반절연 실리콘 카바이드(SiC)는 높은 전기 저항률과 높은 열전도율을 결합하여 고주파 및 고출력 RF 장치의 중요한 기판 재료입니다.
주로 수직 전력 장치에 사용되는 전도성 n형 SiC 기판과 달리, 반절연 SiC는 기판을 통한 기생 전기 전도를 억제하도록 설계되었습니다. 이로 인해 기판 손실이 이득, 효율 및 주파수 성능에 직접적인 영향을 미칠 수 있는 RF, 마이크로파 및 고주파 장치 구조에 특히 적합합니다.
반절연 SiC 재료 중 역사적으로 두 가지 접근 방식이 사용되었습니다:
둘 다 매우 높은 저항률을 제공할 수 있지만, 반절연 동작을 달성하는 데 사용되는 메커니즘은 다릅니다.
RF 장치 엔지니어 및 웨이퍼 구매자에게 이 차이는 다음 사항에 영향을 미칠 수 있습니다:
이러한 이유로 기판 선택은 저항률만으로 결정해서는 안 됩니다.
마이크로파 또는 밀리미터파 주파수에서 작동하는 RF 장치는 기판을 통한 원치 않는 전류 흐름을 최소화해야 합니다.
기판이 전기적으로 전도성이 있으면 기생 커패시턴스와 전류 경로가 RF 손실을 증가시킬 수 있습니다.
반절연 SiC는 두 가지 중요한 특성을 동시에 제공합니다:
높은 전기 저항률
그리고
높은 열전도율
이 조합은 고출력 RF 애플리케이션에 특히 매력적입니다.
반절연 SiC에 대한 연구는 오랫동안 마이크로파 및 고주파 전자 장치를 주요 응용 분야로 식별해 왔습니다. 이는 재료가 저손실 작동에 필요한 저항과 장치 열을 발산하는 데 충분한 열전도율을 제공할 수 있기 때문입니다.
일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다:
이러한 응용 분야에서 기판 품질은 웨이퍼 처리뿐만 아니라 활성 장치 아래의 전기적 환경에도 영향을 미칩니다.
HPSI는 다음을 의미합니다:
고순도 반절연 실리콘 카바이드
의도적으로 바나듐을 도핑한 SiC와 달리, HPSI 재료는 일반적으로 높은 재료 순도와 고유한 깊은 레벨 결함을 사용하여 잔류 얕은 불순물을 보상합니다.
현재 상용 4H-SiC HPSI 제품은 재료가 바나듐 도핑되지 않음임을 명확히 합니다.
기본 목표는 자유 캐리어 농도를 극도로 낮게 유지하여 벌크 기판 저항률을 높게 유지하는 것입니다.
일반적으로 관련된 잔류 불순물은 다음과 같습니다:
고유 결함은 이러한 잔류 얕은 도펀트를 보상하는 깊은 전자 레벨을 도입할 수 있습니다.
HPSI 4H-SiC에 대한 연구는 반절연 동작에 기여할 수 있는 결함 중에서 공공 관련 결함, 이중 공공 및 탄소 공공-탄소 반위 복합체를 식별했습니다.
이 보상 메커니즘은 의도적인 중금속 도핑에 의존하지 않고 높은 저항률을 가능하게 합니다.
두 번째 접근 방식은 의도적으로 SiC에 바나듐을 도입하는 것입니다.
바나듐은 SiC 밴드갭 내에 깊은 에너지 레벨을 생성합니다.
이러한 깊은 레벨은 전기적으로 활성인 얕은 도너와 억셉터를 보상하여 자유 전하 캐리어 수를 줄일 수 있습니다.
단순화된 개념은 다음과 같습니다:
잔류 도너/억셉터 불순물 → 바나듐 깊은 레벨에 의해 보상됨 → 낮은 캐리어 농도 → 높은 저항률
바나듐 보상은 수년 동안 반절연 SiC를 제조하는 데 사용되었습니다.
연구에 따르면 바나듐 관련 깊은 억셉터 레벨이 전도대 영역 아래 약 1eV 근처에 있음을 확인했지만, 정확한 전기적 거동은 바나듐 농도 및 기타 고유 결함에 따라 달라집니다.
다음과 같이 구분하는 것이 중요합니다:
바나듐 도핑
과
4H-SiC
이 두 가지 다른 특성을 설명하기 때문입니다.
바나듐은 보상/도핑 방법을 설명합니다.
4H는 SiC 결정 다형체를 설명합니다.
바나듐 도핑 반절연 재료는 역사적으로 여러 SiC 다형체로 존재했습니다. 현재 일부 상용 반절연 바나듐 도핑 기판은 예를 들어 4H-SiC가 아닌 6H-SiC로 제공됩니다.
