Page 11 - 第三代半導體—— 碳化矽材料製程與分析

是SiC當中唯一的立方晶體結構 (cubic crystal structure)，若為 非立方晶體結構之晶相，一般通 稱α-SiC。4H-SiC及6H-SiC則為 多型體已知的晶體中，唯二的六 角晶體結構(Hexagonal crystal structure)。界定成品含有之晶相 方能適時掌控材料基礎特性，一般 多利用XRD進行3C-SiC、4H-SiC及 6H-SiC三種SiC材料的粉末與晶圓 晶相分析，以確認晶圓結晶方向、 缺陷等。
粉末及晶圓，純度檢測分析技術 的開發與可靠性極為關鍵，ICP- MS、SIMS、GDMS等多為目前採 用方式。
影響後續SiC元件之長足發展與關
除了晶相外，SiC晶圓及SiC粉 末製程都有純度上的考量，部分成 品甚至純度須達99.9999% (6N)， 否則易有缺陷產生、成品多形體晶 相，甚至晶圓破裂，是以亟需定性 甚至定量的材料分析。依國外SiC 粉末的規格顯示，純度需在5N5 至6N以上才能確保成長後的晶圓 能維持低缺陷密度。目前SiC晶圓 依據摻雜型態及電阻率可分為半 絕緣級及N-type型態，其中製作 半絕緣單晶SiC晶圓需要極力降 低製造系統中可能產生的雜質濃 度，這些雜質可能來自石墨材料、 矽或二氧化矽原料、製程氣體等， 主要雜質元素以氮(N)、硼(B)等 淺能級(low excitation energy) 雜質為主，N主要來自空氣中的N 元素(N2)，經由石墨(包括石墨坩 堝和加熱腔體中石墨襯墊)與矽 或二氧化矽原料的吸附，以及製 程中所引入的空氣所導致;B則主 要來自於石墨材料與矽或二氧化 矽原料本身的雜質所致。因此，為 了製造出純度高、品質穩定的SiC
在合成或長晶過程因製程區 域微細變動，在內部形成異質結 構，這些粉末與晶圓材料可利用穿 透式電子顯微鏡(TEM)及聚焦離子 束(FIB)進行微觀分析，結合TEM巨 觀微米尺度切入奈米尺度的微區 顯微技術與FIB微觀定位功能，外 加EELS及EDS等能譜分析，可定 位分析SiC包含晶體結構、介面分 析(如SiOx/SiC)與缺陷分佈，解 析局部化學組成，藉以釐清製程 參數影響。
(因篇幅有限，完整圖文請參閱 EE Times Taiwan網站)
閎康後記
SiC功率元件以長晶技術最 為關鍵且難度最高，就產業界所 採用的製程來說，SiC長晶三大技 術壁壘分別為「長晶條件」、「生 長速度」、以及「缺陷密度」。其 所需的高溫條件對設備和製程控 制帶來了極高的要求。除產量有 限之外，SiC的組成存在多達200 種晶體結構類型，其中僅少數幾 種六方結構的單晶型SiC才是所 需的半導體材料。因此在SiC晶 體生長過程中，需要精確控制包 括矽碳比、製程溫度、生長速率， 及通入氣體流量與壓力等參數， 否則極容易產出缺陷的失敗晶 體結果。
劉全璞教授及實驗室團隊是 國內第三類半導體材料的知名研 究團隊，其在奈米材料相關研究 方面成果豐碩，近年來更致力於 協助業界加速研發成果的產業化 應用。閎康科技非常榮幸今年度 和劉教授攜手進行產學合作，提 供該團隊在超高純度SiC材料研 究所需之完整分析服務。閎康科 技擁有完備的檢測設備與專業 技術經驗，能全面滿足化合物半 導體在製程、封裝及失效分析方 面之各種分析檢測需求。
(本文由閎康科技提供)
結語
5G、電動車、高功率、雷達等 的新規格關鍵元件問世，SiC需求 呼之欲出。為了要得到高品質晶 圓，除了需高純度晶種作為成長導 引外，後續成長條件包括長晶爐內 所有精密參數控制，並搭配材料分 析監控晶圓缺陷密度、內部雜質、 晶相控制等，方能適時提供長晶上 相 對 應 之 修 正。而 在 S i C 合 成，為了 得到高純度SiC粉末，除碳源與矽 源的選用外，後續仍需注意製程 參數、環境等並搭配材料分析，藉 以了解粉末特性、內部雜質元素、 未反應殘留物控制等，以隨時監 控粉末品質。
對於SiC，未來發展逐漸推向 高壓與高頻應用，為應對龐大市 場需求，材料製造技術精進、設備 有效串接整合進入整體產業鏈，將
鍵產出。
SPOTLIGHT
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2022年7月 | www.eettaiwan.com