Halfgeleider-energieapparaten nemen een kernpositie in in vermogenselektronische systemen, vooral in de context van de snelle ontwikkeling van technologieën zoals kunstmatige intelligentie, 5G-communicatie en nieuwe energievoertuigen, zijn de prestatie-eisen daarvoor verbeterd.
Siliciumcarbide(4H-SiC) is een ideaal materiaal geworden voor de productie van hoogwaardige halfgeleiderapparaten vanwege de voordelen ervan zoals een grote bandafstand, hoge thermische geleidbaarheid, hoge doorslagveldsterkte, hoge verzadigingsdriftsnelheid, chemische stabiliteit en stralingsweerstand. 4H-SiC heeft echter een hoge hardheid, hoge brosheid, sterke chemische inertie en hoge verwerkingsmoeilijkheden. De oppervlaktekwaliteit van de substraatwafel is cruciaal voor grootschalige apparaattoepassingen.
Daarom is het verbeteren van de oppervlaktekwaliteit van 4H-SiC-substraatwafels, vooral het verwijderen van de beschadigde laag op het wafelverwerkingsoppervlak, de sleutel tot het bereiken van een efficiënte, verliesarme en hoogwaardige verwerking van 4H-SiC-substraatwafels.
Experiment
Het experiment maakt gebruik van een 4-inch N-type 4H-SiC-staaf die is gegroeid door middel van fysieke damptransportmethode, die wordt verwerkt door middel van draadsnijden, slijpen, ruw slijpen, fijn slijpen en polijsten, en registreert de verwijderingsdikte van het C-oppervlak en het Si-oppervlak. en de uiteindelijke wafeldikte in elk proces.
Figuur 1 Schematisch diagram van de 4H-SiC-kristalstructuur
Figuur 2 Dikte verwijderd van C-zijde en Si-zijde van 4H-SiC-wafelna verschillende verwerkingsstappen en dikte van de wafel na verwerking
De dikte, oppervlaktemorfologie, ruwheid en mechanische eigenschappen van de wafer werden volledig gekenmerkt door een parametertester voor wafergeometrie, differentiële interferentiemicroscoop, atoomkrachtmicroscoop, meetinstrument voor oppervlakteruwheid en nano-indenter. Bovendien werd een röntgendiffractometer met hoge resolutie gebruikt om de kristalkwaliteit van de wafer te evalueren.
Deze experimentele stappen en testmethoden bieden gedetailleerde technische ondersteuning voor het bestuderen van de materiaalverwijderingssnelheid en oppervlaktekwaliteit tijdens de verwerking van 4H-SiC-wafels.
Door middel van experimenten analyseerden de onderzoekers de veranderingen in materiaalverwijderingssnelheid (MRR), oppervlaktemorfologie en ruwheid, evenals mechanische eigenschappen en kristalkwaliteit van 4H-SiC-wafelsin verschillende verwerkingsstappen (draadsnijden, slijpen, grofslijpen, fijnslijpen, polijsten).
Figuur 3 Materiaalverwijderingssnelheid van C-vlak en Si-vlak van 4H-SiC-wafelin verschillende verwerkingsstappen
Uit de studie bleek dat als gevolg van de anisotropie van mechanische eigenschappen van verschillende kristalvlakken van 4H-SiC er bij hetzelfde proces een verschil in MRR bestaat tussen C-vlak en Si-vlak, en dat de MRR van C-vlak aanzienlijk hoger is dan die van C-vlak en Si-vlak. die van Si-face. Met de vooruitgang van de verwerkingsstappen worden de oppervlaktemorfologie en ruwheid van 4H-SiC-wafels geleidelijk geoptimaliseerd. Na het polijsten is de Ra van het C-vlak 0,24 nm en het Ra van Si-vlak 0,14 nm, wat kan voldoen aan de behoeften van epitaxiale groei.
Figuur 4 Optische microscoopbeelden van het C-oppervlak (a~e) en Si-oppervlak (f~j) van 4H-SiC-wafel na verschillende verwerkingsstappen
Figuur 5 Atoomkrachtmicroscoopbeelden van het C-oppervlak (a~c) en Si-oppervlak (d~f) van 4H-SiC-wafel na CLP-, FLP- en CMP-verwerkingsstappen
Figuur 6 (a) elastische modulus en (b) hardheid van het C-oppervlak en Si-oppervlak van 4H-SiC-wafel na verschillende verwerkingsstappen
De mechanische eigenschapstest toont aan dat het C-oppervlak van de wafel een slechtere taaiheid heeft dan het Si-oppervlaktemateriaal, een grotere mate van brosse breuk tijdens verwerking, snellere materiaalverwijdering en een relatief slechte oppervlaktemorfologie en ruwheid. Het verwijderen van de beschadigde laag op het bewerkte oppervlak is de sleutel tot het verbeteren van de oppervlaktekwaliteit van de wafer. De breedte op halve hoogte van de 4H-SiC (0004) schudcurve kan worden gebruikt om de oppervlaktebeschadigingslaag van de wafer intuïtief en nauwkeurig te karakteriseren en analyseren.
Figuur 7 (0004) schommelcurve halve breedte van het C-vlak en het Si-vlak van 4H-SiC-wafel na verschillende verwerkingsstappen
De onderzoeksresultaten tonen aan dat de oppervlaktebeschadigingslaag van de wafel geleidelijk kan worden verwijderd na 4H-SiC-wafelverwerking, wat de oppervlaktekwaliteit van de wafel effectief verbetert en een technische referentie biedt voor verwerking met hoge efficiëntie, weinig verlies en hoge kwaliteit. van 4H-SiC-substraatwafels.
De onderzoekers verwerkten 4H-SiC-wafels via verschillende verwerkingsstappen, zoals draadsnijden, slijpen, grof slijpen, fijnslijpen en polijsten, en bestudeerden de effecten van deze processen op de oppervlaktekwaliteit van de wafel.
De resultaten laten zien dat met de vooruitgang van de verwerkingsstappen de oppervlaktemorfologie en ruwheid van de wafer geleidelijk worden geoptimaliseerd. Na het polijsten bereikt de ruwheid van het C-vlak en het Si-vlak respectievelijk 0,24 nm en 0,14 nm, wat voldoet aan de eisen van epitaxiale groei. Het C-vlak van de wafel heeft een slechtere taaiheid dan het Si-vlakmateriaal en is gevoeliger voor brosse breuken tijdens de verwerking, wat resulteert in een relatief slechte oppervlaktemorfologie en ruwheid. Het verwijderen van de oppervlakteschadelaag van het bewerkte oppervlak is de sleutel tot het verbeteren van de oppervlaktekwaliteit van de wafel. De halve breedte van de 4H-SiC (0004)-schommelcurve kan de oppervlaktebeschadigingslaag van de wafer intuïtief en nauwkeurig karakteriseren.
Onderzoek toont aan dat de beschadigde laag op het oppervlak van 4H-SiC-wafels geleidelijk kan worden verwijderd door middel van 4H-SiC-wafelverwerking, waardoor de oppervlaktekwaliteit van de wafel effectief wordt verbeterd, wat een technische referentie biedt voor hoge efficiëntie, weinig verlies en hoge kwaliteit. kwaliteitsverwerking van 4H-SiC-substraatwafels.
Posttijd: 08-08-2024