따라서 RFQ는 항상 다음을 모두 지정해야 합니다:
다형체: 4H-SiC
그리고
반절연 방법 / 저항률 요구 사항
단순히 "반절연 SiC"를 요청하는 대신
근본적인 차이는 반절연 전기적 동작이 생성되는 방식입니다.
| 매개변수 | HPSI 4H-SiC | 바나듐 도핑 SiC |
|---|---|---|
| 보상 메커니즘 | 고유 깊은 레벨 / 결함 엔지니어링 | 의도적인 V 깊은 레벨 보상 |
| 바나듐 | 정상적으로 없음 | 의도적으로 도입됨 |
| 순도 전략 | 매우 높은 순도 | 제어된 도펀트 보상 |
| 저항률 | 매우 높음 | 매우 높음 |
| 깊은 레벨 중심 | 주로 고유 결함 관련 | V 관련 + 고유 결함 |
| RF 적합성 | 우수 | 응용 분야에 따라 다름 |
| 트랩 안정성 | 자격 필요 | 자격 필요 |
| 백 게이팅 우려 | 일반적으로 HPSI 개발 동기가 낮음 | 일부 장치 구조에서 중요할 수 있음 |
| 상용 다형체 | 일반적으로 4H | 공급업체/공정에 따라 4H 또는 6H 포함 가능 |
HPSI 기술은 바나듐이 추가적인 깊은 레벨 중심을 도입하기 때문에 중요성이 커졌습니다.
이러한 트랩 상태는 장치 작동과 상호 작용할 수 있으며, 특히 높은 전기장 또는 고온 조건에서 그렇습니다.
연구에 따르면 바나듐에 의해 포획된 전자는 열적으로 방출될 수 있으며, 임계 전압 이동 또는 필드 효과 장치 구조의 백 게이팅과 같은 효과에 기여할 수 있습니다. 이것이 고유 결함 기반 HPSI 재료가 점점 더 매력적이 된 이유 중 하나입니다.
그러나 이것이 모든 바나듐 도핑 기판이 RF 사용에 부적합하다는 것을 의미하지는 않습니다.
올바른 비교는 다음을 고려해야 합니다:
반절연 SiC의 경우 저항률은 주요 구매 매개변수입니다.
그 목적은 기판을 통해 흐르는 원치 않는 전류를 제한하는 것입니다.
현재 상용 HPSI 4H-SiC 사양은 공급업체, 등급 및 측정 조건에 따라 10^6~10^8 Ω·cm 범위 또는 그 이상에 도달할 수 있습니다. 현재 상용 HPSI 제품군 중 하나는 선택된 생산 재료에 대해 ≥10^8 Ω·cm를 지정합니다.
바나듐 도핑 반절연 제품도 극도로 높은 저항률을 나타낼 수 있습니다.
예를 들어, 상용 바나듐 도핑 반절연 SiC 재료는 다형체 및 제품 사양에 따라 10^9 Ω·cm 이상의 저항률을 갖는 것으로 보고되었습니다.
그러나 두 웨이퍼를 단순히 다음 문구로 비교하는 것은:
저항률 >10^8 Ω·cm
충분하지 않습니다.
구매자는 다음을 질문해야 합니다:
RF 장치의 경우, 저항률 안정성은 상온 절대값만큼 중요할 수 있습니다.
반도체 웨이퍼는 높은 측정 저항률을 가지면서도 전기적으로 활성인 결함을 포함할 수 있습니다.
반절연 SiC는 자유 캐리어를 억제하기 위해 깊은 전자 레벨에 의존합니다.
그러나 깊은 레벨은 트랩으로 작용할 수도 있습니다.
장치 아키텍처에 따라 트랩은 다음 동안 캐리어를 포획하거나 방출할 수 있습니다:
잠재적 효과는 다음과 같습니다:
이것이 HPSI 대 바나듐 도핑 선택이 단순히 어떤 웨이퍼가 더 높은 저항을 갖는지에 대한 간단한 질문으로 축소될 수 없는 이유입니다.
고품질 RF 기판은 다음을 결합해야 합니다:
높은 저항률 + 전기적 안정성 + 제어된 결함 + 우수한 열적 특성
RF 기판 품질은 결정학적 결함의 영향을 받기도 합니다.
중요한 결함 범주는 다음과 같습니다:
마이크로파이프는 큰 버거스 벡터 나선형 전위차와 관련된 속이 빈 코어 결함입니다.
현대 SiC 결정 성장은 마이크로파이프 밀도를 극적으로 감소시켰지만, 여전히 중요하고 역사적인 구매 매개변수입니다.
RF 등급 기판의 경우 구매자는 다음을 결정해야 합니다:
스레딩 나선형 전위차 및 스레딩 가장자리 전위차는 후속 에피 성장층으로 전파될 수 있습니다.
그 효과는 최종 장치 설계에 따라 달라집니다.
