Производство, исследования и кремниевые пластины класса "dummy" могут иметь одинаковый диаметр, политип и номинальную толщину, но они не взаимозаменяемы.

Пластина класса "dummy" может подходить для калибровки оборудования, но ненадежна для эпитаксиального роста. Пластина класса "research" может хорошо работать для ранних материаловедческих экспериментов, но давать вводящие в заблуждение результаты в исследованиях выхода годных приборов. Пластина класса "production" обычно обеспечивает более строгий контроль дефектов, поверхности и геометрии, но может быть неоправданно дорогой для испытаний на механическую обработку.

Поэтому выбор правильного класса кремниевых пластин требует большего, чем просто сравнение цен.

Покупатели должны учитывать:

• Предполагаемый процесс
• Эпитаксиальное или неэпитаксиальное использование
• Допустимые кристаллические дефекты
• Обработка поверхности
• Геометрия пластины
• Электрическая однородность
• Требования к инспекции
• Стоимость неудачного производственного цикла

В данном руководстве объясняются практические различия между кремниевыми пластинами классов "production", "research" и "dummy" и приводится контрольный список для запроса коммерческого предложения (RFQ) для выбора правильного материала.

Класс кремниевых пластин не является универсальной спецификацией

Одно из самых важных правил покупки заключается в том, что названия классов не стандартизированы полностью между поставщиками.

Термины могут включать:

• Класс "prime"
• Класс "production"
• Класс "zero-MPD"
• Стандартный класс "production"
• Класс "research"
• Класс "test"
• Класс "dummy"
• Класс "mechanical"
• Класс "reclaimed"

Два поставщика могут предлагать пластину класса "research", но применять разные пределы для микротрубок, царапин на поверхности, коробления, деформации, однородности удельного сопротивления или полезной площади.

Некоторые поставщики используют буквенные классы, такие как A, B, C и D, в то время как другие классифицируют пластины по плотности дефектов или применению. Например, XKH предлагает кремниевые подложки, идентифицированные как классы "production", "research" и "dummy" для различных размеров пластин и типов проводимости. 

Поэтому к названию класса следует относиться как к отправной точке. Заказ на поставку должен содержать измеримые критерии приемки.

Класс отделен от политипа и проводимости

Класс пластины не определяет ее полную материальную структуру.

Например, все следующие продукты могут поставляться в различных классах:

• Проводящий SiC 4H-N
• Полуизолирующий SiC 4H высокой чистоты
• SiC 6H-N
• SiC p-типа
• SiC на оси
• SiC под углом 4° от оси
• SiC с полированной поверхностью Si или C

Покупатель должен указать класс вместе с:

• Политип
• Тип проводимости
• Легирующая примесь
• Удельное сопротивление
• Ориентация
• Угол отклонения от оси
• Поверхность пластины
• Обработка поверхности

Пластина 4H-N класса "production" для силового MOSFET принципиально отличается от подложки 4H-SiC полуизолирующего класса "production", предназначенной для эпитаксии GaN ВЧ.

Что такое кремниевая пластина класса "production"?

Класс "production", иногда называемый "prime", предназначен для процессов, где дефекты и вариации пластины напрямую влияют на выход годных приборов, надежность и стабильность производства.

Эти пластины обычно имеют самые строгие доступные контроли для:

• Кристаллические дефекты
• Электрические свойства
• Геометрия пластины
• Шероховатость поверхности
• Загрязнение поверхности
• Качество края
• Прослеживаемость партии
• Документация по инспекции

Типичные применения

Кремниевые пластины класса "production" обычно выбираются для:

• Производство SiC MOSFET
• Диоды Шоттки
• Диоды с барьером Шоттки
• Диоды PiN
• Высоковольтные силовые устройства
• ВЧ-эпитаксия GaN-на-SiC
• Квалификация для автомобильной промышленности
• Аэрокосмическая и высоконадежная электроника
• Производство коммерческих эпитаксиальных пластин
• Контроль процессов и исследования выхода годных приборов

Важные параметры класса "production"

Запрос коммерческого предложения (RFQ) для класса "production" может включать пределы для:

• Плотность микротрубок
• Плотность дислокаций базисной плоскости
• Плотность винтовых дислокаций
• Плотность краевых дислокаций
• Включения политипа
• Углеродные включения
• Царапины на поверхности
• Сколы края
• Общая вариация толщины
• Коробление и деформация
• Диапазон удельного сопротивления
• Однородность удельного сопротивления
• Шероховатость поверхности
• Полезная площадь
• Загрязнение частицами

Класс "production" автоматически не означает "нулевые дефекты". Если требуется нулевая плотность микротрубок или другой конкретный предел дефектов, это должно быть указано отдельно.

