वेफर सतह की गुणवत्ता पर सिलिकॉन कार्बाइड एकल क्रिस्टल प्रसंस्करण का प्रभाव

सेमीकंडक्टर बिजली उपकरण बिजली इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों में एक मुख्य स्थान रखते हैं, विशेष रूप से कृत्रिम बुद्धिमत्ता, 5जी संचार और नई ऊर्जा वाहनों जैसी प्रौद्योगिकियों के तेजी से विकास के संदर्भ में, उनके लिए प्रदर्शन आवश्यकताओं में सुधार किया गया है।

सिलिकन कार्बाइड(4H-SiC) व्यापक बैंडगैप, उच्च तापीय चालकता, उच्च ब्रेकडाउन क्षेत्र की ताकत, उच्च संतृप्ति बहाव दर, रासायनिक स्थिरता और विकिरण प्रतिरोध जैसे फायदों के कारण उच्च प्रदर्शन वाले अर्धचालक बिजली उपकरणों के निर्माण के लिए एक आदर्श सामग्री बन गया है। हालाँकि, 4H-SiC में उच्च कठोरता, उच्च भंगुरता, मजबूत रासायनिक जड़ता और उच्च प्रसंस्करण कठिनाई होती है। इसके सब्सट्रेट वेफर की सतह की गुणवत्ता बड़े पैमाने पर डिवाइस अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है।
इसलिए, 4H-SiC सब्सट्रेट वेफर्स की सतह की गुणवत्ता में सुधार करना, विशेष रूप से वेफर प्रसंस्करण सतह पर क्षतिग्रस्त परत को हटाना, कुशल, कम-नुकसान और उच्च गुणवत्ता वाले 4H-SiC सब्सट्रेट वेफर प्रसंस्करण प्राप्त करने की कुंजी है।

प्रयोग
प्रयोग में भौतिक वाष्प परिवहन विधि द्वारा उगाए गए 4-इंच एन-प्रकार 4H-SiC पिंड का उपयोग किया जाता है, जिसे तार काटने, पीसने, रफ पीसने, बारीक पीसने और पॉलिश करने के माध्यम से संसाधित किया जाता है, और C सतह और Si सतह की मोटाई को रिकॉर्ड किया जाता है। और प्रत्येक प्रक्रिया में अंतिम वेफर मोटाई।

चित्र 1 4H-SiC क्रिस्टल संरचना का योजनाबद्ध आरेख

चित्र 2 4H के सी-साइड और सी-साइड से मोटाई हटा दी गई-SiC वेफरप्रसंस्करण के बाद विभिन्न प्रसंस्करण चरणों और वेफर की मोटाई के बाद

 

वेफर की मोटाई, सतह आकारिकी, खुरदरापन और यांत्रिक गुणों को पूरी तरह से वेफर ज्यामिति पैरामीटर परीक्षक, अंतर हस्तक्षेप माइक्रोस्कोप, परमाणु बल माइक्रोस्कोप, सतह खुरदरापन मापने वाले उपकरण और नैनोइंडेंटर द्वारा चित्रित किया गया था। इसके अलावा, वेफर की क्रिस्टल गुणवत्ता का मूल्यांकन करने के लिए उच्च-रिज़ॉल्यूशन एक्स-रे डिफ्रेक्टोमीटर का उपयोग किया गया था।
ये प्रायोगिक चरण और परीक्षण विधियां 4H- के प्रसंस्करण के दौरान सामग्री हटाने की दर और सतह की गुणवत्ता का अध्ययन करने के लिए विस्तृत तकनीकी सहायता प्रदान करती हैं।SiC वेफर्स.
प्रयोगों के माध्यम से, शोधकर्ताओं ने सामग्री निष्कासन दर (एमआरआर), सतह आकृति विज्ञान और खुरदरापन, साथ ही यांत्रिक गुणों और 4H- की क्रिस्टल गुणवत्ता में परिवर्तनों का विश्लेषण किया।SiC वेफर्सविभिन्न प्रसंस्करण चरणों में (तार काटना, पीसना, रफ पीसना, बारीक पीसना, पॉलिश करना)।

चित्र 3 सी-फेस और 4H के सी-फेस की सामग्री हटाने की दर-SiC वेफरविभिन्न प्रसंस्करण चरणों में

अध्ययन में पाया गया कि 4H-SiC के विभिन्न क्रिस्टल चेहरों के यांत्रिक गुणों की अनिसोट्रॉपी के कारण, एक ही प्रक्रिया के तहत सी-फेस और सी-फेस के बीच एमआरआर में अंतर होता है, और सी-फेस का एमआरआर काफी अधिक होता है। सी-फेस का. प्रसंस्करण चरणों की प्रगति के साथ, 4H-SiC वेफर्स की सतह आकृति विज्ञान और खुरदरापन को धीरे-धीरे अनुकूलित किया जाता है। पॉलिश करने के बाद, सी-फेस का रा 0.24 एनएम है, और सी-फेस का रा 0.14 एनएम तक पहुंच जाता है, जो एपिटैक्सियल विकास की जरूरतों को पूरा कर सकता है।