단순히 다음을 지정하는 대신:
낮은 전위차 밀도
RFQ는 필요한 결함 범주와 허용 수준을 식별해야 합니다.
반절연 SiC의 경우 전기적 특성이 가장 많은 주목을 받지만, 웨이퍼 형상도 장치 제조 중에 똑같이 중요합니다.
TTV는 다음을 의미합니다:
총 두께 변화
이는 지정된 측정 영역 내에서 최대 웨이퍼 두께와 최소 웨이퍼 두께의 차이를 나타냅니다.
높은 TTV는 다음 동안 문제를 일으킬 수 있습니다:
상용 HPSI 기판 사양은 TTV ≤10 μm와 같은 값이 선택된 등급 및 웨이퍼 크기에 대해 기술적으로 달성 가능하다는 것을 보여주지만, 필요한 값은 항상 구매자와 공급업체 간에 합의되어야 합니다.
SEMI의 SiC 웨이퍼 표준화 작업은 또한 두께, 허용 오차, 평탄도, 방향 및 결함을 기본적인 물리적 기판 특성으로 식별합니다.
TTV는 두께 변화를 설명하지만, 웨이퍼 전체 모양을 설명하지는 않습니다.
두 가지 추가 매개변수가 중요합니다:
휨
그리고
뒤틀림
웨이퍼는 허용 가능한 TTV를 가질 수 있지만 여전히 과도한 전역 변형을 나타낼 수 있습니다.
이는 웨이퍼 직경이 증가함에 따라 점점 더 중요해집니다.
과도한 뒤틀림은 다음을 유발할 수 있습니다:
따라서 심각한 RF 웨이퍼 사양에는 일반적으로 다음이 포함되어야 합니다:
TTV + 휨 + 뒤틀림
TTV만으로는 안 됩니다.
반절연 SiC 기판의 Si 면은 일반적으로 후속 에피 성장용으로 준비됩니다.
따라서 표면은 매우 낮은 거칠기와 최소한의 연마 손상을 가져야 합니다.
상용 RF 지향 반절연 SiC 기판은 나노미터 이하의 표면 거칠기를 달성할 수 있습니다. 현재 예는 선택된 제품에 대해 약 5Å 미만의 거칠기를 지정합니다.
그러나 Ra만으로는 에피 준비된 표면을 완전히 설명할 수 없습니다.
구매자는 다음도 검사해야 합니다:
웨이퍼는 매우 낮은 측정 Ra를 가질 수 있지만 에피 성장에 영향을 미치는 개별 결함을 포함할 수 있습니다.
RF 에피 성장 응용 분야의 경우, 전면은 일반적으로 실리콘 면입니다.
일반적인 기판 구성은 다음과 같을 수 있습니다:
Si 면: CMP, 에피 준비됨
C 면: 광택 연마 또는 지정된 후면 마감
정확한 표면 준비는 항상 RFQ에 포함되어야 합니다.
예를 들어:
전면: Si 면 CMP, 에피 준비됨
후면: 광택 연마됨
단순히 다음을 요청하는 것은:
양면 연마
에피 성장에 필요한 실제 CMP 품질에 대한 충분한 정보를 제공하지 못할 수 있습니다.
RF 반절연 기판과 전력 장치 기판의 또 다른 중요한 차이점은 방향입니다.
전도성 4H-SiC 전력 기판은 일반적으로 동종 에피 성장을 위해 의도적인 오프축 방향으로 공급됩니다.
RF 반절연 기판, 특히 질화물 에피 성장을 위한 이종 기판으로 의도된 것은 종종 온축으로 공급됩니다.
현재 상용 HPSI 4H-SiC RF 제품은 특정 기판 등급에 대해 온축 방향을 사용합니다.
따라서 RFQ는 다음을 명확히 지정해야 합니다:
반절연 SiC는 역사적으로 주류 전도성 SiC 전력 기판보다 작은 직경으로 제공되었습니다.
일반적인 RF 기판 직경은 다음과 같습니다:
대형 직경 개발은 계속되고 있지만, 가용성은 다음 사항에 크게 좌우됩니다:
구매자는 모든 n형 200mm SiC 사양이 자동으로 200mm HPSI 웨이퍼로 제공된다고 가정해서는 안 됩니다.
예를 들어, 현재 상용 제품 정보는 100mm 및 150mm의 4H HPSI 제품을 보여주며, 200mm 가용성은 다른 SiC 제품군과 관련될 수 있습니다.
이러한 이유로 직경 가용성은 장치 공정을 완료하기 전에 확인해야 합니다.
