekipmanlarına doğru bir şekilde oturmasını sağlar.
  • Tipik tolerans: nominal çapın ±0,1 mm ila ±0,2 mm'si (örneğin, 100 mm, 150 mm).
• Kalınlık Toleransı:
  • Tutarlı termal ve elektriksel özellikler ve mekanik taşıma için çok önemlidir.
  • Tipik tolerans: nominal kalınlıktan (örneğin, 350µm, 500µm) ±10µm ila ±25µm.
• Toplam Kalınlık Değişimi (TTV):
  • Gofret boyunca kalınlığın tekdüzeliğini ölçer. Tek tip epitaksiyel büyüme ve düzleştirme işlemleri için kritiktir.
  • Elde edilebilir değerler: < 10µm, birinci sınıf kaliteler < 5µm'yi hedeflemektedir.
• Eğilme:
  • Serbest, kelepçelenmemiş bir gofretin orta yüzeyinin konkavlığı veya konveksliği. Litografi odağını etkiler.
  • Elde edilebilir değerler: Tipik olarak < 30µm, daha büyük çaplar veya zorlu uygulamalar için daha sıkı özelliklerle.
• Bükülme:
  • Orta yüzeyin bir referans düzleminden maksimum ve minimum mesafeleri arasındaki fark. Genel gofret düzlüğünü gösterir. Sıkıştırmayı ve taşımayı etkiler.
  • Elde edilebilir değerler: Tipik olarak < 40µm.
• Yüzey Pürüzlülüğü (örneğin, Ra, Rms, Rq):
  • Si-yüzü (Cilalı Taraf): Bu, epitaksiyel büyüme için kritik yüzeydir. Atomik olarak pürüzsüz olmalıdır.
    • Elde edilebilir Ra: < 0,5 nm, genellikle Kimyasal Mekanik Parlatma'dan (CMP) sonra < 0,2 nm. Bazı özellikler < 0,1 nm için zorlamaktadır.
  • C-yüzü (Arka Taraf): Tipik olarak taşlanmış veya honlanmış, uygulamaya bağlı olarak (örneğin, çift taraflı cilalı gofretler veya belirli termal temas gereksinimleri için) cilalanabilir. Pürüzlülük genellikle Si-yüzünden daha yüksektir.
• Kenar Profili ve Yontma:
  • Gofretler tipik olarak taşıma ve işleme sırasında yontmayı önlemek için yuvarlak veya pahlı bir kenara sahiptir. Profil tutarlı olmalıdır.
  • Kenar yongalarının boyutu ve sayısı üzerinde sıkı sınırlar.
• Yönlendirme Düz veya Çentik Hassasiyeti:
  • Düzlükler (daha küçük çaplar için) veya Çentikler (daha büyük çaplar için, örneğin, SEMI standardı), gofretin işleme ekipmanlarında yönlendirilmesi ve kristalografik yönü belirtmek için kullanılır.
  • Bu özelliklerin uzunluğu ve açısal toleransı kritiktir. Örneğin, düz uzunluk toleransı ±1 mm ve açısal yönlendirme toleransı ±0,5° olabilir.
• Site Düzlüğü (örneğin, STIR – Site Toplam Gösterilen Okuma):
  • Bireysel kalıpların üretileceği yerelleştirilmiş alanlar (siteler) üzerindeki düzlüğü ölçer. İnce çizgi litografisi için son derece önemlidir.
  • Elde edilebilir değerler site boyutuna bağlıdır, ancak mikron altı olabilir.
• Yüzey Kusurları:
  • Özellikler, cilalı yüzeydeki çiziklerin, çukurların, lekelerin, parçacıkların ve diğer görsel kusurların sayısını ve boyutunu sınırlayacaktır. Otomatik denetim sistemleri, nicelleştirme için kullanılır.
  • Taşlama ve honlamadan kaynaklanan yüzey altı hasarlar, CMP işlemiyle tamamen giderilmelidir.

Tablo 2: Birinci Sınıf SiC Alt Tabakalar için Tipik Boyutsal ve Yüzey İşlemi Özellikleri

Parametre	Tipik Özellik (150 mm N-tipi 4H-SiC Örneği)
Çap	150 mm ± 0,2 mm
Kalınlık	350µm ± 15µm veya 500µm ± 20µm
Birincil Düz/Çentik Yönü	<11-20>'ye dik ± 0,5° (veya belirtilen diğer yön)
Eksen Dışı Açı	4,0° ± 0,25° (belirtilen yöne doğru)
TTV (Toplam Kalınlık Değişimi)	< 10µm (genellikle birinci sınıf için < 5µm)
Eğrilik	< 30µm
Çarpıklık	< 40µm
Si-Yüzey Yüzey Pürüzlülüğü (Ra)	< 0,2 nm
Mikro Boru Yoğunluğu (MPD)	< 0,5 cm-2 (veya sınıf tarafından belirtilir)
Kenar Hariç Tutma	3 mm

Bu sıkı özellikleri elde etmek, sofistike metroloji ekipmanı ve alt tabaka üretim zinciri boyunca sağlam proses kontrolü gerektirir. Satın alma yöneticileri ve teknik alıcılar için, alt tabakaların belirli üretim hatlarının ve cihaz tasarımlarının taleplerini karşılamasını sağlamak için bu gereksinimleri tedarikçileriyle açıkça tanımlamak esastır.

