Der Unterschied zwischen Dummy-, Forschungs- und Produktions-SiC-Substraten

SiC-Substrate sind ein Kernmaterial für die Herstellung von Halbleiterbauelementen der dritten Generation. Ihre Qualitätsstufenklassifizierung muss genau auf die Anforderungen verschiedener Phasen abgestimmt sein, beispielsweise der Entwicklung von Halbleitergeräten, der Prozessverifizierung und der Massenproduktion. Die Industrie kategorisiert SiC-Substrate im Allgemeinen in drei Kategorien: Dummy-, Forschungs- und Produktionsqualität.  Ein klares Verständnis der Unterschiede zwischen diesen drei Substrattypen kann dabei helfen, die optimale Materialauswahllösung für spezifische Anwendungsanforderungen zu finden.

1. SiC-Substrate in Dummy-Qualität

Unter den drei Kategorien stellen SiC-Substrate in Dummy-Qualität die niedrigsten Qualitätsanforderungen dar. Sie werden normalerweise hergestellt, indem die minderwertigen Segmente an beiden Enden des Kristallstabs verwendet und durch grundlegende Schleif- und Polierprozesse bearbeitet werden.

Die Waferoberfläche ist rau und die Poliergenauigkeit ist unzureichend; ihre Defektdichte ist hoch und Gewindeversetzungen und Mikroröhren machen einen erheblichen Anteil aus; Die elektrische Gleichmäßigkeit ist schlecht und es gibt offensichtliche Unterschiede im spezifischen Widerstand und der Leitfähigkeit des gesamten Wafers.  Daher verfügen sie über einen herausragenden Kosteneffektivitätsvorteil. Durch die vereinfachte Verarbeitungstechnologie sind ihre Produktionskosten viel niedriger als bei den anderen beiden Substraten und sie können viele Male wiederverwendet werden.

Dummy-Siliziumkarbid-Substrate eignen sich für Szenarien, in denen keine strengen Anforderungen an ihre Qualität gestellt werden, einschließlich Kapazitätsfüllung während der Installation von Halbleitergeräten, Parameterkalibrierung während der Vorbetriebsphase der Geräte, Parameter-Debugging in den frühen Phasen der Prozessentwicklung und Gerätebetriebsschulung für Bediener.

2. SiC-Substrate in Forschungsqualität

Die Qualitätspositionierung von ForschungsqualitätSiC-Substrateliegt zwischen Dummy-Qualität und Produktionsqualität und muss die grundlegenden elektrischen Leistungs- und Sauberkeitsanforderungen in F&E-Szenarien erfüllen.

Ihre Kristalldefektdichte ist deutlich geringer als die der Dummy-Qualität, entspricht aber nicht den Produktionsstandards. Durch optimierte chemisch-mechanische Polierprozesse (CMP) kann die Oberflächenrauheit kontrolliert und die Glätte deutlich verbessert werden. Sie sind in leitender oder halbisolierender Ausführung erhältlich und weisen über den gesamten Wafer eine elektrische Leistungsstabilität und Gleichmäßigkeit auf und erfüllen so die Präzisionsanforderungen von Forschungs- und Entwicklungstests.  Daher liegen ihre Kosten zwischen denen von Dummy- und Produktions-SiC-Substraten.

SiC-Substrate in Forschungsqualität werden in Forschungs- und Entwicklungsszenarien im Labor, bei der funktionalen Überprüfung von Chip-Designlösungen, bei der Überprüfung der Machbarkeit von Prozessen im kleinen Maßstab und bei der verfeinerten Optimierung von Prozessparametern verwendet.

Die Qualitätspositionierung von Forschungsqualität

Substrate in Produktionsqualität sind das Kernmaterial für die Massenproduktion von Halbleiterbauelementen. Sie sind die höchste Qualitätskategorie mit einer Reinheit von über 99,9999999999 % und ihre Fehlerdichte wird auf einem extrem niedrigen Niveau kontrolliert. 

Nach der hochpräzisen chemisch-mechanischen Polierbehandlung (CMP) haben die Maßhaltigkeit und die Oberflächenebenheit den Nanometerbereich erreicht und die Kristallstruktur ist nahezu perfekt. Sie bieten eine hervorragende elektrische Gleichmäßigkeit mit gleichmäßigem spezifischem Widerstand sowohl über leitende als auch halbisolierende Substrattypen. Aufgrund der strengen Rohstoffauswahl und der komplexen Steuerung des Produktionsprozesses (um eine hohe Ausbeute zu gewährleisten) sind ihre Produktionskosten jedoch die höchsten der drei Substrattypen. 

Diese Art von SiC-Substrat eignet sich für die Großserienfertigung von Halbleiterbauelementen für die Endauslieferung, einschließlich der Massenproduktion von SiC-MOSFETs und Schottky-Barrierendioden (SBDs), der Herstellung von GaN-auf-SiC-HF- und Mikrowellengeräten sowie der industriellen Produktion von High-End-Geräten wie fortschrittlichen Sensoren und Quantengeräten.