전문적인 RFQ는 직경과 저항률 외에 더 많은 것을 포함해야 합니다.
| 매개변수 | 권장 RFQ 정보 |
|---|---|
| 재료 | 단결정 SiC |
| 다형체 | 4H-SiC |
| 전기적 유형 | 반절연 |
| 보상 | HPSI / 필요한 경우 지정 |
| 직경 | 100 mm / 150 mm / 맞춤형 |
| 방향 | 온축 또는 지정됨 |
| 표면 극성 | Si 면 |
| 두께 | 명목 + 허용 오차 |
| 저항률 | 최소 요구 사항 |
| TTV | 최대 |
| 휨 | 최대 |
| 뒤틀림 | 최대 |
| 표면 | Si 면 CMP, 에피 준비됨 |
| 거칠기 | 최대 Ra |
| 마이크로파이프 밀도 | 최대 |
| 전위차 밀도 | 필요한 수준 |
| 균열 | 허용되지 않음 |
| 가장자리 칩 | 허용 범위 정의 |
| 표면 스크래치 | 허용 범위 정의 |
| 입자 | 검사 임계값 지정 |
| 후면 | 광택 연마 / 지정됨 |
| 검사 보고서 | 필요한 경우 |
| 웨이퍼 ID | 필요함 |
| 포장 | 클린룸 호환 |
RF 응용 분야에 대한 반절연 SiC를 주문하기 전에 구매자는 다음을 질문해야 합니다:
이러한 질문은 다른 기판 공급업체의 견적을 비교하는 데 도움이 됩니다.
모든 RF 장치에 적합한 단일 사양은 없습니다.
그러나 현대 4H-SiC RF 기판 응용 분야의 경우, HPSI는 의도적인 바나듐 도핑 없이 매우 높은 저항률을 제공할 수 있기 때문에 특히 매력적입니다.
이것은 의도적으로 도입된 깊은 레벨 불순물의 한 가지 소스를 제거하고 HPSI가 고급 RF 구조를 위한 중요한 재료 플랫폼이 되는 데 도움이 되었습니다.
바나듐 도핑 SiC는 여전히 우수한 저항률을 제공할 수 있으며, 특히 기존 장치 플랫폼 및 특정 기판/다형체 조합에 대해 기술적으로 관련성이 있습니다.
따라서 올바른 평가는 다음을 포함해야 합니다:
저항률
플러스
깊은 레벨 안정성
플러스
결정 품질
플러스
형상
플러스
표면 준비
단일 숫자를 기준으로 웨이퍼를 선택하는 대신
반절연 SiC는 단순히 "고저항률 SiC" 이상입니다.
RF 및 마이크로파 장치의 경우 기판은 다음의 조합을 제공해야 합니다:
HPSI 4H-SiC는 의도적인 바나듐 도핑이 아닌 높은 재료 순도와 고유한 깊은 레벨 보상을 통해 반절연 동작을 달성합니다.
바나듐 도핑 SiC는 잔류 캐리어를 보상하기 위해 의도적으로 도입된 깊은 레벨을 사용합니다.
두 접근 방식 모두 고저항률 기판을 생성할 수 있지만, 그 결함 물리학과 전기적 거동은 다릅니다.
따라서 RF 기판 조달에 가장 유용한 사양은 단순히 다음이 아닙니다:
반절연 4H-SiC, 고저항률
하지만 다음의 완전한 조합입니다:
다형체 + 보상 방법 + 저항률 + 결함 밀도 + TTV + 휨/뒤틀림 + 표면 거칠기 + CMP 품질 + 검사 기준
이는 공급업체와 RF 장치 제조업체 모두에게 웨이퍼 자격 부여를 위한 명확한 기술적 기반을 제공합니다.
HPSI는 High-Purity Semi-Insulating을 의미합니다. 현대 4H-SiC 기판에서 높은 저항률은 제어된 재료 순도와 고유한 깊은 레벨 보상을 통해 결정에 의도적으로 바나듐을 도핑하지 않고 달성할 수 있습니다.
아니요. 두 재료 모두 반절연이 될 수 있지만, 보상 메커니즘은 다릅니다. HPSI는 일반적으로 고유한 깊은 레벨 결함과 높은 순도에 의존하는 반면, 바나듐 도핑 재료는 의도적으로 바나듐 관련 깊은 레벨을 도입합니다.
필요한 값은 RF 장치 및 측정 조건에 따라 다릅니다. 상용 반절연 SiC 제품은 재료 유형, 등급 및 공급업체에 따라 약 10^6~10^8 Ω·cm 또는 그 이상의 저항률을 지정할 수 있습니다. 구매자는 최소 저항률과 측정 조건을 모두 지정해야 합니다.
자동으로 그렇지는 않습니다. 다형체 선택은 장치 아키텍처, 에피 성장 공정 및 확립된 제조 플랫폼에 따라 달라집니다. 그러나 4H-SiC는 고순도 반절연 RF 기판의 중요한 상용 플랫폼이 되었습니다.
