Peranti kuasa semikonduktor menduduki kedudukan teras dalam sistem elektronik kuasa, terutamanya dalam konteks perkembangan pesat teknologi seperti kecerdasan buatan, komunikasi 5G dan kenderaan tenaga baharu, keperluan prestasi untuknya telah dipertingkatkan.
Silikon karbida(4H-SiC) telah menjadi bahan yang ideal untuk mengeluarkan peranti kuasa semikonduktor berprestasi tinggi kerana kelebihannya seperti jurang jalur lebar, kekonduksian haba yang tinggi, kekuatan medan pecahan tinggi, kadar hanyutan tepu yang tinggi, kestabilan kimia dan rintangan sinaran. Walau bagaimanapun, 4H-SiC mempunyai kekerasan tinggi, kerapuhan tinggi, lengai kimia yang kuat, dan kesukaran pemprosesan yang tinggi. Kualiti permukaan wafer substratnya adalah penting untuk aplikasi peranti berskala besar.
Oleh itu, meningkatkan kualiti permukaan wafer substrat 4H-SiC, terutamanya mengeluarkan lapisan yang rosak pada permukaan pemprosesan wafer, adalah kunci untuk mencapai pemprosesan wafer substrat 4H-SiC yang cekap, kehilangan rendah dan berkualiti tinggi.
Eksperimen
Percubaan menggunakan jongkong 4H-SiC jenis N 4-inci yang ditanam melalui kaedah pengangkutan wap fizikal, yang diproses melalui pemotongan dawai, pengisaran, pengisaran kasar, pengisaran dan penggilapan halus, dan merekodkan ketebalan penyingkiran permukaan C dan permukaan Si dan ketebalan wafer akhir dalam setiap proses.
Rajah 1 Diagram skematik struktur hablur 4H-SiC
Rajah 2 Ketebalan dikeluarkan dari sisi C dan sisi Si 4H-wafer SiCselepas langkah pemprosesan yang berbeza dan ketebalan wafer selepas pemprosesan
Ketebalan, morfologi permukaan, kekasaran dan sifat mekanikal wafer dicirikan sepenuhnya oleh penguji parameter geometri wafer, mikroskop gangguan pembezaan, mikroskop daya atom, alat pengukur kekasaran permukaan dan nanoindentor. Di samping itu, difraktometer sinar-X resolusi tinggi digunakan untuk menilai kualiti kristal wafer.
Langkah eksperimen dan kaedah ujian ini menyediakan sokongan teknikal terperinci untuk mengkaji kadar penyingkiran bahan dan kualiti permukaan semasa pemprosesan 4H-wafer SiC.
Melalui eksperimen, penyelidik menganalisis perubahan dalam kadar penyingkiran bahan (MRR), morfologi permukaan dan kekasaran, serta sifat mekanikal dan kualiti kristal 4H-wafer SiCdalam langkah pemprosesan yang berbeza (memotong wayar, mengisar, mengisar kasar, mengisar halus, menggilap).
Rajah 3 Kadar penyingkiran bahan bagi muka-C dan muka-Si bagi 4H-wafer SiCdalam langkah pemprosesan yang berbeza
Kajian mendapati bahawa disebabkan anisotropi sifat mekanikal muka kristal berbeza 4H-SiC, terdapat perbezaan dalam MRR antara muka-C dan muka-Si di bawah proses yang sama, dan MRR muka-C adalah jauh lebih tinggi daripada iaitu muka-Si. Dengan kemajuan langkah pemprosesan, morfologi permukaan dan kekasaran wafer 4H-SiC dioptimumkan secara beransur-ansur. Selepas menggilap, Ra muka C ialah 0.24nm, dan Ra muka Si mencapai 0.14nm, yang boleh memenuhi keperluan pertumbuhan epitaxial.
Rajah 4 Imej mikroskop optik bagi permukaan C (a~e) dan permukaan Si (f~j) wafer 4H-SiC selepas langkah pemprosesan yang berbeza
Rajah 5 Imej mikroskop daya atom bagi permukaan C (a~c) dan permukaan Si (d~f) wafer 4H-SiC selepas langkah pemprosesan CLP, FLP dan CMP
Rajah 6 (a) modulus elastik dan (b) kekerasan permukaan C dan permukaan Si wafer 4H-SiC selepas langkah pemprosesan yang berbeza
Ujian sifat mekanikal menunjukkan bahawa permukaan C wafer mempunyai keliatan yang lebih lemah daripada bahan permukaan Si, tahap patah rapuh yang lebih besar semasa pemprosesan, penyingkiran bahan yang lebih cepat, dan morfologi dan kekasaran permukaan yang agak lemah. Mengeluarkan lapisan yang rosak pada permukaan yang diproses adalah kunci untuk meningkatkan kualiti permukaan wafer. Lebar separuh ketinggian lengkung goyang 4H-SiC (0004) boleh digunakan untuk mencirikan dan menganalisis lapisan kerosakan permukaan wafer secara intuitif dan tepat.
Rajah 7 (0004) lengkung goyang separuh lebar muka C dan muka Si wafer 4H-SiC selepas langkah pemprosesan yang berbeza
Hasil penyelidikan menunjukkan bahawa lapisan kerosakan permukaan wafer boleh dikeluarkan secara beransur-ansur selepas pemprosesan wafer 4H-SiC, yang secara berkesan meningkatkan kualiti permukaan wafer dan menyediakan rujukan teknikal untuk pemprosesan kecekapan tinggi, kehilangan rendah dan berkualiti tinggi. daripada wafer substrat 4H-SiC.
Para penyelidik memproses wafer 4H-SiC melalui langkah pemprosesan yang berbeza seperti pemotongan wayar, pengisaran, pengisaran kasar, pengisaran halus dan penggilap, dan mengkaji kesan proses ini ke atas kualiti permukaan wafer.
Keputusan menunjukkan bahawa dengan kemajuan langkah pemprosesan, morfologi permukaan dan kekasaran wafer secara beransur-ansur dioptimumkan. Selepas menggilap, kekasaran muka C dan muka Si masing-masing mencapai 0.24nm dan 0.14nm, yang memenuhi keperluan pertumbuhan epitaxial. Muka C wafer mempunyai keliatan yang lebih lemah daripada bahan muka Si, dan lebih terdedah kepada patah rapuh semasa pemprosesan, mengakibatkan morfologi permukaan dan kekasaran yang agak lemah. Mengeluarkan lapisan kerosakan permukaan permukaan yang diproses adalah kunci untuk meningkatkan kualiti permukaan wafer. Separuh lebar lengkung goyang 4H-SiC (0004) boleh mencirikan secara intuitif dan tepat lapisan kerosakan permukaan wafer.
Penyelidikan menunjukkan bahawa lapisan yang rosak pada permukaan wafer 4H-SiC boleh dialihkan secara beransur-ansur melalui pemprosesan wafer 4H-SiC, meningkatkan kualiti permukaan wafer secara berkesan, memberikan rujukan teknikal untuk kecekapan tinggi, kehilangan rendah, dan tinggi- pemprosesan kualiti wafer substrat 4H-SiC.
Masa siaran: Jul-08-2024