वेफर सतह गुणस्तर मा सिलिकन कार्बाइड एकल क्रिस्टल प्रशोधन को प्रभाव

सेमीकन्डक्टर पावर उपकरणहरूले पावर इलेक्ट्रोनिक प्रणालीहरूमा मुख्य स्थान ओगटेका छन्, विशेष गरी कृत्रिम बुद्धिमत्ता, 5G संचार र नयाँ ऊर्जा सवारी साधनहरू जस्ता प्रविधिहरूको द्रुत विकासको सन्दर्भमा, तिनीहरूका लागि प्रदर्शन आवश्यकताहरू सुधार गरिएको छ।

सिलिकन कार्बाइड(4H-SiC) यसको फाइदाहरू जस्तै फराकिलो ब्यान्डग्याप, उच्च थर्मल चालकता, उच्च ब्रेकडाउन फिल्ड बल, उच्च संतृप्ति बहाव दर, रासायनिक स्थिरता र विकिरण प्रतिरोध जस्ता फाइदाहरूको कारण उच्च-कार्यक्षमता अर्धचालक शक्ति उपकरणहरू निर्माण गर्नको लागि एक आदर्श सामग्री भएको छ। यद्यपि, 4H-SiC मा उच्च कठोरता, उच्च भंगुरता, बलियो रासायनिक जडता, र उच्च प्रशोधन कठिनाई छ। यसको सब्सट्रेट वेफरको सतह गुणस्तर ठूला-ठूला उपकरण अनुप्रयोगहरूको लागि महत्त्वपूर्ण छ।
तसर्थ, 4H-SiC सब्सट्रेट वेफरको सतहको गुणस्तर सुधार गर्दै, विशेष गरी वेफर प्रशोधन सतहमा क्षतिग्रस्त तह हटाएर, कुशल, कम-हानि र उच्च-गुणस्तरको 4H-SiC सब्सट्रेट वेफर प्रशोधन प्राप्त गर्ने कुञ्जी हो।

प्रयोग
प्रयोगले भौतिक भाप परिवहन विधिद्वारा उब्जाएको ४ इन्चको N-type 4H-SiC इन्गट प्रयोग गर्दछ, जुन तार काट्ने, ग्राइन्डिङ, रफ ग्राइन्डिङ, फाइन ग्राइन्डिङ र पालिसिङ मार्फत प्रशोधन गरिन्छ र C सतह र Si सतहको हटाउने मोटाई रेकर्ड गर्छ। र प्रत्येक प्रक्रियामा अन्तिम वेफर मोटाई।

चित्र 1 4H-SiC क्रिस्टल संरचनाको योजनाबद्ध रेखाचित्र

चित्र 2 मोटाई 4H को C-साइड र Si-साइडबाट हटाइयो-SiC वेफरविभिन्न प्रशोधन चरणहरू र प्रशोधन पछि वेफरको मोटाई पछि

 

वेफरको मोटाई, सतह मोर्फोलजी, रफनेस र मेकानिकल गुणहरू वेफर ज्यामिति प्यारामिटर परीक्षक, विभेदक हस्तक्षेप माइक्रोस्कोप, आणविक बल माइक्रोस्कोप, सतहको नरमपन नाप्ने उपकरण र नानोइन्डेन्टर द्वारा पूर्ण रूपमा चित्रण गरिएको थियो। थप रूपमा, वेफरको क्रिस्टल गुणस्तर मूल्याङ्कन गर्न उच्च-रिजोल्युसन एक्स-रे डिफ्राक्टोमिटर प्रयोग गरिएको थियो।
यी प्रयोगात्मक चरणहरू र परीक्षण विधिहरूले 4H- को प्रशोधनको क्रममा सामग्री हटाउने दर र सतहको गुणस्तर अध्ययन गर्न विस्तृत प्राविधिक समर्थन प्रदान गर्दछ।SiC वेफर्स.
प्रयोगहरू मार्फत, अन्वेषकहरूले सामग्री हटाउने दर (MRR), सतह आकारविज्ञान र नरमपन, साथै मेकानिकल गुणहरू र 4H- को क्रिस्टल गुणस्तरमा परिवर्तनहरू विश्लेषण गरे।SiC वेफर्सविभिन्न प्रशोधन चरणहरूमा (तार काट्ने, पीसने, नराम्रो पीसने, राम्रो पीसने, पालिस गर्ने)।

चित्र 3 सी-फेस र 4H-को साइ-फेसको सामग्री हटाउने दर।SiC वेफरविभिन्न प्रशोधन चरणहरूमा