반절연 실리콘 카바이드(SiC)는 높은 전기 저항률과 높은 열전도율을 결합하여 고주파 및 고출력 RF 장치의 중요한 기판 재료입니다.
주로 수직 전력 장치에 사용되는 전도성 n형 SiC 기판과 달리, 반절연 SiC는 기판을 통한 기생 전기 전도를 억제하도록 설계되었습니다. 이로 인해 기판 손실이 이득, 효율 및 주파수 성능에 직접적인 영향을 미칠 수 있는 RF, 마이크로파 및 고주파 장치 구조에 특히 적합합니다.
반절연 SiC 재료 중 역사적으로 두 가지 접근 방식이 사용되었습니다:
둘 다 매우 높은 저항률을 제공할 수 있지만, 반절연 동작을 달성하는 데 사용되는 메커니즘은 다릅니다.
RF 장치 엔지니어 및 웨이퍼 구매자에게 이 차이는 다음 사항에 영향을 미칠 수 있습니다:
이러한 이유로 기판 선택은 저항률만으로 결정해서는 안 됩니다.
마이크로파 또는 밀리미터파 주파수에서 작동하는 RF 장치는 기판을 통한 원치 않는 전류 흐름을 최소화해야 합니다.
기판이 전기적으로 전도성이 있으면 기생 커패시턴스와 전류 경로가 RF 손실을 증가시킬 수 있습니다.
반절연 SiC는 두 가지 중요한 특성을 동시에 제공합니다:
높은 전기 저항률
그리고
높은 열전도율
이 조합은 고출력 RF 애플리케이션에 특히 매력적입니다.
반절연 SiC에 대한 연구는 오랫동안 마이크로파 및 고주파 전자 장치를 주요 응용 분야로 식별해 왔습니다. 이는 재료가 저손실 작동에 필요한 저항과 장치 열을 발산하는 데 충분한 열전도율을 제공할 수 있기 때문입니다.
일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다:
이러한 응용 분야에서 기판 품질은 웨이퍼 처리뿐만 아니라 활성 장치 아래의 전기적 환경에도 영향을 미칩니다.
HPSI는 다음을 의미합니다:
고순도 반절연 실리콘 카바이드
의도적으로 바나듐을 도핑한 SiC와 달리, HPSI 재료는 일반적으로 높은 재료 순도와 고유한 깊은 레벨 결함을 사용하여 잔류 얕은 불순물을 보상합니다.
현재 상용 4H-SiC HPSI 제품은 재료가 바나듐 도핑되지 않음임을 명확히 합니다.
기본 목표는 자유 캐리어 농도를 극도로 낮게 유지하여 벌크 기판 저항률을 높게 유지하는 것입니다.
일반적으로 관련된 잔류 불순물은 다음과 같습니다:
고유 결함은 이러한 잔류 얕은 도펀트를 보상하는 깊은 전자 레벨을 도입할 수 있습니다.
HPSI 4H-SiC에 대한 연구는 반절연 동작에 기여할 수 있는 결함 중에서 공공 관련 결함, 이중 공공 및 탄소 공공-탄소 반위 복합체를 식별했습니다.
이 보상 메커니즘은 의도적인 중금속 도핑에 의존하지 않고 높은 저항률을 가능하게 합니다.
두 번째 접근 방식은 의도적으로 SiC에 바나듐을 도입하는 것입니다.
바나듐은 SiC 밴드갭 내에 깊은 에너지 레벨을 생성합니다.
이러한 깊은 레벨은 전기적으로 활성인 얕은 도너와 억셉터를 보상하여 자유 전하 캐리어 수를 줄일 수 있습니다.
단순화된 개념은 다음과 같습니다:
잔류 도너/억셉터 불순물 → 바나듐 깊은 레벨에 의해 보상됨 → 낮은 캐리어 농도 → 높은 저항률
바나듐 보상은 수년 동안 반절연 SiC를 제조하는 데 사용되었습니다.
연구에 따르면 바나듐 관련 깊은 억셉터 레벨이 전도대 영역 아래 약 1eV 근처에 있음을 확인했지만, 정확한 전기적 거동은 바나듐 농도 및 기타 고유 결함에 따라 달라집니다.
다음과 같이 구분하는 것이 중요합니다:
바나듐 도핑
과
4H-SiC
이 두 가지 다른 특성을 설명하기 때문입니다.
바나듐은 보상/도핑 방법을 설명합니다.
4H는 SiC 결정 다형체를 설명합니다.
바나듐 도핑 반절연 재료는 역사적으로 여러 SiC 다형체로 존재했습니다. 현재 일부 상용 반절연 바나듐 도핑 기판은 예를 들어 4H-SiC가 아닌 6H-SiC로 제공됩니다.
