Los dispositivos de potencia semiconductores ocupan una posición central en los sistemas electrónicos de potencia, especialmente en el contexto del rápido desarrollo de tecnologías como la inteligencia artificial, las comunicaciones 5G y los vehículos de nueva energía, y se han mejorado los requisitos de rendimiento para ellos.
Carburo de silicio(4H-SiC) se ha convertido en un material ideal para la fabricación de dispositivos semiconductores de potencia de alto rendimiento debido a sus ventajas como banda prohibida amplia, alta conductividad térmica, alta intensidad de campo de ruptura, alta tasa de deriva de saturación, estabilidad química y resistencia a la radiación. Sin embargo, el 4H-SiC tiene alta dureza, alta fragilidad, fuerte inercia química y alta dificultad de procesamiento. La calidad de la superficie de su oblea de sustrato es crucial para aplicaciones de dispositivos a gran escala.
Por lo tanto, mejorar la calidad de la superficie de las obleas de sustrato de 4H-SiC, especialmente eliminando la capa dañada en la superficie de procesamiento de la oblea, es la clave para lograr un procesamiento de obleas de sustrato de 4H-SiC eficiente, de baja pérdida y de alta calidad.
Experimento
El experimento utiliza un lingote de 4H-SiC tipo N de 4 pulgadas cultivado mediante el método de transporte físico de vapor, que se procesa mediante corte con alambre, esmerilado, desbastado, esmerilado fino y pulido, y registra el espesor de eliminación de la superficie C y la superficie Si. y el espesor final de la oblea en cada proceso.
Figura 1 Diagrama esquemático de la estructura cristalina de 4H-SiC.
Figura 2 Espesor retirado del lado C y del lado Si de 4H-Oblea de SiCdespués de diferentes pasos de procesamiento y espesor de la oblea después del procesamiento
El espesor, la morfología de la superficie, la rugosidad y las propiedades mecánicas de la oblea se caracterizaron completamente mediante un probador de parámetros de geometría de la oblea, un microscopio de interferencia diferencial, un microscopio de fuerza atómica, un instrumento de medición de la rugosidad de la superficie y un nanoindentador. Además, se utilizó un difractómetro de rayos X de alta resolución para evaluar la calidad del cristal de la oblea.
Estos pasos experimentales y métodos de prueba brindan soporte técnico detallado para estudiar la tasa de eliminación de material y la calidad de la superficie durante el procesamiento de 4H-.Obleas de SiC.
A través de experimentos, los investigadores analizaron los cambios en la tasa de eliminación de material (MRR), la morfología y rugosidad de la superficie, así como las propiedades mecánicas y la calidad del cristal del 4H-.Obleas de SiCen diferentes pasos de procesamiento (corte de alambre, rectificado, rectificado basto, rectificado fino, pulido).
Figura 3 Tasa de eliminación de material de la cara C y la cara Si de 4H-Oblea de SiCen diferentes pasos de procesamiento
El estudio encontró que debido a la anisotropía de las propiedades mecánicas de diferentes caras cristalinas de 4H-SiC, existe una diferencia en el MRR entre la cara C y la cara Si bajo el mismo proceso, y el MRR de la cara C es significativamente mayor que el de la cara C. el de Si-cara. Con el avance de los pasos de procesamiento, la morfología de la superficie y la rugosidad de las obleas de 4H-SiC se optimizan gradualmente. Después del pulido, el Ra de la cara C es de 0,24 nm y el Ra de la cara Si alcanza los 0,14 nm, lo que puede satisfacer las necesidades del crecimiento epitaxial.
Figura 4 Imágenes de microscopio óptico de la superficie C (a~e) y la superficie Si (f~j) de una oblea de 4H-SiC después de diferentes pasos de procesamiento
Figura 5 Imágenes de microscopio de fuerza atómica de la superficie C (a~c) y la superficie Si (d~f) de una oblea de 4H-SiC después de los pasos de procesamiento CLP, FLP y CMP
Figura 6 (a) módulo elástico y (b) dureza de la superficie C y la superficie Si de la oblea 4H-SiC después de diferentes pasos de procesamiento
La prueba de propiedades mecánicas muestra que la superficie C de la oblea tiene menor tenacidad que el material de la superficie Si, un mayor grado de fractura frágil durante el procesamiento, una eliminación más rápida del material y una morfología y rugosidad superficial relativamente pobres. Quitar la capa dañada en la superficie procesada es la clave para mejorar la calidad de la superficie de la oblea. El ancho de media altura de la curva oscilante 4H-SiC (0004) se puede utilizar para caracterizar y analizar de forma intuitiva y precisa la capa de daño superficial de la oblea.
Figura 7 (0004) Ancho medio de la curva de oscilación de la cara C y la cara Si de la oblea 4H-SiC después de diferentes pasos de procesamiento
Los resultados de la investigación muestran que la capa dañada de la superficie de la oblea se puede eliminar gradualmente después del procesamiento de la oblea 4H-SiC, lo que mejora efectivamente la calidad de la superficie de la oblea y proporciona una referencia técnica para un procesamiento de alta eficiencia, bajas pérdidas y alta calidad. de obleas de sustrato 4H-SiC.
Los investigadores procesaron obleas de 4H-SiC a través de diferentes pasos de procesamiento, como corte con alambre, esmerilado, desbastado, esmerilado fino y pulido, y estudiaron los efectos de estos procesos en la calidad de la superficie de la oblea.
Los resultados muestran que con el avance de los pasos de procesamiento, la morfología de la superficie y la rugosidad de la oblea se optimizan gradualmente. Después del pulido, la rugosidad de la cara C y la cara Si alcanza 0,24 nm y 0,14 nm respectivamente, lo que cumple con los requisitos del crecimiento epitaxial. La cara C de la oblea tiene menor tenacidad que el material de cara Si y es más propensa a fracturarse por fragilidad durante el procesamiento, lo que resulta en una morfología y rugosidad de la superficie relativamente pobres. Eliminar la capa de daño superficial de la superficie procesada es la clave para mejorar la calidad de la superficie de la oblea. La mitad del ancho de la curva de oscilación de 4H-SiC (0004) puede caracterizar de forma intuitiva y precisa la capa de daño superficial de la oblea.
Las investigaciones muestran que la capa dañada en la superficie de las obleas de 4H-SiC se puede eliminar gradualmente mediante el procesamiento de obleas de 4H-SiC, lo que mejora efectivamente la calidad de la superficie de la oblea y proporciona una referencia técnica para alta eficiencia, bajas pérdidas y alta eficiencia. procesamiento de calidad de obleas de sustrato 4H-SiC.
Hora de publicación: 08-jul-2024