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Applied Materials / Siliziumkarbid

Umstieg auf 200-mm-SiC-Wafer beschleunigen

14. September 2021, 10:46 Uhr | Ralf Higgelke

Derzeit migrieren die meisten Hersteller von SiC-Leistungshalbleiter von 150-mm- auf 200-mm-Wafer, denn dadurch lassen sich doppelt so viele Halbleiterchips pro Wafer fertigen. Um diese Migration zu beschleunigen, hat Applied Materials zwei neue Wafer-Bearbeitungsmaschinen vorgestellt.

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Im Vergleich zu Silizium ist Siliziumkarbid von Natur aus härter und weist mehr natürliche Fehlstellen auf, was die elektrische Leistungsfähigkeit, den Wirkungsgrad, die Zuverlässigkeit und die Ausbeute beeinträchtigen kann. Um die Rohwafer für die Fertigung zu optimieren und Schaltkreise mit so wenigen Kristalldefekten wie möglich herzustellen, ist eine ausgereifte Werkstofftechnik erforderlich.

»Die Elektrifizierung der Mobilität ist ein Megatrend, und wir beschleunigen diese Wende, indem wir bei Wolfspeed den Übergang von Silizium zu Siliziumkarbid weltweit anführen«, unterstrich Gregg Lowe, President und CEO von Cree/Wolfspeed. »Leistungsstarke Siliziumkarbid-Bausteine auf größeren 200-mm-Wafern zu liefern, bedeutet für uns, den Nutzen für den Endkunden zu erhöhen und der wachsenden Nachfrage gerecht zu werden.«

»Applied Materials unterstützt uns dabei, die 200-mm-Prozesse in der Wafer-Fab in Albany und die Installationen mehrerer Geräte in unserer neuen Fab im Mohawk Valley zu beschleunigen«, so Lowe weiter.

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Neue Maschinen zur Waferbearbeitung

Die Oberflächengüte von SiC-Wafern beeinflusst maßgeblich die Ausbeute bei der Fertigung von SiC-Bausteinen, da Kristalldefekte auf der Oberfläche des Wafers durch die nachfolgenden Schichten wandern. Um homogene Wafer mit höchster Oberflächengüte zu produzieren, hat Applied das CMP-System Mirra Durum (Chemical Mechanical Planarization) entwickelt, das Polieren, Messen des Materialabtrags, Reinigen und Trocknen in einem einzigen System vereint. Das neue System verringert die Rauheit der fertigen Wafer laut Hersteller um den Faktor 50 im Vergleich zu mechanisch polierten SiC-Wafern und um den Faktor 3 im Vergleich zu CMP-Batch-Verarbeitungssystemen.

Bei der Fertigung von SiC-Chips werden durch Ionenimplantation Dotierstoffe in das Material eingebracht, um den Stromfluss in den Schaltkreisen zu ermöglichen und zu lenken. Der Dichte und Härte des Materials macht es extrem schwierig, die Dotierstoffe zu injizieren, genau zu platzieren und zu aktivieren und gleichzeitig das Kristallgitter so wenig wie möglich zu beschädigen. Andernfalls würden die Leistungsfähigkeit und der Wirkungsgrad der Bauteile sinken. Applied will diese Herausforderung mit seinem neuen Hot-Ion-Implantiersystem VIISta 900 3D für SiC-Wafer mit 150 mm und 200 mm Durchmesser gelöst haben. Diese Technologie injiziert Ionen so, dass die Gitterstruktur nur minimal beschädigt wird. Dadurch verringert sich der spezifische Widerstand um mehr als das 40-Fache im Vergleich zur Implantation bei Raumtemperatur.