De defectdichtheid in siliconcarbide (SiC) -substraten wordt algemeen erkend als een belangrijke kwaliteitsmeter, maar de directe relatie met de apparatuuropbrengst wordt vaak te vereenvoudigd.In dit artikel wordt onderzocht hoe verschillende soorten kristalfouten de mechanismen van het rendementverlies in SiC-energieapparaten beïnvloedenIn plaats van de defectdichtheid als een enkele numerieke indicator te behandelen, leggen wij uit waarom defecttype, defectgrootte en defectgrootte in het geval van een defect niet in overeenstemming zijn met de norm.ruimtelijke verdeling, en interactie met de apparaatarchitectuur zijn even cruciaal bij het bepalen van de bruikbare opbrengst.

1Inleiding: Het verlies aan opbrengst begint vóór de fabricage van het apparaat

In de productie van SiC-kragtoestellen worden de problemen met de opbrengst vaak toegeschreven aan de complexiteit van het proces of aan de ontwerpmarges.een aanzienlijk deel van het opbrengstverlies is al vastgesteld op substraatniveau, voordat de epitaxie of de verwerking van het apparaat begint.

In tegenstelling tot silicium, waar de groei van volwassen kristallen de door het substraat aangedreven variabiliteit tot een minimum heeft beperkt, vertonen SiC-substraten nog steeds:

• Restkristaldefecten

• Groepering van lokale defecten

• Niet-eenvormige defectverdeling over de wafer

Deze kenmerken maken van de defectdichtheid niet alleen een kwaliteitsstatistiek, maar een opbrengstbepalende factor.

2Defectdichtheid: meer dan een enkel getal

2.1 Wat “Defect Density” eigenlijk betekent

De defectdichtheid wordt gewoonlijk gerapporteerd als een waarde (bijv. defecten/cm2), maar deze metric verbergt de kritieke complexiteit.

• Verplaatsingen van het basaal vlak (BPD's)

• Verplaatsingen van de draadschroeven (TSD's)

• Verplaatsingen van de draadrand (TED's)

• Rest-micropip-gerelateerde onvolkomenheden

Elk type defect werkt anders met de structuur van het apparaat en met elektrische velden.

2.2 Waarom de gemiddelde defectdichtheid misleidend kan zijn

Uit de gegevens van de productie blijkt voortdurend dat twee wafers met een vergelijkbare gemiddelde defectdichtheid een duidelijk verschillend rendement kunnen opleveren.

• Defectclustering versus uniforme verdeling

• Radiële defectgradiënten

• Plaatselijke afstemming van defect met actief apparaatgebied

Het rendementverlies wordt dus bepaald door de locatie van de gebreken, niet alleen door hoeveel er zijn.

3Mechanismen voor directe impact op de opbrengst

3.1 Verlies van elektrisch vermogen: vroegtijdige parametrische storingen

Bepaalde defecten fungeren als voorkeurspunten voor de concentratie van het elektrisch veld.

• Onder de verwachte onderbrekingsspanning

• Verhoogde lekstroom

• Parametrische drift onder spanning

Deze storingen komen vaak voor de eindverpakking voor, waardoor de elektriciteitsopbrengst rechtstreeks wordt verminderd.

3.2 Structurele opbrengstverliezen: latente storingen tijdens de verwerking

Sommige defecten blijven elektrisch goedaardig tijdens de vroege tests, maar worden later problematisch als gevolg van:

• Hoogtemperatuur epitaxiale groei

• Herhaalde thermische cyclus

• Mechanische spanning tijdens het dunner maken van wafers

Als gevolg hiervan kunnen apparaten de eerste tests doorstaan, maar mislukken tijdens latere processtappen, wat bijdraagt aan verborgen rendementverlies.

3.3 Randgerelateerde afname van de opbrengst

De afbeelding van het rendement toont vaak hogere storingspercentages in de buurt van de waferranden, waarbij:

• Defectdichtheid is vaak hoger

• De stressconcentratie wordt versterkt.

• Het is moeilijker om de procesuniformiteit te beheersen

Dit randgerelateerde opbrengstverlies wordt duidelijker naarmate de waferdiameter toeneemt.

4Defect Density versus Device Architecture

4.1 Hoogspanningsapparaten zijn gevoeliger voor defecten

Uit veld- en productiegegevens blijkt dat de gevoeligheid van het apparaat voor defectdichtheid toeneemt met de werkspanning.

• Grotere uitputtingstreken

• Sterkere elektrische velden

• Meer wisselwerking tussen defecten en actieve gebieden

Bijgevolg kunnen defectdichten die aanvaardbaar zijn voor laagspanningsapparaten, onacceptabel zijn voor hoogspanningsontwerpen.

4.2 De schaalbaarheid van de opbrengst is niet lineair

Het verminderen van de defectdichtheid resulteert niet altijd in een evenredige verbetering van de opbrengst.

• Boven een bepaalde defectdichtheid daalt de opbrengst snel.

• Onder deze drempel worden de opbrengstverbeteringen stapsgewijs

Deze niet-lineariteit verklaart waarom agressieve defectreductie essentieel is in de vroege ontwikkelingsstadia van SiC-substraat.

5. Vervaardigingsafspraken en praktische beperkingen

5.1 Optimalisatie van de opbrengst versus kostencontrole

Substraten met een lagere defectdichtheid omvatten over het algemeen:

• Langere groeicycli van de kristallen

• Laagere gebruik van de bol

• Hogere substraatkosten

Uit veldgegevens blijkt echter dat de besparingen op de substraatkosten vaak worden gecompenseerd door rendementverliezen stroomafwaarts, vooral in toepassingen met een hoge spanning of hoge betrouwbaarheid.

5.2 Procescompensatie heeft grenzen

Geavanceerde verwerking van apparaten kan sommige problemen met betrekking tot defecten verminderen door:

• Optimalisatie van veldplaten

• Ontwerp van de rand

• Screening en verpakking

Toch kan geen enkel proces de ongunstige defectverdeling op substraatniveau volledig compenseren.

6Implicaties voor de kwalificatie van het substraat

Op basis van de analyse van de opbrengst in meerdere productieomgevingen komen verschillende praktische conclusies tot uiting:

• De defectdichtheid dient te worden geëvalueerd naast de defectsoort en de ruimtelijke mapping

• De inspectiegegevens op waferniveau moeten de plaatsingsstrategie ondersteunen.

• Voor toepassingsspecifieke rendementsdoelstellingen zijn toepassingsspecifieke substraatcriteria vereist

Voor productie op grote schaal is substraatkwalificatie een rendementstrategie, geen formaliteit.

7Conclusies

De defectdichtheid in SiC-substraten heeft een directe invloed op het rendement van het apparaat door een combinatie van elektrische, mechanische en thermische mechanismen.het wordt ook niet volledig vastgelegd door een enkele numerieke waarde.

Een betrouwbare verbetering van de opbrengst is afhankelijk van het begrip:

• Welke gebreken zijn belangrijk?

• Waar ze zich bevinden

• Hoe ze samenwerken met specifieke apparaatarchitecturen

In SiC-vermogenselektronica wordt de opbrengst van het kristal geconstrueerd en de defectdichtheid is waar die engineering begint.