따라서 RFQ는 항상 다음을 모두 지정해야 합니다:
다형체: 4H-SiC
그리고
반절연 방법 / 저항률 요구 사항
단순히 "반절연 SiC"를 요청하는 대신
근본적인 차이는 반절연 전기적 동작이 생성되는 방식입니다.
| 매개변수 | HPSI 4H-SiC | 바나듐 도핑 SiC |
|---|---|---|
| 보상 메커니즘 | 고유 깊은 레벨 / 결함 엔지니어링 | 의도적인 V 깊은 레벨 보상 |
| 바나듐 | 정상적으로 없음 | 의도적으로 도입됨 |
| 순도 전략 | 매우 높은 순도 | 제어된 도펀트 보상 |
| 저항률 | 매우 높음 | 매우 높음 |
| 깊은 레벨 중심 | 주로 고유 결함 관련 | V 관련 + 고유 결함 |
| RF 적합성 | 우수 | 응용 분야에 따라 다름 |
| 트랩 안정성 | 자격 필요 | 자격 필요 |
| 백 게이팅 우려 | 일반적으로 HPSI 개발 동기가 낮음 | 일부 장치 구조에서 중요할 수 있음 |
| 상용 다형체 | 일반적으로 4H | 공급업체/공정에 따라 4H 또는 6H 포함 가능 |
HPSI 기술은 바나듐이 추가적인 깊은 레벨 중심을 도입하기 때문에 중요성이 커졌습니다.
이러한 트랩 상태는 장치 작동과 상호 작용할 수 있으며, 특히 높은 전기장 또는 고온 조건에서 그렇습니다.
연구에 따르면 바나듐에 의해 포획된 전자는 열적으로 방출될 수 있으며, 임계 전압 이동 또는 필드 효과 장치 구조의 백 게이팅과 같은 효과에 기여할 수 있습니다. 이것이 고유 결함 기반 HPSI 재료가 점점 더 매력적이 된 이유 중 하나입니다.
그러나 이것이 모든 바나듐 도핑 기판이 RF 사용에 부적합하다는 것을 의미하지는 않습니다.
올바른 비교는 다음을 고려해야 합니다:
반절연 SiC의 경우 저항률은 주요 구매 매개변수입니다.
그 목적은 기판을 통해 흐르는 원치 않는 전류를 제한하는 것입니다.
현재 상용 HPSI 4H-SiC 사양은 공급업체, 등급 및 측정 조건에 따라 10^6~10^8 Ω·cm 범위 또는 그 이상에 도달할 수 있습니다. 현재 상용 HPSI 제품군 중 하나는 선택된 생산 재료에 대해 ≥10^8 Ω·cm를 지정합니다.
바나듐 도핑 반절연 제품도 극도로 높은 저항률을 나타낼 수 있습니다.
예를 들어, 상용 바나듐 도핑 반절연 SiC 재료는 다형체 및 제품 사양에 따라 10^9 Ω·cm 이상의 저항률을 갖는 것으로 보고되었습니다.
그러나 두 웨이퍼를 단순히 다음 문구로 비교하는 것은:
저항률 >10^8 Ω·cm
충분하지 않습니다.
구매자는 다음을 질문해야 합니다:
RF 장치의 경우, 저항률 안정성은 상온 절대값만큼 중요할 수 있습니다.
반도체 웨이퍼는 높은 측정 저항률을 가지면서도 전기적으로 활성인 결함을 포함할 수 있습니다.
반절연 SiC는 자유 캐리어를 억제하기 위해 깊은 전자 레벨에 의존합니다.
그러나 깊은 레벨은 트랩으로 작용할 수도 있습니다.
장치 아키텍처에 따라 트랩은 다음 동안 캐리어를 포획하거나 방출할 수 있습니다:
잠재적 효과는 다음과 같습니다:
이것이 HPSI 대 바나듐 도핑 선택이 단순히 어떤 웨이퍼가 더 높은 저항을 갖는지에 대한 간단한 질문으로 축소될 수 없는 이유입니다.
고품질 RF 기판은 다음을 결합해야 합니다:
높은 저항률 + 전기적 안정성 + 제어된 결함 + 우수한 열적 특성
RF 기판 품질은 결정학적 결함의 영향을 받기도 합니다.
중요한 결함 범주는 다음과 같습니다:
마이크로파이프는 큰 버거스 벡터 나선형 전위차와 관련된 속이 빈 코어 결함입니다.
현대 SiC 결정 성장은 마이크로파이프 밀도를 극적으로 감소시켰지만, 여전히 중요하고 역사적인 구매 매개변수입니다.
RF 등급 기판의 경우 구매자는 다음을 결정해야 합니다:
스레딩 나선형 전위차 및 스레딩 가장자리 전위차는 후속 에피 성장층으로 전파될 수 있습니다.
그 효과는 최종 장치 설계에 따라 달라집니다.
