SiC Single Crystal Substrate Processing

Siliciumcarbid (SiC) enkeltkrystallerfremstilles primært ved hjælp af sublimeringsmetoden. Efter at have fjernet krystallen fra diglen, kræves der flere indviklede behandlingstrin for at skabe brugbare wafers. Det første trin er at bestemme krystalorienteringen af ​​SiC boulen. Herefter gennemgår kuglen en slibning med ydre diameter for at opnå en cylindrisk form. For n-type SiC-wafere, som almindeligvis anvendes i kraftenheder, er både den øvre og nedre overflade af den cylindriske krystal typisk bearbejdet til at skabe et plan i en vinkel på 4° i forhold til {0001}-fladen.

Dernæst fortsætter behandlingen med retningsbestemt kant- eller notch-skæring for at specificere krystalorienteringen af ​​waferoverfladen. I produktionen af ​​stor diameterSiC wafers, retningsbestemt notching er en almindelig teknik. Den cylindriske SiC-enkeltkrystal skæres derefter i tynde plader, primært ved hjælp af multi-wire skæreteknikker. Denne proces involverer at placere slibemidler mellem skæretråden og SiC-krystallen, mens der påføres tryk for at lette skærebevægelsen.

Fig. 1  Oversigt over SiC-waferbehandlingsteknologi

(a) Fjernelse af SiC-barre fra diglen; (b) Cylindrisk slibning; (c) Retningsbestemt kant- eller hakskæring; (d) Multi-wire skæring; e) Slibning og polering

Efter udskæringSiC wafersviser ofte uoverensstemmelser i tykkelse og overfladeuregelmæssigheder, hvilket nødvendiggør yderligere udfladningsbehandling. Dette begynder med slibning for at eliminere overfladeujævnheder på mikronniveau. I denne fase kan den slibende virkning introducere fine ridser og overfladefejl. Det efterfølgende poleringstrin er således afgørende for at opnå en spejllignende finish. I modsætning til slibning bruger polering finere slibemidler og kræver omhyggelig pleje for at forhindre ridser eller indre skader, hvilket sikrer en høj grad af overfladeglathed.

Gennem disse procedurer,SiC wafersudvikle sig fra grov bearbejdning til præcisionsbearbejdning, hvilket i sidste ende resulterer i en flad, spejllignende overflade, der er velegnet til højtydende enheder. Det er dog vigtigt at tage fat på de skarpe kanter, der ofte dannes omkring omkredsen af ​​polerede wafers. Disse skarpe kanter er tilbøjelige til at knække ved kontakt med andre genstande. For at afbøde denne skrøbelighed er kantslibning af waferens omkreds nødvendig. Der er etableret industristandarder for at sikre pålideligheden og sikkerheden af ​​wafere under efterfølgende brug.

SiC's exceptionelle hårdhed gør det til et ideelt slibende materiale til forskellige bearbejdningsapplikationer. Dette giver dog også udfordringer med at forarbejde SiC boules til wafers, da det er en tidskrævende og kompleks proces, der løbende bliver optimeret. En lovende innovation til at forbedre traditionelle udskæringsmetoder er laserskæringsteknologi. I denne teknik rettes en laserstråle fra toppen af ​​den cylindriske SiC-krystal, der fokuserer på den ønskede skæredybde for at skabe en modificeret zone i krystallen. Ved at scanne hele overfladen udvider denne modificerede zone sig gradvist til et plan, hvilket giver mulighed for adskillelse af tynde ark. Sammenlignet med konventionel flertrådsskæring, som ofte pådrager sig betydelige snittab og kan introducere overfladeuregelmæssigheder, reducerer laserskæring snittabet og behandlingstiden betydeligt, hvilket placerer det som en lovende metode til fremtidige udviklinger.

En anden innovativ udskæringsteknologi er anvendelsen af ​​elektrisk udladningsskæring, som genererer udladninger mellem en metaltråd og SiC-krystallen. Denne metode kan prale af fordele ved at reducere kerf-tab, mens den yderligere forbedrer behandlingseffektiviteten.

En særegen tilgang tilSiC waferproduktion involverer at klæbe en tynd film af SiC-enkeltkrystal til et heterogent substrat og derved fremstilleSiC wafers. Denne bindings- og løsrivelsesproces begynder med injektionen af ​​hydrogenioner i SiC-enkeltkrystallen til en forudbestemt dybde. SiC-krystallen, der nu er udstyret med et ionimplanteret lag, lægges på et glat understøttende substrat, såsom polykrystallinsk SiC. Ved at påføre tryk og varme overføres SiC-enkeltkrystallaget til det understøttende substrat, hvilket fuldender frigørelsen. Det overførte SiC-lag gennemgår overfladeudfladningsbehandling og kan genbruges i limningsprocessen. Selvom prisen på det understøttende substrat er lavere end for SiC-enkeltkrystaller, er der stadig tekniske udfordringer. Ikke desto mindre fortsætter forskning og udvikling på dette område aktivt fremad med det formål at sænke de samlede produktionsomkostninger pr.SiC wafers.

Sammenfattende kan behandlingen afSiC enkeltkrystalsubstraterinvolverer flere trin, fra slibning og udskæring til polering og kantbehandling. Innovationer såsom laserskæring og elektrisk udladningsbearbejdning forbedrer effektiviteten og reducerer materialespild, mens nye metoder til substratbinding tilbyder alternative veje til omkostningseffektiv waferproduktion. Da industrien fortsætter med at stræbe efter forbedrede teknikker og standarder, forbliver det ultimative mål produktion af høj kvalitetSiC wafersder opfylder kravene til avancerede elektroniske enheder.