Почему контроль дефектов важен

Дефекты, возникающие в подложке, могут распространяться в эпитаксиальный слой или создавать новые поверхностные дефекты во время роста. Дислокации базисной плоскости, дефекты упаковки, ямки и другие протяженные дефекты могут влиять на утечку, стабильность прямого напряжения, поведение пробоя и долгосрочную надежность.

Обзор 2025 года в Journal of Applied Physics объясняет, как множественные дефекты эпитаксии SiC могут способствовать деградации и отказу приборов. 

Поэтому класс "production" обычно оправдан, когда стоимость эпитаксии, обработки приборов и бракованных кристаллов намного выше дополнительной стоимости подложки.

Что такое кремниевая пластина класса "research"?

Кремниевые пластины класса "research" обеспечивают баланс между качеством функционального материала и стоимостью покупки.

Они могут иметь правильный:

• Политип
• Диаметр
• Проводимость
• Ориентация
• Угол отклонения от оси
• Толщина
• Базовая полированная поверхность

Однако, как правило, они допускают больше кристаллических дефектов, поверхностных несовершенств или вариаций геометрии, чем материал класса "production".

Типичные применения

Пластины класса "research" могут быть подходящими для:

• Университетские исследования
• Разработка эпитаксии на ранних стадиях
• Характеризация материалов
• Исследования технологической осуществимости
• Осаждение тонких пленок
• Эксперименты по ионной имплантации
• Исследования окисления
• Разработка контактных металлов
• Исследования датчиков
• Испытания на резку и полировку
• Прототипы малоразмерных приборов
• Разрушающие испытания

Класс "research" не всегда означает "готовность к эпитаксии"

Некоторые пластины класса "research" поставляются с полированной поверхностью CMP, готовой к эпитаксии. Другие могут содержать следы полировки, царапины или подповерхностные повреждения, которые делают их непригодными для высококачественной эпитаксии.

Перед заказом подтвердите:

• Шероховатость поверхности Si-face
• Включена ли CMP
• Пределы царапин
• Контроль подповерхностных повреждений
• Метод очистки
• Уровень частиц
• Полезная площадь
• Предоставляется ли гарантия на эпитаксию

Дешевая пластина класса "research" с плохо подготовленной поверхностью может привести к ложным выводам во время разработки эпитаксии.

Когда класс "research" является лучшим выбором

Класс "research" часто является наиболее экономичным выбором, когда:

• Используется только небольшая центральная область
• Пластина будет разрезана на тестовые образцы
• Эксперимент не требует выхода годных приборов производственного уровня
• Допустимы некоторые поверхностные или кристаллические дефекты
• Сам процесс еще находится в стадии разработки
• Пластина будет разрушена во время испытаний
• Электрическая однородность по всей пластине не требуется

Для сравнительных экспериментов все пластины в идеале должны быть из одного класса и партии. Смешивание разных классов может затруднить определение того, связаны ли изменения производительности с экспериментальным процессом или подложкой.

Что такое кремниевая пластина класса "dummy"?

Кремниевые пластины класса "dummy" в основном предназначены для механических испытаний, испытаний оборудования или не связанных с приборами процессов.

Они могут иметь правильный номинальный диаметр и толщину, но с ослабленными требованиями к:

• Кристаллические дефекты
• Удельное сопротивление
• Однородность политипа
• Царапины на поверхности
• Сколы края
• Коробление и деформация
• Шероховатость поверхности
• Электрическая однородность
• Полезная площадь

Типичные применения

Пластины класса "dummy" обычно используются для:

• Установка оборудования
• Калибровка роботов и конечных исполнительных механизмов
• Тестирование кассет для пластин
• Квалификация загрузочных портов
• Профилирование температуры печи
• Разработка процессов очистки
• Испытания покрытий
• Настройка станков для резки
• Испытания лазерной обработки
• Испытания на шлифовку и полировку
• Оценка упаковки
• Обучение операторов
• Моделирование обработки пластин

