La differenza tra substrati SiC fittizi, di ricerca e di produzione

I substrati SiC sono un materiale di base per la produzione di dispositivi a semiconduttore di terza generazione. La loro classificazione del grado di qualità deve corrispondere esattamente alle esigenze delle diverse fasi, come lo sviluppo di apparecchiature per semiconduttori, la verifica del processo e la produzione di massa. L'industria generalmente classifica i substrati SiC in tre categorie: fittizio, di ricerca e di produzione.  Una chiara comprensione delle differenze tra questi tre tipi di substrati può aiutare a ottenere la soluzione ottimale di selezione del materiale per requisiti applicativi specifici.

1. Substrati SiC di qualità fittizia

I substrati SiC di qualità fittizia hanno i requisiti di qualità più bassi tra le tre categorie. Di solito vengono prodotti utilizzando segmenti di qualità inferiore su entrambe le estremità dell'asta di cristallo e lavorati attraverso processi di smerigliatura e lucidatura di base.

La superficie del wafer è ruvida e la precisione della lucidatura è insufficiente; la loro densità di difetti è elevata e le dislocazioni della filettatura e i microtubi rappresentano una percentuale significativa; l'uniformità elettrica è scarsa e vi sono evidenti differenze nella resistività e nella conduttività dell'intero wafer.  Presentano quindi un eccezionale vantaggio in termini di rapporto costo-efficacia. La tecnologia di elaborazione semplificata rende il costo di produzione molto inferiore rispetto agli altri due substrati e possono essere riutilizzati più volte.

I substrati in carburo di silicio di tipo fittizio sono adatti per scenari in cui non esistono requisiti rigorosi per la loro qualità, compreso il riempimento della capacità durante l'installazione di apparecchiature a semiconduttore, la calibrazione dei parametri durante la fase preoperativa dell'apparecchiatura, il debug dei parametri nelle prime fasi di sviluppo del processo e la formazione sul funzionamento delle apparecchiature per gli operatori.

2. Substrati SiC di grado ricerca

Il posizionamento di qualità del livello di ricercaSubstrati SiCè compreso tra il grado fittizio e il grado di produzione e deve soddisfare i requisiti di prestazioni elettriche e pulizia di base negli scenari di ricerca e sviluppo.

La densità dei difetti dei cristalli è significativamente inferiore a quella del grado fittizio, ma non soddisfa gli standard del livello di produzione. Attraverso processi ottimizzati di lucidatura chimico-meccanica (CMP), è possibile controllare la ruvidità della superficie, migliorando significativamente la levigatezza. Disponibili in tipologie conduttive o semi-isolanti, mostrano stabilità e uniformità delle prestazioni elettriche su tutto il wafer, soddisfacendo i requisiti di precisione dei test di ricerca e sviluppo.  Pertanto, il loro costo è compreso tra quello dei substrati SiC di grado fittizio e quello di grado di produzione.

I substrati SiC di grado ricerca vengono utilizzati negli scenari di ricerca e sviluppo di laboratorio, nella verifica funzionale delle soluzioni di progettazione dei chip, nella verifica della fattibilità del processo su piccola scala e nell'ottimizzazione raffinata dei parametri di processo.

3. Substrati SiC di qualità produttiva

I substrati di produzione sono il materiale principale per la produzione di massa di dispositivi a semiconduttore. Sono la categoria di qualità più alta, con una purezza superiore al 99,9999999999% e la loro densità di difetti è controllata a un livello estremamente basso. 

Dopo il trattamento di lucidatura chimico-meccanica (CMP) ad alta precisione, l'accuratezza dimensionale e la planarità della superficie hanno raggiunto il livello nanometrico e la struttura cristallina è quasi perfetta. Offrono un'eccellente uniformità elettrica, con resistività uniforme su entrambi i tipi di substrato conduttivo e semi-isolante. Tuttavia, a causa della rigorosa selezione delle materie prime e del complesso controllo del processo di produzione (per garantire un rendimento elevato), il loro costo di produzione è il più alto tra i tre tipi di substrato. 

Questo tipo di substrato SiC è adatto per la produzione su larga scala di dispositivi a semiconduttore per la spedizione finale, compresa la produzione in serie di MOSFET SiC e diodi a barriera Schottky (SBD), la produzione di dispositivi RF e a microonde GaN-on-SiC e la produzione industriale di dispositivi di fascia alta come sensori avanzati e apparecchiature quantistiche.