La différence entre les substrats SiC factices, de recherche et de production

Les substrats SiC constituent un matériau de base pour la fabrication de dispositifs semi-conducteurs de troisième génération. Leur classification de qualité doit correspondre précisément aux besoins des différentes étapes, telles que le développement des équipements semi-conducteurs, la vérification des processus et la production de masse. L'industrie classe généralement les substrats SiC en trois catégories : qualité factice, qualité recherche et qualité production.  Une compréhension claire des différences entre ces trois types de substrats peut aider à obtenir la solution optimale de sélection de matériaux pour les exigences d'application spécifiques.

1. Substrats SiC de qualité factice

Les substrats SiC de qualité factice ont les exigences de qualité les plus basses parmi les trois catégories. Ils sont généralement fabriqués en utilisant des segments de qualité inférieure aux deux extrémités de la tige de cristal et traités par des processus de meulage et de polissage de base.

La surface de la plaquette est rugueuse et la précision du polissage est insuffisante ; leur densité de défauts est élevée et les luxations de filetage et les microtuyaux représentent une proportion importante ; l'uniformité électrique est médiocre et il existe des différences évidentes dans la résistivité et la conductivité de l'ensemble de la tranche.  Ils présentent donc un avantage économique exceptionnel. La technologie de traitement simplifiée rend leur coût de production bien inférieur à celui des deux autres substrats et ils peuvent être réutilisés plusieurs fois.

Les substrats en carbure de silicium de qualité factice conviennent aux scénarios dans lesquels il n'y a pas d'exigences strictes quant à leur qualité, notamment le remplissage de capacité lors de l'installation de l'équipement semi-conducteur, l'étalonnage des paramètres pendant la phase de pré-exploitation de l'équipement, le débogage des paramètres dans les premières étapes du développement du processus et la formation au fonctionnement de l'équipement pour les opérateurs.

2. Substrats SiC de qualité recherche

Le positionnement qualité de la rechercheSubstrats SiCse situe entre la qualité factice et la qualité de production et doit répondre aux exigences de base en matière de performances électriques et de propreté dans les scénarios de R&D.

Leur densité de défauts cristallins est nettement inférieure à celle de la qualité factice, mais ne répond pas aux normes de qualité de production. Grâce à des processus optimisés de polissage chimico-mécanique (CMP), la rugosité de la surface peut être contrôlée, améliorant ainsi considérablement la douceur. Disponibles en types conducteurs ou semi-isolants, ils présentent des performances électriques stables et uniformes sur toute la tranche, répondant ainsi aux exigences de précision des tests de R&D.  Par conséquent, leur coût se situe entre celui des substrats SiC de qualité factice et de qualité production.

Les substrats SiC de qualité recherche sont utilisés dans des scénarios de R&D en laboratoire, dans la vérification fonctionnelle des solutions de conception de puces, dans la vérification de la faisabilité des processus à petite échelle et dans l'optimisation raffinée des paramètres du processus.

3. Substrats SiC de qualité production

Les substrats de qualité production constituent le matériau de base pour la production de masse de dispositifs semi-conducteurs. Il s'agit de la catégorie de qualité la plus élevée, avec une pureté supérieure à 99,9999999999 % et leur densité de défauts est contrôlée à un niveau extrêmement faible. 

Après un traitement de polissage chimico-mécanique (CMP) de haute précision, la précision dimensionnelle et la planéité de la surface ont atteint le niveau nanométrique et la structure cristalline est proche de la perfection. Ils offrent une excellente uniformité électrique, avec une résistivité uniforme sur les types de substrats conducteurs et semi-isolants. Cependant, en raison d'une sélection rigoureuse des matières premières et d'un contrôle complexe du processus de production (pour garantir un rendement élevé), leur coût de production est le plus élevé des trois types de substrat. 

Ce type de substrat SiC convient à la fabrication à grande échelle de dispositifs semi-conducteurs destinés à l'expédition finale, y compris la production en série de MOSFET SiC et de diodes à barrière Schottky (SBD), la fabrication de dispositifs RF et micro-ondes GaN-sur-SiC, et la production industrielle de dispositifs haut de gamme tels que des capteurs avancés et des équipements quantiques.