단순히 다음을 지정하는 대신:
낮은 전위차 밀도
RFQ는 필요한 결함 범주와 허용 수준을 식별해야 합니다.
반절연 SiC의 경우 전기적 특성이 가장 많은 주목을 받지만, 웨이퍼 형상도 장치 제조 중에 똑같이 중요합니다.
TTV는 다음을 의미합니다:
총 두께 변화
이는 지정된 측정 영역 내에서 최대 웨이퍼 두께와 최소 웨이퍼 두께의 차이를 나타냅니다.
높은 TTV는 다음 동안 문제를 일으킬 수 있습니다:
상용 HPSI 기판 사양은 TTV ≤10 μm와 같은 값이 선택된 등급 및 웨이퍼 크기에 대해 기술적으로 달성 가능하다는 것을 보여주지만, 필요한 값은 항상 구매자와 공급업체 간에 합의되어야 합니다.
SEMI의 SiC 웨이퍼 표준화 작업은 또한 두께, 허용 오차, 평탄도, 방향 및 결함을 기본적인 물리적 기판 특성으로 식별합니다.
TTV는 두께 변화를 설명하지만, 웨이퍼 전체 모양을 설명하지는 않습니다.
두 가지 추가 매개변수가 중요합니다:
휨
그리고
뒤틀림
웨이퍼는 허용 가능한 TTV를 가질 수 있지만 여전히 과도한 전역 변형을 나타낼 수 있습니다.
이는 웨이퍼 직경이 증가함에 따라 점점 더 중요해집니다.
과도한 뒤틀림은 다음을 유발할 수 있습니다:
따라서 심각한 RF 웨이퍼 사양에는 일반적으로 다음이 포함되어야 합니다:
TTV + 휨 + 뒤틀림
TTV만으로는 안 됩니다.
반절연 SiC 기판의 Si 면은 일반적으로 후속 에피 성장용으로 준비됩니다.
따라서 표면은 매우 낮은 거칠기와 최소한의 연마 손상을 가져야 합니다.
상용 RF 지향 반절연 SiC 기판은 나노미터 이하의 표면 거칠기를 달성할 수 있습니다. 현재 예는 선택된 제품에 대해 약 5Å 미만의 거칠기를 지정합니다.
그러나 Ra만으로는 에피 준비된 표면을 완전히 설명할 수 없습니다.
구매자는 다음도 검사해야 합니다:
웨이퍼는 매우 낮은 측정 Ra를 가질 수 있지만 에피 성장에 영향을 미치는 개별 결함을 포함할 수 있습니다.
RF 에피 성장 응용 분야의 경우, 전면은 일반적으로 실리콘 면입니다.
일반적인 기판 구성은 다음과 같을 수 있습니다:
Si 면: CMP, 에피 준비됨
C 면: 광택 연마 또는 지정된 후면 마감
정확한 표면 준비는 항상 RFQ에 포함되어야 합니다.
예를 들어:
전면: Si 면 CMP, 에피 준비됨
후면: 광택 연마됨
단순히 다음을 요청하는 것은:
양면 연마
에피 성장에 필요한 실제 CMP 품질에 대한 충분한 정보를 제공하지 못할 수 있습니다.
RF 반절연 기판과 전력 장치 기판의 또 다른 중요한 차이점은 방향입니다.
전도성 4H-SiC 전력 기판은 일반적으로 동종 에피 성장을 위해 의도적인 오프축 방향으로 공급됩니다.
RF 반절연 기판, 특히 질화물 에피 성장을 위한 이종 기판으로 의도된 것은 종종 온축으로 공급됩니다.
현재 상용 HPSI 4H-SiC RF 제품은 특정 기판 등급에 대해 온축 방향을 사용합니다.
따라서 RFQ는 다음을 명확히 지정해야 합니다:
반절연 SiC는 역사적으로 주류 전도성 SiC 전력 기판보다 작은 직경으로 제공되었습니다.
일반적인 RF 기판 직경은 다음과 같습니다:
대형 직경 개발은 계속되고 있지만, 가용성은 다음 사항에 크게 좌우됩니다:
구매자는 모든 n형 200mm SiC 사양이 자동으로 200mm HPSI 웨이퍼로 제공된다고 가정해서는 안 됩니다.
예를 들어, 현재 상용 제품 정보는 100mm 및 150mm의 4H HPSI 제품을 보여주며, 200mm 가용성은 다른 SiC 제품군과 관련될 수 있습니다.
이러한 이유로 직경 가용성은 장치 공정을 완료하기 전에 확인해야 합니다.