Для чего не следует использовать класс "dummy"

Если поставщик не предоставляет дополнительных гарантий, класс "dummy" обычно не следует использовать для:

• Производственный эпитаксиальный рост
• Оценка выхода годных приборов
• Испытания на электрическую надежность
• Квалификация критических ВЧ-устройств
• Исследования интерфейса МОП
• Сравнение производительности коммерческих устройств
• Высокоценное многостадийное производство

Пластина "dummy" может выдержать процесс обработки, но все же содержать дефекты, которые делают осмысленную электрическую оценку невозможной.

Сравнение классов "production", "research" и "dummy"

Точные пределы должны быть подтверждены с поставщиком, поскольку терминология классов может различаться.

Дефекты, которые покупатели должны сравнивать между классами

Микротрубки

Микротрубки - это дефекты с полым ядром, которые могут серьезно повлиять на высоковольтные устройства. Современные пластины класса "production" могут иметь очень низкую или нулевую заявленную плотность микротрубок.

Классы "research" и "dummy" могут допускать более высокую плотность.

Спросите о:

• Максимальная плотность микротрубок
• Метод инспекции
• Область исключения края
• Карта дефектов по всей пластине

Дислокации базисной плоскости

BPD могут распространяться в эпитаксиальный слой или способствовать образованию дефектов упаковки в биполярных устройствах.

Протяженные дефекты в эпитаксиальных слоях SiC связаны со снижением выхода годных приборов и надежности, что делает пределы BPD важными для дорогостоящих пластин класса "production". Исследование дефектов SiC, влияющих на выход годных приборов

Винтовые дислокации

TSD могут быть связаны с поверхностными ямками, путями утечки и локальными отказами приборов. Материал класса "production" обычно требует измеримой максимальной плотности.

Включения политипа

Пластина 4H-SiC должна сохранять требуемый политип 4H по всей полезной площади. Локальные включения 3C или 6H могут влиять на эпитаксию и производительность приборов.

Углеродные включения

Богатые углеродом включения, возникающие во время роста кристалла, могут образовывать поверхностные дефекты после резки и полировки или влиять на образование эпитаксиальных дефектов.

Царапины и подповерхностные повреждения

Поверхность может выглядеть зеркально отполированной, но при этом содержать полировочные повреждения под поверхностью. Эти дефекты могут стать видимыми после травления водородом или эпитаксиального роста.

Для эпитаксии спросите, является ли пластина:

• Механически отполированной
• Химически механически отполированной
• Готовой к эпитаксии
• Очищенной в чистой комнате
• Проверенной на наличие частиц

Геометрия пластины

TTV, коробление и деформация влияют на:

• Контакт с планшайбой
• Обработку роботом
• Однородность температуры эпитаксии
• Фокусировку литографии
• Однородность толщины пленки
• Риск поломки пластины

Даже пластина класса "dummy" требует адекватной геометрии, если она будет использоваться для квалификации автоматизированного оборудования.

Класс "dummy" не то же самое, что класс "reclaimed"

Пластина класса "dummy" может быть изготовлена как новый материал, но классифицирована с ослабленными пределами дефектов.

Восстановленная пластина уже использовалась, а затем снова обрабатывалась, включая:

• Удаление пленки
• Шлифовку
• Полировку
• Очистку
• Повторную инспекцию

Восстановленные пластины могут иметь уменьшенную толщину, измененную историю поверхности или неизвестные риски загрязнения.

При покупке недорогих пластин спросите, является ли материал:

• Новый класс "dummy"
• Восстановленный материал
• Переработанная технологическая пластина
• Отбракованный производственный материал
• Материал класса "mechanical"

Эти категории не следует считать эквивалентными.

Какой класс следует выбирать покупателям?

