SiCウェーハ基板
EVトラクションインバータ、5G基地局、産業用電源向けワイドバンドギャップSiC基板。4H-SiCおよび6H-SiC多形、N型ドープおよび半絶縁グレード、150mm–200mm径。
概要
炭化ケイ素（SiC）は、次世代パワーエレクトロニクス、RFデバイス、高温アプリケーション向けの主要なワイドバンドギャップ半導体基板として登場しました。3.26eV（4H-SiC）のバンドギャップ（シリコンの約3倍）と2.8 MV/cmの臨界電界により、より高い電圧をブロックし、より高速にスイッチングし、200°Cを超える温度で動作するデバイスを実現します。業界はEVパワーモジュール生産のスケールメリットを追求するため、200mm（8インチ）SiC基板へ急速に移行しています。GINECHIPは150mmおよび200mm 4H-SiC・6H-SiC基板をN型ドープおよび半絶縁グレードで供給し、研究開発から大量自動車生産までをサポートします。
GINECHIPでは、主要なPVT（物理気相輸送）結晶成長メーカーから4H-SiCおよび6H-SiC基板を調達しています。200mm（8インチ）SiCウェーハはCMP仕上げでエピレディ表面品質（Ra < 0.2nm）を実現し、MOSFETおよびショットキーダイオード製造のためのSiCドリフト層エピタキシャル成長に直接使用できます。垂直パワーデバイス向けN型（窒素ドープ、0.015–0.030 Ω·cm）およびGaN-on-SiC RF HEMTアプリケーション向け半絶縁型（バナジウムドープ、> 1×10⁶ Ω·cm）の両方を提供。XRDロッキングカーブ、マイクロパイプ密度マップ、AFM表面粗さ測定を含む包括的な計測データ付きで出荷。
材料特性 — SiC対シリコン
| Property | 4H-SiC | 6H-SiC | Silicon (Si) |
|---|---|---|---|
| Bandgap (eV) | 3.26 | 3.02 | 1.12 |
| Critical Field (MV/cm) | 2.8 | 2.5 | 0.3 |
| Electron Mobility (cm²/V·s) ⊥ c | 1,000 | 400 | 1,400 |
| Hole Mobility (cm²/V·s) | 115 | 90 | 450 |
| Thermal Conductivity (W/cm·K) | 4.9 | 4.9 | 1.5 |
| Saturated Drift Velocity (×10⁷ cm/s) | 2.0 | 2.0 | 1.0 |
| Melting Point (°C) | 2,730 (sublimes) | 2,730 (sublimes) | 1,415 |
| Baliga FOM (normalized to Si) | 340 | 200 | 1 |
4H-SiCは6H-SiCよりも高い電子移動度と広いバンドギャップにより、パワーデバイスの主要多形です。6H-SiCは一部の光電子および特殊RFアプリケーションに使用されます。Baliga FOM = ε·μ·Ec³、シリコン基準で正規化。
結晶成長と基板加工
シリコンとは異なり、SiCは大気圧で溶融せずに昇華するため、従来の溶融法では成長できません。業界は物理気相輸送（PVT）（種結晶昇華法とも呼ばれる）に依存し、アルゴン雰囲気中2,200°C以上で行われます。GINECHIPは各重要プロセスステップを習得した結晶成長メーカーと提携しています：
PVTバルク結晶成長
高純度SiC原料粉末を2,200–2,500°Cの黒鉛坩堝で昇華させ、種結晶上に再凝縮。4H-SiC多形安定化には温度勾配、圧力、種結晶方位（4°オフアクシス）の精密制御が必要。200mmブール成長には卓越した熱場均一性が要求されます。
ウェーハ化と表面準備
ブールをダイヤモンドワイヤソーでウェーハに切断し、ラッピング、研削、ダイヤモンドスラリー研磨の一連の工程を経て加工。最終CMP（化学機械研磨）工程により、原子的に平滑でダメージフリーな表面（Ra < 0.2nm）を実現。エッジプロファイリングとレーザーマーキングはSEMI規格に準拠。
ホモエピタキシャル層成長
GINECHIPはベア基板を供給し、パートナーが当社基板上にN型4H-SiCドリフト層のCVDホモエピタキシャル成長（通常5–15μm厚、ドーピング1×10¹⁵–1×10¹⁶ cm⁻³）を提供。エピレディ表面品質により最小限のバッファ層欠陥と一貫した閾値電圧制御を実現。
技術仕様
| パラメータ | 仕様 |
|---|---|
| Diameter | 150mm (6″), 200mm (8″) |
| Polytype | 4H-SiC, 6H-SiC |
| Dopant / Type | N-type (Nitrogen), Semi-insulating (Vanadium), V-doped SI |
| Resistivity | N-type: 0.015–0.030 Ω·cm; SI: > 1×10⁶ Ω·cm |
| Orientation | 4° off-axis toward 〈11-20〉 (4H-SiC standard) |
| Thickness | 350μm, 500μm (standard); custom thicknesses available |
| Grade | Prime (production), Test (monitor), Research-grade |
| Polish | CMP-finished, epi-ready surface; Ra < 0.2nm |