전문적인 RFQ는 직경과 저항률 외에 더 많은 것을 포함해야 합니다.
| 매개변수 | 권장 RFQ 정보 |
|---|---|
| 재료 | 단결정 SiC |
| 다형체 | 4H-SiC |
| 전기적 유형 | 반절연 |
| 보상 | HPSI / 필요한 경우 지정 |
| 직경 | 100 mm / 150 mm / 맞춤형 |
| 방향 | 온축 또는 지정됨 |
| 표면 극성 | Si 면 |
| 두께 | 명목 + 허용 오차 |
| 저항률 | 최소 요구 사항 |
| TTV | 최대 |
| 휨 | 최대 |
| 뒤틀림 | 최대 |
| 표면 | Si 면 CMP, 에피 준비됨 |
| 거칠기 | 최대 Ra |
| 마이크로파이프 밀도 | 최대 |
| 전위차 밀도 | 필요한 수준 |
| 균열 | 허용되지 않음 |
| 가장자리 칩 | 허용 범위 정의 |
| 표면 스크래치 | 허용 범위 정의 |
| 입자 | 검사 임계값 지정 |
| 후면 | 광택 연마 / 지정됨 |
| 검사 보고서 | 필요한 경우 |
| 웨이퍼 ID | 필요함 |
| 포장 | 클린룸 호환 |
RF 응용 분야에 대한 반절연 SiC를 주문하기 전에 구매자는 다음을 질문해야 합니다:
이러한 질문은 다른 기판 공급업체의 견적을 비교하는 데 도움이 됩니다.
모든 RF 장치에 적합한 단일 사양은 없습니다.
그러나 현대 4H-SiC RF 기판 응용 분야의 경우, HPSI는 의도적인 바나듐 도핑 없이 매우 높은 저항률을 제공할 수 있기 때문에 특히 매력적입니다.
이것은 의도적으로 도입된 깊은 레벨 불순물의 한 가지 소스를 제거하고 HPSI가 고급 RF 구조를 위한 중요한 재료 플랫폼이 되는 데 도움이 되었습니다.
바나듐 도핑 SiC는 여전히 우수한 저항률을 제공할 수 있으며, 특히 기존 장치 플랫폼 및 특정 기판/다형체 조합에 대해 기술적으로 관련성이 있습니다.
따라서 올바른 평가는 다음을 포함해야 합니다:
저항률
플러스
깊은 레벨 안정성
플러스
결정 품질
플러스
형상
플러스
표면 준비
단일 숫자를 기준으로 웨이퍼를 선택하는 대신
반절연 SiC는 단순히 "고저항률 SiC" 이상입니다.
RF 및 마이크로파 장치의 경우 기판은 다음의 조합을 제공해야 합니다:
HPSI 4H-SiC는 의도적인 바나듐 도핑이 아닌 높은 재료 순도와 고유한 깊은 레벨 보상을 통해 반절연 동작을 달성합니다.
바나듐 도핑 SiC는 잔류 캐리어를 보상하기 위해 의도적으로 도입된 깊은 레벨을 사용합니다.
두 접근 방식 모두 고저항률 기판을 생성할 수 있지만, 그 결함 물리학과 전기적 거동은 다릅니다.
따라서 RF 기판 조달에 가장 유용한 사양은 단순히 다음이 아닙니다:
반절연 4H-SiC, 고저항률
하지만 다음의 완전한 조합입니다:
다형체 + 보상 방법 + 저항률 + 결함 밀도 + TTV + 휨/뒤틀림 + 표면 거칠기 + CMP 품질 + 검사 기준
이는 공급업체와 RF 장치 제조업체 모두에게 웨이퍼 자격 부여를 위한 명확한 기술적 기반을 제공합니다.
HPSI는 High-Purity Semi-Insulating을 의미합니다. 현대 4H-SiC 기판에서 높은 저항률은 제어된 재료 순도와 고유한 깊은 레벨 보상을 통해 결정에 의도적으로 바나듐을 도핑하지 않고 달성할 수 있습니다.
아니요. 두 재료 모두 반절연이 될 수 있지만, 보상 메커니즘은 다릅니다. HPSI는 일반적으로 고유한 깊은 레벨 결함과 높은 순도에 의존하는 반면, 바나듐 도핑 재료는 의도적으로 바나듐 관련 깊은 레벨을 도입합니다.
필요한 값은 RF 장치 및 측정 조건에 따라 다릅니다. 상용 반절연 SiC 제품은 재료 유형, 등급 및 공급업체에 따라 약 10^6~10^8 Ω·cm 또는 그 이상의 저항률을 지정할 수 있습니다. 구매자는 최소 저항률과 측정 조건을 모두 지정해야 합니다.
자동으로 그렇지는 않습니다. 다형체 선택은 장치 아키텍처, 에피 성장 공정 및 확립된 제조 플랫폼에 따라 달라집니다. 그러나 4H-SiC는 고순도 반절연 RF 기판의 중요한 상용 플랫폼이 되었습니다.
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