SICOI（シリコンカーバイドオンインシュレーター）ウェーハ SiCフィルムオンシリコン
詳細図
シリコンカーバイドオンインシュレータ（SICOI）ウェーハの導入
シリコンカーバイドオンインシュレーター（SICOI）ウェーハは、シリコンカーバイド（SiC）の優れた物理的・電子的特性と、二酸化ケイ素（SiO₂）や窒化ケイ素（Si₃N₄）などの絶縁バッファ層の優れた電気絶縁特性を融合した次世代半導体基板です。典型的なSICOIウェーハは、薄いエピタキシャルSiC層、中間絶縁膜、そしてシリコンまたはSiCのいずれかからなる支持基板で構成されています。
このハイブリッド構造は、高電力、高周波、高温の電子デバイスの厳しい要求を満たすように設計されています。絶縁層を組み込むことで、SICOIウェーハは寄生容量を最小限に抑え、リーク電流を抑制することで、より高い動作周波数、優れた効率、そして優れた熱管理を実現します。これらの利点により、電気自動車、5G通信インフラ、航空宇宙システム、高度なRFエレクトロニクス、MEMSセンサー技術などの分野で非常に価値のあるものとなっています。
SICOIウェーハの製造原理
SICOI（シリコンカーバイドオンインシュレーター）ウエハーは、高度なウェーハ接合および薄化プロセス:
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SiC基板の成長– ドナー材料として高品質の単結晶SiCウェハ（4H/6H）を準備します。
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絶縁層の堆積– キャリアウェーハ（SiまたはSiC）上に絶縁膜（SiO₂またはSi₃N₄）を形成します。
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ウェーハボンディング– SiC ウェーハとキャリア ウェーハは、高温またはプラズマの助けを借りて接合されます。
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薄化と研磨– SiC ドナー ウェーハを数マイクロメートルまで薄くし、研磨して原子レベルで滑らかな表面を実現します。
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最終検査– 完成した SICOI ウェーハは、厚さの均一性、表面粗さ、絶縁性能がテストされます。
このプロセスを通じて、薄い活性SiC層優れた電気的特性と熱的特性を持つシリコンを絶縁膜と支持基板と組み合わせることで、次世代の電力・RFデバイス向けの高性能プラットフォームを実現します。
SICOIウェーハの主な利点
| 特集カテゴリー | 技術的特徴 | コアベネフィット |
|---|---|---|
| 材料構造 | 4H/6H-SiC活性層 + 絶縁膜 (SiO₂/Si₃N₄) + SiまたはSiCキャリア | 強力な電気的絶縁を実現し、寄生干渉を低減 |
| 電気的特性 | 高い破壊強度（>3 MV/cm）、低い誘電損失 | 高電圧・高周波動作に最適化 |
| 熱特性 | 熱伝導率は最大4.9 W/cm·K、500°C以上でも安定 | 効果的な放熱、厳しい熱負荷下でも優れた性能 |
| 機械的特性 | 極めて高い硬度（モース硬度9.5）、低い熱膨張係数 | ストレスに強く、デバイスの寿命を延ばします |
| 表面品質 | 超滑らかな表面（Ra <0.2 nm） | 欠陥のないエピタキシーと信頼性の高いデバイス製造を促進 |
| 絶縁 | 抵抗率 >10¹⁴ Ω·cm、低リーク電流 | RFおよび高電圧絶縁アプリケーションにおける信頼性の高い動作 |
| サイズとカスタマイズ | 4、6、8インチのフォーマットで利用可能。SiCの厚さは1～100μm、絶縁体は0.1～10μm。 | さまざまなアプリケーション要件に対応する柔軟な設計 |
コアアプリケーション領域
| アプリケーション分野 | 典型的な使用例 | パフォーマンス上の利点 |
|---|---|---|
| パワーエレクトロニクス | EVインバータ、充電ステーション、産業用電源装置 | 高いブレークダウン電圧、スイッチング損失の低減 |
| 無線周波数と5G | 基地局用電力増幅器、ミリ波部品 | 低寄生成分、GHz範囲の動作をサポート |
| MEMSセンサー | 過酷環境用圧力センサー、ナビゲーショングレードMEMS | 高い熱安定性、放射線耐性 |
| 航空宇宙および防衛 | 衛星通信、航空電子機器用電源モジュール | 極端な温度や放射線への曝露に対する信頼性 |
| スマートグリッド | HVDCコンバータ、ソリッドステート回路遮断器 | 高い断熱性により電力損失を最小限に抑えます |
| オプトエレクトロニクス | UV LED、レーザー基板 | 高い結晶品質が効率的な発光をサポート |
4H-SiCOIの製造
4H-SiCOIウェハーの製造は、ウェーハ接合および薄化プロセス高品質の絶縁インターフェースと欠陥のない SiC アクティブ層を実現します。
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a: 4H-SiCOI 材料プラットフォーム製造の概略図。
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b: ボンディングと薄化を使用した 4 インチ 4H-SiCOI ウェーハの画像。欠陥領域がマークされています。
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c: 4H-SiCOI 基板の厚さ均一性の特性評価。
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d: 4H-SiCOI ダイの光学画像。
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e: SiC マイクロディスク共振器を製造するプロセスフロー。
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f完成したマイクロディスク共振器のSEM。
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g: 共振器の側壁を示す拡大 SEM。AFM の挿入図はナノスケールの表面の滑らかさを示しています。
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h: 放物線状の上面を示す断面SEM。
SICOIウェーハに関するFAQ
Q1: SICOI ウェーハは従来の SiC ウェーハに比べてどのような利点がありますか?
A1: 標準的な SiC 基板とは異なり、SICOI ウェーハには寄生容量とリーク電流を低減する絶縁層が含まれており、効率の向上、周波数応答の改善、熱性能の強化につながります。
Q2: 通常、どのようなウエハーサイズが利用可能ですか?
A2: SICOI ウェーハは通常 4 インチ、6 インチ、8 インチの形式で製造され、デバイスの要件に応じてカスタマイズされた SiC および絶縁層の厚さが利用可能です。
Q3: SICOI ウェーハから最も恩恵を受ける業界はどれですか?
A3: 主要産業としては、電気自動車向けパワーエレクトロニクス、5Gネットワーク向けRFエレクトロニクス、航空宇宙センサー向けMEMS、UV LEDなどのオプトエレクトロニクスなどが挙げられます。
Q4: 絶縁層はデバイスのパフォーマンスをどのように向上させるのでしょうか?
A4: 絶縁膜（SiO₂またはSi₃N₄）は電流漏れを防ぎ、電気的なクロストークを低減し、より高い電圧耐性、より効率的なスイッチング、および熱損失の低減を実現します。
Q5: SICOI ウェーハは高温用途に適していますか?
A5: はい、高い熱伝導性と 500°C を超える耐性を備えた SICOI ウェーハは、極度の高温や過酷な環境でも確実に機能するように設計されています。
Q6: SICOI ウェハーはカスタマイズできますか?
A6: もちろんです。メーカーは、多様な研究および産業ニーズを満たすために、特定の厚さ、ドーピングレベル、基板の組み合わせに合わせたカスタマイズされた設計を提供しています。
