SiC Single Crystal Substrate Processing

Silisiumkarbid (SiC) enkeltkrystallerproduseres primært ved bruk av sublimeringsmetoden. Etter å ha fjernet krystallen fra digelen, kreves det flere intrikate behandlingstrinn for å lage brukbare wafere. Det første trinnet er å bestemme krystallorienteringen til SiC-bollen. Etter dette gjennomgår boulen ytre diametersliping for å oppnå en sylindrisk form. For n-type SiC-skiver, som vanligvis brukes i kraftenheter, er både den øvre og nedre overflaten av den sylindriske krystallen typisk maskinert for å lage et plan i en vinkel på 4° i forhold til {0001}-flaten.

Deretter fortsetter behandlingen med retningsbestemt kant- eller hakkskjæring for å spesifisere krystallorienteringen til waferoverflaten. I produksjon av stor diameterSiC-skiver, retningsbestemt hakk er en vanlig teknikk. Den sylindriske SiC-enkrystallen skjæres deretter i tynne ark, hovedsakelig ved bruk av flertrådsskjæreteknikker. Denne prosessen innebærer å plassere slipemidler mellom skjæretråden og SiC-krystallen mens det påføres trykk for å lette skjærebevegelsen.

Fig. 1  Oversikt over SiC-waferbehandlingsteknologi

(a) Fjerning av SiC-barre fra digel; (b) Sylindrisk sliping; (c) Retningsbestemt kant- eller hakkskjæring; (d) Flertrådsskjæring; (e) Sliping og polering

Etter skjæringSiC-skiverviser ofte inkonsistens i tykkelse og overflateuregelmessigheter, noe som nødvendiggjør ytterligere utflatingsbehandling. Dette begynner med sliping for å eliminere overflateujevnheter på mikronnivå. I løpet av denne fasen kan den slipende virkningen introdusere fine riper og overflatefeil. Derfor er det påfølgende poleringstrinnet avgjørende for å oppnå en speillignende finish. I motsetning til sliping, bruker polering finere slipemidler og krever omhyggelig pleie for å forhindre riper eller indre skader, noe som sikrer en høy grad av overflateglatthet.

Gjennom disse prosedyrene,SiC-skiverutvikle seg fra grov prosessering til presisjonsbearbeiding, noe som til slutt resulterer i en flat, speillignende overflate som er egnet for enheter med høy ytelse. Det er imidlertid viktig å ta tak i de skarpe kantene som ofte dannes rundt omkretsen av polerte wafere. Disse skarpe kantene er utsatt for brudd ved kontakt med andre gjenstander. For å dempe denne skjørheten er kantsliping av waferperimeteren nødvendig. Det er etablert industristandarder for å sikre påliteligheten og sikkerheten til wafere under etterfølgende bruk.

SiCs eksepsjonelle hardhet gjør det til et ideelt slipemateriale i ulike maskineringsapplikasjoner. Dette byr imidlertid også på utfordringer med å bearbeide SiC-boller til wafere, da det er en tidkrevende og kompleks prosess som kontinuerlig optimaliseres. En lovende innovasjon for å forbedre tradisjonelle skjæremetoder er laserskjæringsteknologi. I denne teknikken rettes en laserstråle fra toppen av den sylindriske SiC-krystallen, og fokuserer på ønsket skjæredybde for å skape en modifisert sone i krystallen. Ved å skanne hele overflaten utvides denne modifiserte sonen gradvis til et plan, noe som muliggjør separering av tynne ark. Sammenlignet med konvensjonell flertrådsskjæring, som ofte pådrar seg betydelige snitttap og kan introdusere overflateuregelmessigheter, reduserer laserskjæring snitttapet og prosesseringstiden betydelig, og posisjonerer den som en lovende metode for fremtidig utvikling.

En annen innovativ skjæringsteknologi er bruken av elektrisk utladningsskjæring, som genererer utladninger mellom en metalltråd og SiC-krystallen. Denne metoden har fordeler ved å redusere snitttapet samtidig som den forbedrer prosesseringseffektiviteten ytterligere.

En særegen tilnærming tilSiC waferproduksjon innebærer å feste en tynn film av SiC-enkeltkrystall til et heterogent substrat, og dermed fremstilleSiC-skiver. Denne bindings- og løsgjøringsprosessen begynner med injeksjon av hydrogenioner i SiC-enkeltkrystallen til en forhåndsbestemt dybde. SiC-krystallen, nå utstyrt med et ioneimplantert lag, legges på et jevnt bærende substrat, for eksempel polykrystallinsk SiC. Ved å påføre trykk og varme overføres SiC enkeltkrystalllaget til det støttende underlaget, og fullfører løsgjøringen. Det overførte SiC-laget gjennomgår overflateutflatningsbehandling og kan gjenbrukes i bindingsprosessen. Selv om kostnadene for støttesubstratet er lavere enn for SiC-enkeltkrystaller, gjenstår tekniske utfordringer. Ikke desto mindre fortsetter forskning og utvikling på dette området å gå aktivt videre, med sikte på å senke de totale produksjonskostnadene forSiC-skiver.

Oppsummert kan behandlingen avSiC enkeltkrystallsubstraterinvolverer flere stadier, fra sliping og skjæring til polering og kantbehandling. Innovasjoner som laserskjæring og maskinering av elektrisk utladning forbedrer effektiviteten og reduserer materialavfall, mens nye metoder for substratbinding tilbyr alternative veier til kostnadseffektiv waferproduksjon. Ettersom industrien fortsetter å strebe etter forbedrede teknikker og standarder, er det endelige målet fortsatt produksjon av høy kvalitetSiC-skiversom oppfyller kravene til avanserte elektroniske enheter.