Halvlederkraftenheter inntar en kjerneposisjon i kraftelektroniske systemer, spesielt i sammenheng med den raske utviklingen av teknologier som kunstig intelligens, 5G-kommunikasjon og nye energikjøretøyer, er ytelseskravene for dem blitt forbedret.
Silisiumkarbid(4H-SiC) har blitt et ideelt materiale for produksjon av høyytelses halvlederkraftenheter på grunn av dets fordeler som stort båndgap, høy termisk ledningsevne, høy nedbrytningsfeltstyrke, høy metningsdrifthastighet, kjemisk stabilitet og strålingsmotstand. Imidlertid har 4H-SiC høy hardhet, høy sprøhet, sterk kjemisk treghet og høy prosesseringsvanskelighet. Overflatekvaliteten på substratplaten er avgjørende for store enhetsapplikasjoner.
Derfor er å forbedre overflatekvaliteten til 4H-SiC substratwafere, spesielt fjerning av det skadede laget på waferbehandlingsoverflaten, nøkkelen til å oppnå effektiv, lavtap og høykvalitets 4H-SiC substratwaferbehandling.
Eksperiment
Eksperimentet bruker en 4-tommers N-type 4H-SiC-barre dyrket ved fysisk damptransportmetode, som behandles gjennom trådkutting, sliping, grovsliping, finsliping og polering, og registrerer fjerningstykkelsen på C-overflaten og Si-overflaten. og den endelige wafertykkelsen i hver prosess.
Figur 1 Skjematisk diagram av 4H-SiC krystallstruktur
Figur 2 Tykkelse fjernet fra C-siden og Si-siden av 4H-SiC waferetter forskjellige behandlingstrinn og tykkelse på wafer etter behandling
Tykkelsen, overflatemorfologien, ruheten og de mekaniske egenskapene til waferen ble fullstendig karakterisert av wafergeometriparametertester, differensialinterferensmikroskop, atomkraftmikroskop, overflateruhetsmåleinstrument og nanoindenter. I tillegg ble høyoppløselig røntgendiffraktometer brukt for å evaluere krystallkvaliteten til waferen.
Disse eksperimentelle trinnene og testmetodene gir detaljert teknisk støtte for å studere materialfjerningshastigheten og overflatekvaliteten under behandlingen av 4H-SiC wafere.
Gjennom eksperimenter analyserte forskerne endringene i materialfjerningshastighet (MRR), overflatemorfologi og ruhet, samt mekaniske egenskaper og krystallkvalitet til 4H-SiC waferei forskjellige prosesstrinn (trådskjæring, sliping, grovsliping, finsliping, polering).
Figur 3 Materialfjerningshastighet av C-flate og Si-flate av 4H-SiC waferi ulike behandlingstrinn
Studien fant at på grunn av anisotropien av mekaniske egenskaper til forskjellige krystallflater av 4H-SiC, er det en forskjell i MRR mellom C-face og Si-face under samme prosess, og MRR for C-face er betydelig høyere enn det til Si-face. Med fremgang i prosesseringstrinnene blir overflatemorfologien og ruheten til 4H-SiC-skiver gradvis optimert. Etter polering er Ra til C-flaten 0,24 nm, og Ra til Si-flaten når 0,14 nm, noe som kan møte behovene til epitaksial vekst.
Figur 4 Optiske mikroskopbilder av C-overflaten (a~e) og Si-overflaten (f~j) til 4H-SiC-wafer etter forskjellige behandlingstrinn
Figur 5 Atomkraftmikroskopbilder av C-overflaten (a~c) og Si-overflaten (d~f) til 4H-SiC-wafer etter CLP-, FLP- og CMP-behandlingstrinn
Figur 6 (a) elastisitetsmodul og (b) hardhet til C-overflaten og Si-overflaten til 4H-SiC-wafer etter forskjellige behandlingstrinn
Den mekaniske egenskapstesten viser at C-overflaten til waferen har dårligere seighet enn Si-overflatematerialet, en større grad av sprøbrudd under bearbeiding, raskere materialfjerning og relativt dårlig overflatemorfologi og ruhet. Å fjerne det skadede laget på den behandlede overflaten er nøkkelen til å forbedre overflatekvaliteten til waferen. Den halvhøyde bredden til 4H-SiC (0004) gyngekurven kan brukes til intuitivt og nøyaktig å karakterisere og analysere overflateskadelaget til waferen.
Figur 7 (0004) gyngekurve halve bredden av C-flaten og Si-flaten til 4H-SiC wafer etter forskjellige behandlingstrinn
Forskningsresultatene viser at overflateskadelaget på waferen kan fjernes gradvis etter 4H-SiC wafer-behandling, noe som effektivt forbedrer overflatekvaliteten på waferen og gir en teknisk referanse for høyeffektiv, lavtap og høykvalitetsbehandling. av 4H-SiC substratskiver.
Forskerne behandlet 4H-SiC wafere gjennom ulike prosesstrinn som trådskjæring, sliping, grovsliping, finsliping og polering, og studerte effekten av disse prosessene på overflatekvaliteten til waferen.
Resultatene viser at med fremskritt av prosesseringstrinnene, blir overflatemorfologien og ruheten til waferen gradvis optimert. Etter polering når ruheten til C-flaten og Si-flaten henholdsvis 0,24 nm og 0,14 nm, noe som oppfyller kravene til epitaksial vekst. C-flaten til waferen har dårligere seighet enn Si-face-materialet, og er mer utsatt for sprø brudd under bearbeiding, noe som resulterer i relativt dårlig overflatemorfologi og ruhet. Fjerning av overflateskadelaget på den behandlede overflaten er nøkkelen til å forbedre overflatekvaliteten til waferen. Halvbredden til 4H-SiC (0004) gyngekurven kan intuitivt og nøyaktig karakterisere overflateskadelaget til waferen.
Forskning viser at det skadede laget på overflaten av 4H-SiC-wafere gradvis kan fjernes gjennom 4H-SiC-wafer-behandling, noe som effektivt forbedrer overflatekvaliteten på waferen, og gir en teknisk referanse for høy effektivitet, lavt tap og høy- kvalitetsbehandling av 4H-SiC substratskiver.
Innleggstid: Jul-08-2024