SiC-substraatverwerking met één kristal

Siliciumcarbide (SiC) enkele kristallenworden voornamelijk geproduceerd met behulp van de sublimatiemethode. Nadat het kristal uit de smeltkroes is verwijderd, zijn verschillende ingewikkelde verwerkingsstappen nodig om bruikbare wafels te maken. De eerste stap is het bepalen van de kristaloriëntatie van de SiC-boule. Hierna ondergaat de boule een slijping van de buitendiameter om een ​​cilindrische vorm te verkrijgen. Voor n-type SiC-wafels, die vaak worden gebruikt in elektrische apparaten, worden zowel de boven- als de onderoppervlakken van het cilindrische kristal doorgaans machinaal bewerkt om een ​​vlak te creëren met een hoek van 4° ten opzichte van het {0001} vlak.

Vervolgens gaat de verwerking verder met gericht snijden van randen of inkepingen om de kristaloriëntatie van het wafeloppervlak te specificeren. Bij de productie van grote diameterSiC-wafelsis directioneel inkepingen een veelgebruikte techniek. Het cilindrische SiC-monokristal wordt vervolgens in dunne platen gesneden, voornamelijk met behulp van meerdraadssnijtechnieken. Bij dit proces worden schuurmiddelen tussen de snijdraad en het SiC-kristal geplaatst, terwijl er druk wordt uitgeoefend om de snijbeweging te vergemakkelijken.

Fig. 1 Overzicht van SiC-wafelverwerkingstechnologie

(a) Het verwijderen van SiC-ingots uit de smeltkroes; (b) Cilindrisch slijpen; (c) Gericht snijden van randen of kerven; (d) Meerdraadssnijden; (e) Slijpen en polijsten

Na het snijden wordt deSiC-wafelsvertonen vaak inconsistenties in dikte en onregelmatigheden in het oppervlak, waardoor verdere afvlakkingsbehandeling noodzakelijk is. Dit begint met slijpen om oneffenheden in het oppervlak op micronniveau te elimineren. Tijdens deze fase kan de schurende werking fijne krasjes en oneffenheden in het oppervlak veroorzaken. De daaropvolgende polijststap is dus cruciaal voor het verkrijgen van een spiegelachtige afwerking. In tegenstelling tot slijpen wordt bij polijsten gebruik gemaakt van fijnere schuurmiddelen en is nauwgezette zorg vereist om krassen of interne schade te voorkomen, waardoor een hoge mate van gladheid van het oppervlak wordt gegarandeerd.

Via deze proceduresSiC-wafelsevolueren van ruwe verwerking naar precisiebewerking, wat uiteindelijk resulteert in een vlak, spiegelachtig oppervlak dat geschikt is voor hoogwaardige apparaten. Het is echter essentieel om de scherpe randen aan te pakken die zich vaak rond de omtrek van gepolijste wafels vormen. Deze scherpe randen zijn gevoelig voor breuk bij contact met andere voorwerpen. Om deze kwetsbaarheid te verminderen is het slijpen van de randen van de wafelomtrek noodzakelijk. Er zijn industrienormen opgesteld om de betrouwbaarheid en veiligheid van wafers tijdens later gebruik te garanderen.

De uitzonderlijke hardheid van SiC maakt het een ideaal schuurmateriaal voor diverse bewerkingstoepassingen. Dit brengt echter ook uitdagingen met zich mee bij het verwerken van SiC-boules tot wafers, omdat het een tijdrovend en complex proces is dat voortdurend wordt geoptimaliseerd. Een veelbelovende innovatie om traditionele snijmethoden te verbeteren is de lasersnijtechnologie. Bij deze techniek wordt een laserstraal vanaf de bovenkant van het cilindrische SiC-kristal gericht, waarbij de focus wordt gelegd op de gewenste snijdiepte om een ​​gewijzigde zone binnen het kristal te creëren. Door het hele oppervlak te scannen, breidt deze gewijzigde zone zich geleidelijk uit tot een vlak, waardoor dunne platen kunnen worden gescheiden. Vergeleken met conventioneel meerdraads snijden, dat vaak gepaard gaat met aanzienlijk kerfverlies en onregelmatigheden in het oppervlak kan introduceren, vermindert laserslicing het kerfverlies en de verwerkingstijd aanzienlijk, waardoor het wordt gepositioneerd als een veelbelovende methode voor toekomstige ontwikkelingen.

Een andere innovatieve snijtechnologie is de toepassing van elektrisch ontladingssnijden, waarbij ontladingen ontstaan ​​tussen een metaaldraad en het SiC-kristal. Deze methode biedt voordelen bij het verminderen van kerfverlies terwijl de verwerkingsefficiëntie verder wordt verbeterd.

Een onderscheidende aanpakSiC-wafelde productie omvat het hechten van een dunne film van SiC-monokristal op een heterogeen substraat, waardoor fabricage plaatsvindtSiC-wafels. Dit bindings- en onthechtingsproces begint met de injectie van waterstofionen in het SiC-monokristal tot een vooraf bepaalde diepte. Het SiC-kristal, nu uitgerust met een ionengeïmplanteerde laag, wordt op een glad ondersteunend substraat, zoals polykristallijn SiC, gelaagd. Door druk en warmte uit te oefenen, wordt de SiC-monokristallaag overgebracht op het ondersteunende substraat, waardoor het loskomen wordt voltooid. De overgebrachte SiC-laag ondergaat een oppervlakteafvlakkingsbehandeling en kan worden hergebruikt in het hechtingsproces. Hoewel de kosten van het ondersteunende substraat lager zijn dan die van SiC-monokristallen, blijven er technische uitdagingen bestaan. Niettemin blijven onderzoek en ontwikkeling op dit gebied actief vooruitgang boeken, met als doel de totale productiekosten te verlagenSiC-wafels.

Kortom, de verwerking vanSiC-eenkristalsubstratenomvat meerdere fasen, van slijpen en snijden tot polijsten en randbehandeling. Innovaties zoals lasersnijden en elektrische ontladingsbewerkingen verbeteren de efficiëntie en verminderen materiaalverspilling, terwijl nieuwe methoden voor substraatbinding alternatieve wegen bieden naar kosteneffectieve wafelproductie. Terwijl de industrie blijft streven naar verbeterde technieken en standaarden, blijft het uiteindelijke doel de productie van hoge kwaliteitSiC-wafelsdie voldoen aan de eisen van geavanceerde elektronische apparaten.