चित्र 4 विभिन्न प्रसंस्करण चरणों के बाद 4H-SiC वेफर की C सतह (a~e) और Si सतह (f~j) की ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप छवियां

चित्र 5 सीएलपी, एफएलपी और सीएमपी प्रसंस्करण चरणों के बाद 4H-SiC वेफर की C सतह (a~c) और Si सतह (d~f) की परमाणु बल माइक्रोस्कोप छवियां

चित्र 6 (ए) लोचदार मापांक और (बी) विभिन्न प्रसंस्करण चरणों के बाद 4H-SiC वेफर की C सतह और Si सतह की कठोरता

यांत्रिक संपत्ति परीक्षण से पता चलता है कि वेफर की सी सतह में सी सतह सामग्री की तुलना में खराब कठोरता है, प्रसंस्करण के दौरान भंगुर फ्रैक्चर की एक बड़ी डिग्री, तेजी से सामग्री हटाने, और अपेक्षाकृत खराब सतह आकृति विज्ञान और खुरदरापन है। संसाधित सतह पर क्षतिग्रस्त परत को हटाना वेफर की सतह की गुणवत्ता में सुधार करने की कुंजी है। 4H-SiC (0004) रॉकिंग कर्व की आधी ऊंचाई की चौड़ाई का उपयोग वेफर की सतह क्षति परत को सहज और सटीक रूप से चिह्नित और विश्लेषण करने के लिए किया जा सकता है।

चित्र 7 (0004) विभिन्न प्रसंस्करण चरणों के बाद 4एच-एसआईसी वेफर के सी-फेस और सी-फेस की आधी-चौड़ाई वाला रॉकिंग कर्व

शोध के नतीजे बताते हैं कि 4H-SiC वेफर प्रसंस्करण के बाद वेफर की सतह क्षति परत को धीरे-धीरे हटाया जा सकता है, जो वेफर की सतह की गुणवत्ता में प्रभावी ढंग से सुधार करता है और उच्च दक्षता, कम हानि और उच्च गुणवत्ता वाले प्रसंस्करण के लिए एक तकनीकी संदर्भ प्रदान करता है। 4H-SiC सब्सट्रेट वेफर्स का।

शोधकर्ताओं ने तार काटने, पीसने, रफ पीसने, बारीक पीसने और पॉलिशिंग जैसे विभिन्न प्रसंस्करण चरणों के माध्यम से 4H-SiC वेफर्स को संसाधित किया और वेफर की सतह की गुणवत्ता पर इन प्रक्रियाओं के प्रभावों का अध्ययन किया।
नतीजे बताते हैं कि प्रसंस्करण चरणों की प्रगति के साथ, वेफर की सतह आकृति विज्ञान और खुरदरापन धीरे-धीरे अनुकूलित हो जाता है। पॉलिश करने के बाद, सी-फेस और सी-फेस का खुरदरापन क्रमशः 0.24 एनएम और 0.14 एनएम तक पहुंच जाता है, जो एपिटैक्सियल विकास की आवश्यकताओं को पूरा करता है। वेफर के सी-फेस में सी-फेस सामग्री की तुलना में कम कठोरता होती है, और प्रसंस्करण के दौरान भंगुर फ्रैक्चर का खतरा अधिक होता है, जिसके परिणामस्वरूप अपेक्षाकृत खराब सतह आकारिकी और खुरदरापन होता है। संसाधित सतह की सतह क्षति परत को हटाना वेफर की सतह की गुणवत्ता में सुधार करने की कुंजी है। 4H-SiC (0004) रॉकिंग कर्व की आधी चौड़ाई वेफर की सतह क्षति परत को सहज और सटीक रूप से चिह्नित कर सकती है।
अनुसंधान से पता चलता है कि 4H-SiC वेफर्स की सतह पर क्षतिग्रस्त परत को 4H-SiC वेफर प्रसंस्करण के माध्यम से धीरे-धीरे हटाया जा सकता है, जिससे वेफर की सतह की गुणवत्ता में प्रभावी ढंग से सुधार होता है, उच्च दक्षता, कम हानि और उच्च-क्षमता के लिए एक तकनीकी संदर्भ प्रदान किया जाता है। 4H-SiC सब्सट्रेट वेफर्स की गुणवत्ता प्रसंस्करण।