Halvledereffektenheder indtager en kerneposition i kraftelektroniske systemer, især i forbindelse med den hurtige udvikling af teknologier såsom kunstig intelligens, 5G-kommunikation og nye energikøretøjer, er ydeevnekravene til dem blevet forbedret.
Siliciumcarbid(4H-SiC) er blevet et ideelt materiale til fremstilling af højtydende halvledereffektenheder på grund af dets fordele såsom stort båndgab, høj termisk ledningsevne, høj nedbrydningsfeltstyrke, høj mætningsdriftshastighed, kemisk stabilitet og strålingsmodstand. Imidlertid har 4H-SiC høj hårdhed, høj skørhed, stærk kemisk inerthed og høj bearbejdningsvanskelighed. Overfladekvaliteten af dens substratwafer er afgørende for store enhedsanvendelser.
Derfor er forbedring af overfladekvaliteten af 4H-SiC-substratwafere, især fjernelse af det beskadigede lag på waferbehandlingsoverfladen, nøglen til at opnå effektiv 4H-SiC-substratwaferbehandling af høj kvalitet, lavt tab og høj kvalitet.
Eksperiment
Forsøget bruger en 4-tommer N-type 4H-SiC-barre dyrket ved fysisk damptransportmetode, som behandles gennem trådskæring, slibning, grovslibning, finslibning og polering, og registrerer fjernelsestykkelsen af C-overfladen og Si-overfladen og den endelige wafertykkelse i hver proces.
Figur 1 Skematisk diagram af 4H-SiC krystalstruktur
Figur 2 Tykkelse fjernet fra C-siden og Si-siden af 4H-SiC waferefter forskellige forarbejdningstrin og tykkelse af wafer efter forarbejdning
Tykkelsen, overflademorfologien, ruheden og mekaniske egenskaber af waferen var fuldt ud karakteriseret ved wafergeometriparametertester, differentialinterferensmikroskop, atomkraftmikroskop, overfladeruhedsmåleinstrument og nanoindenter. Derudover blev højopløsnings røntgendiffraktometer brugt til at evaluere waferens krystalkvalitet.
Disse eksperimentelle trin og testmetoder giver detaljeret teknisk support til at studere materialefjernelseshastigheden og overfladekvaliteten under behandlingen af 4H-SiC wafers.
Gennem eksperimenter analyserede forskerne ændringerne i materialefjernelseshastighed (MRR), overflademorfologi og ruhed samt mekaniske egenskaber og krystalkvalitet af 4H-SiC wafersi forskellige forarbejdningstrin (trådskæring, slibning, grovslibning, finslibning, polering).
Figur 3 Materialefjernelseshastighed af C-flade og Si-flade af 4H-SiC waferi forskellige behandlingstrin
Undersøgelsen fandt, at på grund af anisotropien af mekaniske egenskaber af forskellige krystalflader af 4H-SiC, er der en forskel i MRR mellem C-face og Si-face under den samme proces, og MRR af C-face er signifikant højere end det af Si-face. Med fremskridt i forarbejdningstrinene optimeres overflademorfologien og ruheden af 4H-SiC wafere gradvist. Efter polering er Ra for C-face 0,24nm, og Ra for Si-face når 0,14nm, hvilket kan opfylde behovene for epitaksial vækst.
Figur 4 Optiske mikroskopbilleder af C-overfladen (a~e) og Si-overfladen (f~j) af 4H-SiC-wafer efter forskellige behandlingstrin
Figur 5 Atomkraftmikroskopbilleder af C-overfladen (a~c) og Si-overfladen (d~f) af 4H-SiC-wafer efter CLP-, FLP- og CMP-behandlingstrin
Figur 6 (a) elasticitetsmodul og (b) hårdhed af C-overfladen og Si-overfladen af 4H-SiC-wafer efter forskellige behandlingstrin
Den mekaniske egenskabstest viser, at waferens C-overflade har dårligere sejhed end Si-overfladematerialet, en større grad af skørt brud under forarbejdning, hurtigere materialefjernelse og relativt dårlig overflademorfologi og ruhed. Fjernelse af det beskadigede lag på den behandlede overflade er nøglen til at forbedre waferens overfladekvalitet. Den halvhøjde bredde af 4H-SiC (0004) gyngekurven kan bruges til intuitivt og præcist at karakterisere og analysere overfladeskadelaget på waferen.
Figur 7 (0004) gyngekurve halv bredde af C-fladen og Si-fladen af 4H-SiC wafer efter forskellige behandlingstrin
Forskningsresultaterne viser, at waferens overfladeskadelag gradvist kan fjernes efter 4H-SiC waferbehandling, hvilket effektivt forbedrer waferens overfladekvalitet og giver en teknisk reference til højeffektiv, lavt tab og højkvalitetsbehandling. af 4H-SiC substrat wafers.
Forskerne behandlede 4H-SiC-wafere gennem forskellige forarbejdningstrin såsom trådskæring, slibning, grovslibning, finslibning og polering og undersøgte virkningerne af disse processer på overfladekvaliteten af waferen.
Resultaterne viser, at med fremskridt i forarbejdningstrinene optimeres overflademorfologien og ruheden af waferen gradvist. Efter polering når ruheden af C-fladen og Si-fladen henholdsvis 0,24 nm og 0,14 nm, hvilket opfylder kravene til epitaksial vækst. C-fladen af waferen har dårligere sejhed end Si-face-materialet og er mere tilbøjelig til at sprøde brud under forarbejdning, hvilket resulterer i relativt dårlig overflademorfologi og ruhed. Fjernelse af overfladeskadelaget på den behandlede overflade er nøglen til at forbedre waferens overfladekvalitet. Halvbredden af 4H-SiC (0004) gyngekurven kan intuitivt og præcist karakterisere waferens overfladeskadelag.
Forskning viser, at det beskadigede lag på overfladen af 4H-SiC-wafere gradvist kan fjernes gennem 4H-SiC-waferbehandling, hvilket effektivt forbedrer overfladekvaliteten af waferen, hvilket giver en teknisk reference for høj effektivitet, lavt tab og høj- kvalitetsbehandling af 4H-SiC substratwafere.
Indlægstid: Jul-08-2024