अध्ययनले 4H-SiC को विभिन्न क्रिस्टल अनुहारहरूको मेकानिकल गुणहरूको एनिसोट्रोपीको कारणले गर्दा, एउटै प्रक्रिया अन्तर्गत C-face र Si-face बीच MRR मा भिन्नता छ, र C-face को MRR तुलनात्मक रूपमा उच्च छ। Si-face को त्यो। प्रशोधन चरणहरूको प्रगतिको साथ, सतह आकार विज्ञान र 4H-SiC वेफर्सको नरमपन बिस्तारै अनुकूलित हुन्छ। पालिस गरेपछि, सी-फेसको Ra 0.24nm हुन्छ, र Si-faceको Ra 0.14nm पुग्छ, जसले एपिटेक्सियल वृद्धिको आवश्यकताहरू पूरा गर्न सक्छ।

चित्र 4 विभिन्न प्रशोधन चरणहरू पछि 4H-SiC वेफरको C सतह (a~e) र Si सतह (f~j) को अप्टिकल माइक्रोस्कोप छविहरू

चित्र 5 CLP, FLP र CMP प्रशोधन चरणहरू पछि 4H-SiC वेफरको C सतह (a~c) र Si सतह (d~f) को परमाणु बल माइक्रोस्कोप छविहरू

चित्र 6 (a) लोचदार मोड्युलस र (b) विभिन्न प्रशोधन चरणहरू पछि 4H-SiC वेफरको C सतह र Si सतहको कठोरता

मेकानिकल गुण परीक्षणले देखाउँछ कि वेफरको C सतहमा Si सतह सामग्री भन्दा कम कठोरता छ, प्रशोधनको क्रममा भंगुर फ्र्याक्चरको ठूलो डिग्री, छिटो सामग्री हटाउने, र तुलनात्मक रूपमा कमजोर सतह आकार विज्ञान र नरमपन छ। प्रशोधित सतहमा क्षतिग्रस्त तह हटाउने वेफरको सतहको गुणस्तर सुधार गर्ने कुञ्जी हो। 4H-SiC (0004) रकिङ कर्भको आधा-उचाइ चौडाइलाई वेफरको सतह क्षतिको तहलाई सहज र सही रूपमा वर्णन गर्न र विश्लेषण गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ।

चित्र 7 (0004) सी-फेसको आधा-चौडाइ रकिङ कर्भ र 4H-SiC वेफरको सि-फेस विभिन्न प्रशोधन चरणहरू पछि

अनुसन्धान परिणामहरूले देखाउँदछ कि वेफरको सतह क्षति तह 4H-SiC वेफर प्रशोधन पछि बिस्तारै हटाउन सकिन्छ, जसले प्रभावकारी रूपमा वेफरको सतहको गुणस्तर सुधार गर्दछ र उच्च-दक्षता, कम-हानि र उच्च-गुणस्तरको प्रशोधनको लागि प्राविधिक सन्दर्भ प्रदान गर्दछ। 4H-SiC सब्सट्रेट वेफर्स को।

अन्वेषकहरूले 4H-SiC वेफरहरूलाई विभिन्न प्रशोधन चरणहरू मार्फत प्रशोधन गरे जस्तै तार काट्ने, ग्राइन्डिङ, रफ ग्राइंडिङ, फाइन ग्राइन्डिङ र पालिस गर्ने, र वेफरको सतहको गुणस्तरमा यी प्रक्रियाहरूको प्रभावहरू अध्ययन गरे।
नतिजाहरूले देखाउँदछ कि प्रशोधन चरणहरूको प्रगतिको साथ, सतह आकार विज्ञान र वेफरको नरमपन बिस्तारै अनुकूलित हुन्छ। पालिस गरेपछि, सी-फेस र साइ-फेसको रुफनेस क्रमशः ०.२४nm र ०.१४nm पुग्छ, जसले एपिटेक्सियल वृद्धिको आवश्यकताहरू पूरा गर्दछ। वेफरको सी-फेसको सि-फेस सामग्रीको तुलनामा कमजोर कठोरता हुन्छ, र प्रशोधन गर्दा भंगुर भाँच्ने सम्भावना बढी हुन्छ, जसको परिणामस्वरूप सतहको तुलनात्मक रूपमा कमजोर आकार र नरमपन हुन्छ। प्रशोधित सतहको सतह क्षतिको तह हटाउनु वेफरको सतहको गुणस्तर सुधार गर्ने कुञ्जी हो। 4H-SiC (0004) रकिङ कर्भको आधा-चौडाइले वेफरको सतह क्षतिको तहलाई सहज र सही रूपमा चित्रण गर्न सक्छ।
अनुसन्धानले देखाउँदछ कि 4H-SiC वेफरको सतहमा क्षतिग्रस्त तहलाई 4H-SiC वेफर प्रशोधन मार्फत बिस्तारै हटाउन सकिन्छ, प्रभावकारी रूपमा वेफरको सतहको गुणस्तर सुधार गर्न, उच्च दक्षता, कम-नुक्सान, र उच्च-कुशलताको लागि प्राविधिक सन्दर्भ प्रदान गर्दछ। 4H-SiC सब्सट्रेट वेफर्सको गुणस्तर प्रशोधन।