Ang mga semiconductor power device ay sumasakop sa isang pangunahing posisyon sa mga power electronic system, lalo na sa konteksto ng mabilis na pag-unlad ng mga teknolohiya tulad ng artificial intelligence, 5G na komunikasyon at mga bagong sasakyang pang-enerhiya, ang mga kinakailangan sa pagganap para sa mga ito ay napabuti.
Silicon carbideAng (4H-SiC) ay naging isang perpektong materyal para sa paggawa ng mga high-performance na semiconductor power device dahil sa mga pakinabang nito tulad ng malawak na bandgap, mataas na thermal conductivity, mataas na breakdown field strength, mataas na saturation drift rate, chemical stability at radiation resistance. Gayunpaman, ang 4H-SiC ay may mataas na tigas, mataas na brittleness, malakas na chemical inertness, at mataas na kahirapan sa pagproseso. Ang kalidad ng ibabaw ng substrate wafer nito ay mahalaga para sa malakihang aplikasyon ng device.
Samakatuwid, ang pagpapabuti ng kalidad ng ibabaw ng 4H-SiC substrate wafer, lalo na ang pag-alis ng nasirang layer sa ibabaw ng pagpoproseso ng wafer, ay ang susi sa pagkamit ng mahusay, mababang pagkawala at mataas na kalidad na 4H-SiC substrate wafer processing.
Eksperimento
Gumagamit ang eksperimento ng 4-inch N-type 4H-SiC ingot na pinalaki sa pamamagitan ng physical vapor transport method, na pinoproseso sa pamamagitan ng wire cutting, grinding, rough grinding, fine grinding at polishing, at itinatala ang kapal ng pagtanggal ng C surface at Si surface at ang panghuling kapal ng ostiya sa bawat proseso.
Figure 1 Schematic diagram ng 4H-SiC crystal structure
Figure 2 Inalis ang kapal mula sa C-side at Si-side ng 4H-SiC waferpagkatapos ng iba't ibang mga hakbang sa pagproseso at kapal ng ostiya pagkatapos ng pagproseso
Ang kapal, morpolohiya sa ibabaw, pagkamagaspang at mekanikal na katangian ng wafer ay ganap na nailalarawan sa pamamagitan ng wafer geometry parameter tester, differential interference microscope, atomic force microscope, surface roughness measurement instrument at nanoindenter. Bilang karagdagan, ginamit ang high-resolution na X-ray diffractometer upang suriin ang kalidad ng kristal ng wafer.
Ang mga pang-eksperimentong hakbang at pamamaraan ng pagsubok na ito ay nagbibigay ng detalyadong teknikal na suporta para sa pag-aaral ng bilis ng pag-alis ng materyal at kalidad ng ibabaw sa panahon ng pagproseso ng 4H-SiC wafers.
Sa pamamagitan ng mga eksperimento, sinuri ng mga mananaliksik ang mga pagbabago sa material removal rate (MRR), surface morphology at roughness, pati na rin ang mga mekanikal na katangian at kristal na kalidad ng 4H-SiC waferssa iba't ibang mga hakbang sa pagproseso (pagputol ng kawad, paggiling, magaspang na paggiling, pinong paggiling, buli).
Figure 3 Rate ng pag-alis ng materyal ng C-face at Si-face ng 4H-SiC wafersa iba't ibang hakbang sa pagproseso
Nalaman ng pag-aaral na dahil sa anisotropy ng mga mekanikal na katangian ng iba't ibang mga kristal na mukha ng 4H-SiC, mayroong pagkakaiba sa MRR sa pagitan ng C-face at Si-face sa ilalim ng parehong proseso, at ang MRR ng C-face ay makabuluhang mas mataas kaysa sa yung kay Si-face. Sa pagsulong ng mga hakbang sa pagpoproseso, ang morpolohiya sa ibabaw at pagkamagaspang ng 4H-SiC na mga wafer ay unti-unting na-optimize. Pagkatapos ng buli, ang Ra ng C-face ay 0.24nm, at ang Ra ng Si-face ay umabot sa 0.14nm, na maaaring matugunan ang mga pangangailangan ng epitaxial growth.
