Polovodičová výkonová zařízení zaujímají klíčovou pozici ve výkonových elektronických systémech, zejména v souvislosti s rychlým rozvojem technologií, jako je umělá inteligence, 5G komunikace a nová energetická vozidla, požadavky na jejich výkon byly zlepšeny.
Karbid křemíku(4H-SiC) se stal ideálním materiálem pro výrobu vysoce výkonných polovodičových výkonových zařízení díky svým výhodám, jako je široká bandgap, vysoká tepelná vodivost, vysoká intenzita průrazného pole, vysoká rychlost driftu nasycení, chemická stabilita a odolnost vůči záření. Nicméně 4H-SiC má vysokou tvrdost, vysokou křehkost, silnou chemickou inertnost a vysokou obtížnost zpracování. Kvalita povrchu substrátového plátku je zásadní pro aplikace ve velkém měřítku.
Klíčem k dosažení účinného, nízkoztrátového a vysoce kvalitního zpracování substrátu 4H-SiC je proto zlepšení kvality povrchu substrátových plátků 4H-SiC, zejména odstranění poškozené vrstvy na povrchu zpracování plátků.
Experimentovat
Experiment využívá 4palcový ingot typu N 4H-SiC pěstovaný metodou fyzikálního transportu par, který je zpracováván řezáním drátem, broušením, hrubým broušením, jemným broušením a leštěním a zaznamenává tloušťku úběru povrchu C a povrchu Si a konečnou tloušťku plátku v každém procesu.
Obrázek 1 Schematický diagram krystalové struktury 4H-SiC
Obrázek 2 Tloušťka odstraněná ze strany C a strany Si z 4H-SiC oplatkapo různých krocích zpracování a tloušťce plátku po zpracování
Tloušťka, morfologie povrchu, drsnost a mechanické vlastnosti destičky byly plně charakterizovány testerem parametrů geometrie destičky, diferenciálním interferenčním mikroskopem, mikroskopem atomárních sil, přístrojem pro měření drsnosti povrchu a nanoindentorem. Kromě toho byl pro hodnocení krystalové kvality destičky použit rentgenový difraktometr s vysokým rozlišením.
Tyto experimentální kroky a testovací metody poskytují podrobnou technickou podporu pro studium rychlosti úběru materiálu a kvality povrchu během zpracování 4H-SiC oplatky.
Prostřednictvím experimentů výzkumníci analyzovali změny v rychlosti úběru materiálu (MRR), morfologii povrchu a drsnosti, stejně jako mechanické vlastnosti a kvalitu krystalů 4H-SiC oplatkyv různých krocích zpracování (řezání drátem, broušení, hrubé broušení, jemné broušení, leštění).
Obrázek 3 Rychlost úběru materiálu na C-ploše a Si-ploše na 4H-SiC oplatkav různých krocích zpracování
Studie zjistila, že v důsledku anizotropie mechanických vlastností různých krystalových ploch 4H-SiC existuje rozdíl v MRR mezi C-plochou a Si-tváří při stejném procesu a MRR C-plochy je výrazně vyšší než to Si-face. S pokrokem ve zpracovatelských krocích se postupně optimalizuje povrchová morfologie a drsnost 4H-SiC waferů. Po vyleštění je Ra of C-face 0,24nm a Ra of Si-face dosahuje 0,14nm, což může vyhovět potřebám epitaxního růstu.
Obrázek 4 Snímky z optického mikroskopu povrchu C (a~e) a povrchu Si (f~j) 4H-SiC destičky po různých krocích zpracování
Obrázek 5 Mikroskopické snímky atomárních sil povrchu C (a~c) a povrchu Si (d~f) 4H-SiC destičky po krocích zpracování CLP, FLP a CMP
Obrázek 6 (a) modul pružnosti a (b) tvrdost povrchu C a povrchu Si 4H-SiC plátku po různých krocích zpracování
Zkouška mechanických vlastností ukazuje, že povrch C destičky má horší houževnatost než povrchový materiál Si, větší stupeň křehkého lomu při zpracování, rychlejší úběr materiálu a relativně špatnou morfologii a drsnost povrchu. Odstranění poškozené vrstvy na opracovaném povrchu je klíčem ke zlepšení kvality povrchu waferu. Šířka kývavé křivky 4H-SiC (0004) v poloviční výšce může být použita k intuitivní a přesné charakterizaci a analýze vrstvy poškození povrchu waferu.
Obrázek 7 (0004) kývavá křivka poloviční šířky C-plochy a Si-plochy 4H-SiC destičky po různých krocích zpracování
Výsledky výzkumu ukazují, že po zpracování 4H-SiC waferu lze postupně odstranit povrchovou poškozenou vrstvu waferu, což efektivně zlepšuje kvalitu povrchu waferu a poskytuje technickou referenci pro vysoce účinné, nízkoztrátové a vysoce kvalitní zpracování. 4H-SiC substrátových destiček.
Výzkumníci zpracovávali 4H-SiC destičky různými zpracovatelskými kroky, jako je řezání drátem, broušení, hrubé broušení, jemné broušení a leštění, a studovali účinky těchto procesů na kvalitu povrchu destičky.
Výsledky ukazují, že s postupem kroků zpracování se povrchová morfologie a drsnost waferu postupně optimalizuje. Po vyleštění dosahuje drsnost C-face a Si-face 0,24nm, respektive 0,14nm, což splňuje požadavky epitaxního růstu. C-plocha destičky má horší houževnatost než Si-face materiál a je náchylnější ke křehkému lomu během zpracování, což má za následek relativně špatnou povrchovou morfologii a drsnost. Odstranění vrstvy poškození povrchu zpracovávaného povrchu je klíčem ke zlepšení kvality povrchu waferu. Poloviční šířka křivky kývání 4H-SiC (0004) může intuitivně a přesně charakterizovat vrstvu poškození povrchu waferu.
Výzkum ukazuje, že poškozenou vrstvu na povrchu 4H-SiC waferů lze postupně odstraňovat zpracováním 4H-SiC waferů, což účinně zlepšuje kvalitu povrchu waferu a poskytuje technickou referenci pro vysokou účinnost, nízkou ztrátu a vysokou kvalitní zpracování substrátových waferů 4H-SiC.
Čas odeslání: Červenec-08-2024