7. Yüksek Kaliteli SiC Alt Katmanlar İçin Temel Son İşlem İhtiyaçları

SiC külçelerinin ilk dilimlenmesinden ve gofretlerin birincil şekillendirilmesinden (taşlama ve honlama) sonra, onları yüksek kaliteli, "epi-hazır" alt tabakalara dönüştürmek için birkaç kritik işlem sonrası adım gereklidir. Bu adımlar, başarılı epitaksiyel büyüme ve cihaz üretimi için gerekli olan sıkı yüzey işlemini, temizliği ve boyutsal toleransları elde etmek için tasarlanmıştır.

Temel işlem sonrası aşamalar şunları içerir:

• Kimyasal Mekanik Parlatma (CMP):
  • Bu, SiC alt tabakasının Si-yüzünde (ve bazen C-yüzünde) atomik olarak pürüzsüz ve hasarsız bir yüzey elde etmek için tartışmasız en kritik işlem sonrası adımdır.
  • CMP, gofreti kimyasal bir bulamaç (aşındırıcı parçacıklar ve reaktif kimyasallar içeren) ve bir parlatma pedi kullanarak parlatmayı içerir. İşlem, malzeme çıkarmak için mekanik aşınmayı kimyasal dağlama ile birleştirir.
  • Hedef: Önceki taşlama ve honlamadan kaynaklanan yüzey altı hasarlarını ortadan kaldırmak, yüzey pürüzlülüğünü angstrom seviyelerine (örneğin, Ra < 0,2 nm) düşürmek ve mükemmel yüzey düzlemselliği elde etmek.
  • Nihai istenen işlemi elde etmek için farklı bulamaçlar ve pedlerle çoklu CMP adımları kullanılabilir.
• Gelişmiş Temizleme İşlemleri:
  • CMP'den ve diğer taşıma adımlarından sonra, alt tabakalar, artık bulamaç parçacıklarını, metalik kirleticileri, organik kalıntıları ve diğer safsızlıkları gidermek için titiz temizlemeye tabi tutulmalıdır.
  • Temizleme dizileri genellikle aşağıdakileri içeren çoklu adımları içerir:
    • Çözücü temizleme (örneğin, aseton, IPA ile).
    • Organik ve metalik kirleticileri gidermek için asidik çözeltiler (örneğin, Piranha dağlama (H₂SO₄ + H₂O₂), SC-2 (HCl + H₂O₂ + H₂O)).
    • Parçacıkları gidermek için alkali çözeltiler (örneğin, SC-1 (NH₄OH + H₂O₂ + H₂O)).
    • DI su durulama ve kurutma (örneğin, döndürerek durulama kurutma, Marangoni kurutma).
  • Amaç, parçacık içermeyen, atomik olarak temiz bir yüzey elde etmektir, genellikle Işık Saçılımı Yüzey Denetimi gibi tekniklerle doğrulanır.
• Yüzey Denetimi ve Metroloji:
  • İşlem sonrası boyunca ve sonrasında, kapsamlı denetim ve metroloji gerçekleştirilir.
  • Otomatik Yüzey Tarayıcıları: KLA-Tencor Candela veya Surfscan gibi araçlar, yüksek hassasiyetle parçacıkları, çizikleri, çukurları ve diğer yüzey kusurlarını tespit etmek ve haritalamak için kullanılır.
  • Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM): Yüzey pürüzlülüğünü nanometre ölçeğinde ölçmek ve yüzey morfolojisini görüntülemek için kullanılır.
  • X-Işını Kırınımı (XRD) / X-Işını Topografisi (XRT): Kristal yönünü, kesme açısını doğrulamak ve kristal kalitesini (örneğin, kusur yoğunluğu, gerilim) değerlendirmek için.
  • Optik Mikroskopi: Kusurların, kenar kalitesinin ve lazer işaretlerinin görsel olarak incelenmesi için.
  • Kalınlık, TTV, Bükülme, Eğilme Ölçüm Sistemleri: Boyutsal parametrelerin spesifikasyon dahilinde olduğundan emin olmak için.
• Arka Taraf İşlemi (İsteğe Bağlı ancak yaygın):
  • Ön taraf (Si yüzeyi) en çok dikkati çekerken, arka taraf (C yüzeyi) da özel bir işlemden geçebilir.
  • Arka Taraf Taşlama/Laplama: Hedef kalınlığa ulaşmak ve arka taraf paralelliğini iyileştirmek için.
  • Arka Taraf Parlatma: Çift taraflı cilalı (DSP) gofretler veya iyileştirilmiş termal temas gerektiren uygulamalar için.
  • Arka Yüzey Metallizasyonu: Bazı durumlarda, Ohmik temas oluşumunu kolaylaştırmak veya cihaz paketlemesi sırasında kalıp tutturmayı iyileştirmek için iletken alt tabakaların arka tarafına bir metal katman (örneğin, Ti/Ni/Ag) biriktirilebilir. Bu genellikle cihaz üreticisi tarafından yapılır, ancak bazen alt tabaka seviyesinde bir hizmet olarak sunulabilir.
• Lazer İşaretleme:
  • Yarı iletken endüstri standardı veya özel lazer işaretleri, imalat süreci boyunca tanımlama ve izlenebilirlik için gofrete (tipik olarak arka tarafa veya ön taraf kenar hariç tutma bölgesine) uygulanır. İşaretleme işlemi temiz olmalı ve gerilim veya parçacık oluşturmamalıdır.
• Kenar Profillendirme/Pah Kırma:
  • İşleme ve kullanım sırasında yontma riskini en aza indirmek için düzgün, yuvarlak kenarlar sağlar; bu da parçacık oluşumunun bir kaynağı olabilir.
• Son Temizlik ve Paketleme:
  • Alt tabakaları sp'ye paketlemeden önce son bir temizleme adımı uygulanır.