Figure 4 Optical microscope na mga imahe ng C surface (a~e) at Si surface (f~j) ng 4H-SiC wafer pagkatapos ng iba't ibang hakbang sa pagproseso
Figure 5 Atomic force microscope na mga larawan ng C surface (a~c) at Si surface (d~f) ng 4H-SiC wafer pagkatapos ng mga hakbang sa pagproseso ng CLP, FLP at CMP
Figure 6 (a) elastic modulus at (b) tigas ng C surface at Si surface ng 4H-SiC wafer pagkatapos ng iba't ibang hakbang sa pagproseso
Ang mekanikal na pagsubok sa ari-arian ay nagpapakita na ang C na ibabaw ng wafer ay may mas mahinang tibay kaysa sa Si surface na materyal, isang mas mataas na antas ng malutong na bali sa panahon ng pagproseso, mas mabilis na pag-alis ng materyal, at medyo mahina ang morpolohiya at pagkamagaspang sa ibabaw. Ang pag-alis ng nasirang layer sa naprosesong ibabaw ay ang susi sa pagpapabuti ng kalidad ng ibabaw ng wafer. Ang kalahating taas na lapad ng 4H-SiC (0004) rocking curve ay maaaring gamitin upang intuitively at tumpak na makilala at masuri ang surface damage layer ng wafer.
Figure 7 (0004) rocking curve kalahating lapad ng C-face at Si-face ng 4H-SiC wafer pagkatapos ng iba't ibang mga hakbang sa pagproseso
Ang mga resulta ng pananaliksik ay nagpapakita na ang surface damage layer ng wafer ay maaaring unti-unting alisin pagkatapos ng 4H-SiC wafer processing, na epektibong nagpapabuti sa surface quality ng wafer at nagbibigay ng teknikal na sanggunian para sa mataas na kahusayan, mababang pagkawala at mataas na kalidad na pagproseso ng 4H-SiC substrate wafers.
Ang mga mananaliksik ay nagproseso ng 4H-SiC na mga wafer sa pamamagitan ng iba't ibang mga hakbang sa pagpoproseso tulad ng pagputol ng wire, paggiling, magaspang na paggiling, pinong paggiling at pag-polish, at pinag-aralan ang mga epekto ng mga prosesong ito sa kalidad ng ibabaw ng wafer.
Ipinapakita ng mga resulta na sa pagsulong ng mga hakbang sa pagpoproseso, ang morpolohiya sa ibabaw at pagkamagaspang ng wafer ay unti-unting na-optimize. Pagkatapos ng buli, ang pagkamagaspang ng C-face at Si-face ay umabot sa 0.24nm at 0.14nm ayon sa pagkakabanggit, na nakakatugon sa mga kinakailangan ng epitaxial growth. Ang C-face ng wafer ay may mas mahinang tibay kaysa sa Si-face na materyal, at mas madaling kapitan ng malutong na bali sa panahon ng pagproseso, na nagreresulta sa medyo mahinang morpolohiya sa ibabaw at pagkamagaspang. Ang pag-alis ng layer ng pinsala sa ibabaw ng naprosesong ibabaw ay ang susi sa pagpapabuti ng kalidad ng ibabaw ng wafer. Ang kalahating lapad ng 4H-SiC (0004) rocking curve ay maaaring intuitively at tumpak na makilala ang surface damage layer ng wafer.
Ipinapakita ng pananaliksik na ang nasirang layer sa ibabaw ng 4H-SiC wafers ay maaaring unti-unting alisin sa pamamagitan ng 4H-SiC wafer processing, na epektibong nagpapahusay sa kalidad ng surface ng wafer, na nagbibigay ng teknikal na sanggunian para sa mataas na kahusayan, mababang pagkawala, at mataas na kalidad. kalidad ng pagproseso ng 4H-SiC substrate wafers.
Oras ng post: Hul-08-2024