Коммерческие силовые устройства SiC

Рекомендуемая отправная точка:

Кремниевая пластина 4H-N класса "production"

Указать:

• Направление 4° от оси и допуск
• Диапазон удельного сопротивления
• Пределы MPD, BPD, TSD и TED
• CMP, готовая к эпитаксии, Si-face
• TTV, коробление и деформация
• Полная документация по инспекции

ВЧ-эпитаксия GaN-на-SiC

Рекомендуемая отправная точка:

Полуизолирующий кремний SiC 4H высокой чистоты класса "production"

Указать:

• Минимальное удельное сопротивление
• На оси или требуемый угол отклонения
• Ориентация поверхности и полярность
• Плотность дефектов
• Шероховатость поверхности
• Состояние обратной стороны
• Однородность удельного сопротивления по всей пластине

Разработка эпитаксиальных процессов на ранних стадиях

Рекомендуемая отправная точка:

Класс "research" с гарантированной поверхностью, готовой к эпитаксии

Используйте эталонные пластины класса "production" вместе с материалом класса "research", когда требуется надежный эталон.

Лабораторные эксперименты на малых площадях

Рекомендуемая отправная точка:

Пластина класса "research" или нарезанные на купоны образцы SiC

Убедитесь, что дефекты в тестовой области не сделают эксперимент недействительным.

Калибровка оборудования и роботов

Рекомендуемая отправная точка:

Класс "dummy"

Приоритет:

• Правильный диаметр
• Правильная толщина
• Допустимое коробление и деформация
• Качество края
• Механическая прочность

Электрические характеристики и характеристики кристаллических дефектов могут быть излишними.

Испытания на резку, шлифовку или лазерную обработку

Рекомендуемая отправная точка:

Класс "dummy" или "research"

Выбирайте класс "dummy" для настройки станка и класс "research", если эксперимент должен отражать реалистичное поведение монокристалла или качество поверхности.

Почему самый дешевый класс может стать самым дорогим

Более низкая цена пластины не всегда снижает общую стоимость проекта.

Потенциальные скрытые расходы включают:

• Неудачные эпитаксиальные циклы
• Непригодные данные осаждения
• Время работы реактора
• Инженерный труд
• Неправильные выводы о процессе
• Потеря выхода годных приборов
• Повторная квалификация
• Сломанные пластины
• Загрязнение оборудования
• Задержка утверждения заказчиком

Если пластина класса "dummy" приведет к потере дорогостоящего эпитаксиального цикла, экономия на подложке станет незначительной.

Покупатели должны сравнивать общую стоимость эксперимента или производства, а не только цену за пластину.

Контрольный список RFQ для кремниевых пластин SiC

Пример RFQ: Кремниевая пластина класса "production"

Применение: Производство SiC MOSFET
Класс: Класс "production"
Материал: SiC 4H-N
Диаметр: 150 мм
Ориентация:
Поверхность: Si-face, готовая к эпитаксии, CMP
Удельное сопротивление: Определенный диапазон производства
Дефекты: Требуются пределы MPD, BPD, TSD и TED
Геометрия: Требуются пределы TTV, коробления и деформации
Инспекция: Полный отчет по дефектам и геометрии пластины
Количество: Квалификационная партия с последующим ежемесячным производством

Пример RFQ: Кремниевая пластина класса "research"

Применение: Разработка эпитаксиального процесса CVD
Класс: Класс "research"
Материал: SiC 4H-N
Диаметр: 100 мм
Поверхность: Si-face, готовая к эпитаксии, CMP
Допустимые дефекты: Ослабленные пределы кристаллических дефектов
Критическое требование: Отсутствие глубоких царапин в центральной тестовой области
Инспекция: Базовый отчет по поверхности и геометрии
Количество: 10 штук

Пример RFQ: Кремниевая пластина класса "dummy"

Применение: Калибровка робота для обработки пластин
Класс: Новый класс "dummy"
Диаметр: 150 мм
Толщина: Соответствует производственным пластинам
Критические требования: Диаметр, толщина, коробление, деформация и профиль края
Поверхность: Стандартная полировка достаточна
Электрические свойства: Не требуется
Количество: 25 штук

Часто задаваемые вопросы

Можно ли использовать кремниевые пластины класса "research" для эпитаксии?

Да, при условии, что пластина имеет поверхность, готовую к эпитаксии, и ее уровни дефектов приемлемы для эксперимента. Не следует ожидать выхода годных приборов производственного уровня.

Можно ли использовать пластины класса "dummy" для изготовления приборов?

Пластины "dummy" обычно предназначены для обработки, испытаний оборудования или разрушающих испытаний. Изготовление приборов не рекомендуется, если поставщик не предоставляет соответствующие электрические, кристаллические и поверхностные гарантии.