| Micropipe Density | ≤ 0.5/cm² (production); ≤ 0.1/cm² (automotive-grade) |
| BPD Density | ≤ 500/cm² (post-epi conversion to TED) |
| TTV / Bow / Warp | TTV < 5μm, Bow < 25μm, Warp < 35μm |
| Surface Defects | Scratch-free, pit-free; particle < 20 adds @ 0.2μm |
品質仕様と検査方法
| パラメータ | 仕様 | 検査方法 |
|---|---|---|
| マイクロパイプ密度 | ≤ 0.5/cm² (≤ 0.1/cm² automotive) | KLA Candela / Laser scanning |
| BPD密度 / TED変換 | ≤ 500/cm² → TED conversion | KOH etch-pit + Nomarski microscopy |
| 抵抗率均一性 | 15–30 mΩ·cm (N-type); > 1E6 Ω·cm (SI) | Eddy current / 4-point probe |
| 表面粗さ (Ra) | Ra < 0.2nm (epi-ready) | AFM (10μm × 10μm scan) |
| 全厚さ変動 (TTV) | < 5μm | Capacitance gauge scanning |
| ボウ / ワープ | Bow < 25μm, Warp < 35μm | Optical profilometry / Tencor FLX |
| 結晶品質 (XRD FWHM) | FWHM < 50 arcsec (0004 reflection) | High-resolution XRD rocking curve |
| パーティクルカウント | ≤ 20 adds @ 0.2μm | KLA-Tencor Surfscan / SiC-specific SPx |
すべての測定はISOクラス5（クラス100）クリーンルーム環境で実施。各ロット出荷時に完全な計測レポートを添付。車載グレード仕様はAEC-Q101に基づく追加スクリーニングが必要。
応用分野
800V SiC MOSFET-based traction inverters deliver 5–10% range extension vs. silicon IGBTs. Automotive-grade 200mm 4H-SiC substrates with micropipe density < 0.1/cm² for AEC-Q101 qualified devices.
SiC MOSFET and SBD modules in 30kW–350kW DC fast-charging stacks achieve > 97% efficiency. High-voltage blocking to 3.3kV on 4H-SiC for next-generation ultra-fast chargers.
SiC-based variable frequency drives reduce motor drive footprint by 40–60% while improving efficiency by 2–5%. Integrated SiC power modules on 200mm substrates for cost-effective scaling.
SiC MOSFETs in PV string inverters (5–50kW) and energy storage bidirectional converters. 4H-SiC substrates with proven reliability for 25-year field lifetimes in solar installations.
Semi-insulating 4H-SiC substrates for GaN-on-SiC HEMT RF power amplifiers. Thermal conductivity of 4.9 W/cm·K enables high-power-density 5G base station PAs and radar systems.
4H-SiC wide bandgap (3.26 eV) enables device operation at junction temperatures exceeding 200°C. Downhole drilling, aerospace engine sensors, and nuclear instrumentation.
200mm移行 — 8インチSiCの重要性
SiC業界はシリコンのスケーリング戦略を再現しています：150mmから200mm（8インチ）基板への移行により、主流EV採用に必要なコスト削減を実現。150mmから200mmへの移行でウェーハあたりのダイ数が約1.8倍に増加し、デバイスあたりのコスト低減に直結。Wolfspeed、STMicroelectronics、ON Semiconductor、Infineonなどの主要SiCデバイスメーカーが200mm SiC生産能力を発表し、2024–2026年にかけて量産が拡大。GINECHIPの200mm SiC基板サプライチェーンは、プロセス開発向け研究開発数量と量産向け生産数量の両方を提供します。
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