Os dispositivos de potencia semicondutores ocupan unha posición central nos sistemas electrónicos de potencia, especialmente no contexto do rápido desenvolvemento de tecnoloxías como a intelixencia artificial, as comunicacións 5G e os novos vehículos de enerxía, melloráronse os requisitos de rendemento para eles.
Carburo de silicio(4H-SiC) converteuse nun material ideal para fabricar dispositivos de potencia de semicondutores de alto rendemento debido ás súas vantaxes, como unha ampla banda prohibida, alta condutividade térmica, alta intensidade de campo de ruptura, alta taxa de deriva de saturación, estabilidade química e resistencia á radiación. Non obstante, o 4H-SiC ten alta dureza, alta fraxilidade, forte inercia química e alta dificultade de procesamento. A calidade superficial da súa oblea de substrato é crucial para aplicacións de dispositivos a gran escala.
Polo tanto, mellorar a calidade da superficie das obleas de substrato 4H-SiC, especialmente a eliminación da capa danada na superficie de procesamento da oblea, é a clave para lograr un procesamento de obleas de substrato 4H-SiC eficiente, de baixa perda e de alta calidade.
Experimenta
O experimento usa un lingote de 4H-SiC de tipo N de 4 polgadas cultivado mediante o método de transporte físico de vapor, que se procesa mediante o corte de fío, a moenda, a moenda en bruto, a moenda fina e o pulido, e rexistra o espesor de eliminación da superficie C e da superficie Si e o grosor final da oblea en cada proceso.
Figura 1 Diagrama esquemático da estrutura cristalina de 4H-SiC
Figura 2 Espesor eliminado do lado C e do lado Si de 4H-Oblea de SiCdespois de diferentes etapas de procesamento e grosor da oblea despois do procesamento
O espesor, a morfoloxía da superficie, a rugosidade e as propiedades mecánicas da oblea caracterizáronse completamente polo probador de parámetros de xeometría da oblea, o microscopio de interferencia diferencial, o microscopio de forza atómica, o instrumento de medición de rugosidade superficial e o nanoindentador. Ademais, utilizouse un difractómetro de raios X de alta resolución para avaliar a calidade do cristal da oblea.
Estes pasos experimentais e métodos de proba proporcionan soporte técnico detallado para estudar a taxa de eliminación do material e a calidade da superficie durante o procesamento de 4H-Obleas de SiC.
A través de experimentos, os investigadores analizaron os cambios na taxa de eliminación de material (MRR), a morfoloxía da superficie e a rugosidade, así como as propiedades mecánicas e a calidade do cristal de 4H-Obleas de SiCen diferentes etapas de procesamento (corte de fío, moenda, desbaste, moenda fina, pulido).
Figura 3 Taxa de eliminación de material da cara C e da cara Si de 4H-Oblea de SiCen diferentes etapas de procesamento
O estudo descubriu que, debido á anisotropía das propiedades mecánicas de diferentes caras cristalinas de 4H-SiC, hai unha diferenza na MRR entre a cara C e a cara Si no mesmo proceso, e o MRR da cara C é significativamente maior que a de Si-face. Co avance dos pasos de procesamento, a morfoloxía superficial e a rugosidade das obleas 4H-SiC optimízanse gradualmente. Despois do pulido, o Ra da cara C é de 0,24 nm e o Ra da cara Si alcanza os 0,14 nm, o que pode satisfacer as necesidades do crecemento epitaxial.
Figura 4 Imaxes de microscopio óptico da superficie C (a~e) e da superficie de Si (f~j) da oblea 4H-SiC despois de diferentes pasos de procesamento
Figura 5 Imaxes de microscopio de forza atómica da superficie C (a~c) e da superficie de Si (d~f) da oblea 4H-SiC despois dos pasos de procesamento CLP, FLP e CMP
Figura 6 (a) módulo elástico e (b) dureza da superficie C e da superficie Si da oblea 4H-SiC despois de diferentes pasos de procesamento
A proba de propiedades mecánicas mostra que a superficie C da oblea ten unha dureza máis pobre que o material da superficie Si, un maior grao de fractura fráxil durante o procesamento, unha eliminación máis rápida do material e unha morfoloxía e rugosidade da superficie relativamente pobres. Eliminar a capa danada na superficie procesada é a clave para mellorar a calidade superficial da oblea. O ancho de media altura da curva de balance 4H-SiC (0004) pódese usar para caracterizar e analizar de forma intuitiva e precisa a capa de danos superficiales da oblea.
Figura 7 (0004) curva de balance medio ancho da cara C e cara Si da oblea 4H-SiC despois de diferentes pasos de procesamento
Os resultados da investigación mostran que a capa de danos na superficie da oblea pódese eliminar gradualmente despois do procesamento de obleas 4H-SiC, o que mellora efectivamente a calidade da superficie da oblea e proporciona unha referencia técnica para un procesamento de alta eficiencia, baixa perda e alta calidade. de obleas de substrato 4H-SiC.
Os investigadores procesaron obleas 4H-SiC a través de diferentes etapas de procesamento, como o corte de fío, a moenda, o desbaste, a moenda fina e o pulido, e estudaron os efectos destes procesos na calidade superficial da oblea.
Os resultados mostran que co avance dos pasos de procesamento, a morfoloxía superficial e a rugosidade da oblea son gradualmente optimizadas. Despois do pulido, a rugosidade da cara C e da cara Si alcanza os 0,24 nm e 0,14 nm respectivamente, o que cumpre os requisitos do crecemento epitaxial. A cara C da oblea ten unha tenacidade máis pobre que o material Si-face e é máis propensa á fractura fráxil durante o procesamento, o que resulta nunha morfoloxía e rugosidade da superficie relativamente pobres. Eliminar a capa de danos superficiales da superficie procesada é a clave para mellorar a calidade superficial da oblea. O ancho medio da curva de balance 4H-SiC (0004) pode caracterizar de forma intuitiva e precisa a capa de dano superficial da oblea.
A investigación mostra que a capa danada na superficie das obleas 4H-SiC pode eliminarse gradualmente mediante o procesamento de obleas 4H-SiC, mellorando de forma efectiva a calidade da superficie da oblea, proporcionando unha referencia técnica para unha alta eficiencia, baixa perda e alta procesamento de calidade de obleas de substrato 4H-SiC.
Hora de publicación: 08-Xul-2024