Halvledarkraftenheter intar en central position inom kraftelektroniksystem, särskilt i samband med den snabba utvecklingen av tekniker som artificiell intelligens, 5G-kommunikation och nya energifordon, har prestandakraven för dem förbättrats.
Kiselkarbid(4H-SiC) har blivit ett idealiskt material för tillverkning av högpresterande halvledarkraftenheter på grund av dess fördelar som brett bandgap, hög värmeledningsförmåga, hög nedbrytningsfältstyrka, hög mättnadsdrifthastighet, kemisk stabilitet och strålningsmotstånd. 4H-SiC har dock hög hårdhet, hög sprödhet, stark kemisk inerthet och hög bearbetningssvårighet. Ytkvaliteten på dess substratskiva är avgörande för storskaliga enhetstillämpningar.
Därför är förbättring av ytkvaliteten på 4H-SiC-substratskivor, särskilt att ta bort det skadade skiktet på waferbearbetningsytan, nyckeln till att uppnå effektiv, lågförlust och högkvalitativ 4H-SiC-substratwaferbearbetning.
Experimentera
Experimentet använder ett 4-tums göt av N-typ 4H-SiC odlat med fysisk ångtransportmetod, som bearbetas genom trådskärning, slipning, grovslipning, finslipning och polering, och registrerar borttagningstjockleken på C-ytan och Si-ytan och den slutliga wafertjockleken i varje process.
Figur 1 Schematisk diagram av 4H-SiC kristallstruktur
Figur 2 Tjocklek borttagen från C-sidan och Si-sidan av 4H-SiC waferefter olika bearbetningssteg och tjocklek på wafer efter bearbetning
Skivans tjocklek, ytmorfologi, grovhet och mekaniska egenskaper karakteriserades helt av wafergeometriparametertestare, differentialinterferensmikroskop, atomkraftmikroskop, ytråhetsmätinstrument och nanoindenter. Dessutom användes högupplöst röntgendiffraktometer för att utvärdera kristallkvaliteten på skivan.
Dessa experimentella steg och testmetoder ger detaljerat tekniskt stöd för att studera materialavlägsningshastigheten och ytkvaliteten under bearbetningen av 4H-SiC-skivor.
Genom experiment analyserade forskarna förändringarna i materialborttagningshastighet (MRR), ytmorfologi och grovhet, såväl som mekaniska egenskaper och kristallkvalitet hos 4H-SiC-skivori olika bearbetningssteg (trådskärning, slipning, grovslipning, finslipning, polering).
Figur 3 Materialavlägsningshastighet för C-yta och Si-yta av 4H-SiC waferi olika bearbetningssteg
Studien fann att på grund av anisotropin av mekaniska egenskaper hos olika kristallytor av 4H-SiC, finns det en skillnad i MRR mellan C-face och Si-face under samma process, och MRR för C-face är betydligt högre än det av Si-face. Med framsteg i bearbetningsstegen optimeras gradvis ytmorfologin och grovheten hos 4H-SiC-skivor. Efter polering är Ra för C-yta 0,24 nm och Ra för Si-yta når 0,14 nm, vilket kan möta behoven för epitaxiell tillväxt.
Figur 4 Optiska mikroskopbilder av C-ytan (a~e) och Si-ytan (f~j) på 4H-SiC-skivan efter olika bearbetningssteg
Figur 5 Atomkraftmikroskopbilder av C-ytan (a~c) och Si-ytan (d~f) på 4H-SiC-skivan efter CLP-, FLP- och CMP-bearbetningssteg
Figur 6 (a) elasticitetsmodul och (b) hårdhet på C-ytan och Si-ytan på 4H-SiC-skivan efter olika bearbetningssteg
Testet av mekaniska egenskaper visar att skivans C-yta har sämre seghet än Si-ytmaterialet, en högre grad av spröd brott under bearbetning, snabbare materialavlägsnande och relativt dålig ytmorfologi och ytjämnhet. Att ta bort det skadade lagret på den behandlade ytan är nyckeln till att förbättra waferns ytkvalitet. Den halvhöjda bredden på 4H-SiC (0004) gungkurvan kan användas för att intuitivt och noggrant karakterisera och analysera skivans ytskadaskikt.
Figur 7 (0004) gungkurvans halva bredd av C-ytan och Si-ytan på 4H-SiC-skivan efter olika bearbetningssteg
Forskningsresultaten visar att waferns ytskadaskikt gradvis kan avlägsnas efter 4H-SiC waferbearbetning, vilket effektivt förbättrar waferns ytkvalitet och ger en teknisk referens för högeffektiv, lågförlust och högkvalitativ bearbetning av 4H-SiC-substratskivor.
Forskarna bearbetade 4H-SiC-skivor genom olika bearbetningssteg såsom trådskärning, slipning, grovslipning, finslipning och polering, och studerade effekterna av dessa processer på waferns ytkvalitet.
Resultaten visar att med framsteg av bearbetningsstegen optimeras ytmorfologin och råheten hos skivan gradvis. Efter polering når grovheten på C-ytan och Si-ytan 0,24 nm respektive 0,14 nm, vilket uppfyller kraven för epitaxiell tillväxt. Skivans C-yta har sämre seghet än Si-yta-materialet och är mer benägen att spröda brott under bearbetning, vilket resulterar i relativt dålig ytmorfologi och grovhet. Att ta bort ytskadaskiktet på den behandlade ytan är nyckeln till att förbättra waferns ytkvalitet. Halva bredden av 4H-SiC (0004) gungkurvan kan intuitivt och exakt karakterisera waferns ytskadaskikt.
Forskning visar att det skadade skiktet på ytan av 4H-SiC-skivor gradvis kan avlägsnas genom 4H-SiC-waferbearbetning, vilket effektivt förbättrar waferns ytkvalitet, vilket ger en teknisk referens för hög effektivitet, låg förlust och hög- kvalitetsbearbetning av 4H-SiC substratskivor.
Posttid: 2024-08-08