वेफर पृष्ठभागाच्या गुणवत्तेवर सिलिकॉन कार्बाइड सिंगल क्रिस्टल प्रक्रियेचा प्रभाव

सेमीकंडक्टर पॉवर उपकरणे पॉवर इलेक्ट्रॉनिक प्रणालींमध्ये मुख्य स्थान व्यापतात, विशेषत: कृत्रिम बुद्धिमत्ता, 5G संप्रेषण आणि नवीन ऊर्जा वाहने यासारख्या तंत्रज्ञानाच्या जलद विकासाच्या संदर्भात, त्यांच्यासाठी कार्यक्षमतेच्या आवश्यकता सुधारल्या गेल्या आहेत.

सिलिकॉन कार्बाइड(4H-SiC) हे रुंद बँडगॅप, उच्च थर्मल चालकता, उच्च ब्रेकडाउन फील्ड सामर्थ्य, उच्च संपृक्तता प्रवाह दर, रासायनिक स्थिरता आणि रेडिएशन प्रतिरोध यासारख्या फायद्यांमुळे उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या सेमीकंडक्टर पॉवर उपकरणांच्या निर्मितीसाठी एक आदर्श सामग्री बनली आहे. तथापि, 4H-SiC मध्ये उच्च कडकपणा, उच्च ठिसूळपणा, मजबूत रासायनिक जडत्व आणि उच्च प्रक्रिया अडचण आहे. त्याच्या सब्सट्रेट वेफरची पृष्ठभागाची गुणवत्ता मोठ्या प्रमाणात उपकरण अनुप्रयोगांसाठी महत्त्वपूर्ण आहे.
त्यामुळे, 4H-SiC सब्सट्रेट वेफर्सच्या पृष्ठभागाची गुणवत्ता सुधारणे, विशेषत: वेफर प्रक्रिया पृष्ठभागावरील खराब झालेले स्तर काढून टाकणे, ही कार्यक्षम, कमी-तोटा आणि उच्च-गुणवत्तेची 4H-SiC सब्सट्रेट वेफर प्रक्रिया साध्य करण्याची गुरुकिल्ली आहे.

प्रयोग
प्रयोगामध्ये भौतिक बाष्प वाहतूक पद्धतीने उगवलेला 4-इंच एन-टाइप 4H-SiC इनगॉट वापरला जातो, ज्यावर वायर कटिंग, ग्राइंडिंग, रफ ग्राइंडिंग, बारीक ग्राइंडिंग आणि पॉलिशिंगद्वारे प्रक्रिया केली जाते आणि C पृष्ठभाग आणि Si पृष्ठभागाची काढण्याची जाडी नोंदवली जाते. आणि प्रत्येक प्रक्रियेत वेफरची अंतिम जाडी.

आकृती 1 4H-SiC क्रिस्टल स्ट्रक्चरची योजनाबद्ध आकृती

आकृती 2 सी-साइड आणि 4एच-च्या सी-साइडमधून जाडी काढली.SiC वेफरप्रक्रियेनंतर वेगवेगळ्या प्रक्रियेच्या पायऱ्या आणि वेफरची जाडी

 

वेफरची जाडी, पृष्ठभाग आकारविज्ञान, खडबडीतपणा आणि यांत्रिक गुणधर्म वेफर भूमिती पॅरामीटर टेस्टर, विभेदक हस्तक्षेप सूक्ष्मदर्शक, अणू शक्ती सूक्ष्मदर्शक, पृष्ठभागावरील खडबडीतपणा मोजण्याचे साधन आणि नॅनोइंडेंटर द्वारे पूर्णपणे वैशिष्ट्यीकृत होते. याव्यतिरिक्त, वेफरच्या क्रिस्टल गुणवत्तेचे मूल्यांकन करण्यासाठी उच्च-रिझोल्यूशन एक्स-रे डिफ्रॅक्टोमीटर वापरला गेला.
हे प्रायोगिक टप्पे आणि चाचणी पद्धती 4H- प्रक्रियेदरम्यान सामग्री काढण्याच्या दराचा आणि पृष्ठभागाच्या गुणवत्तेचा अभ्यास करण्यासाठी तपशीलवार तांत्रिक सहाय्य प्रदान करतात.SiC वेफर्स.
प्रयोगांद्वारे, संशोधकांनी मटेरियल रिमूव्हल रेट (एमआरआर), पृष्ठभाग आकारविज्ञान आणि खडबडीतपणा, तसेच यांत्रिक गुणधर्म आणि 4H- च्या क्रिस्टल गुणवत्तेतील बदलांचे विश्लेषण केले.SiC वेफर्सवेगवेगळ्या प्रक्रियेच्या चरणांमध्ये (वायर कटिंग, ग्राइंडिंग, रफ ग्राइंडिंग, बारीक ग्राइंडिंग, पॉलिशिंग).

आकृती 3 सी-फेस आणि 4एच-चा सी-फेस मटेरियल काढण्याचा दरSiC वेफरवेगवेगळ्या प्रक्रिया चरणांमध्ये

अभ्यासात असे आढळून आले की 4H-SiC च्या वेगवेगळ्या क्रिस्टल चेहऱ्यांच्या यांत्रिक गुणधर्मांच्या एनिसोट्रॉपीमुळे, त्याच प्रक्रियेत C-फेस आणि Si-फेस यांच्यातील MRR मध्ये फरक आहे आणि C-फेसचा MRR पेक्षा लक्षणीय जास्त आहे. Si-चेहऱ्याचा. प्रक्रियेच्या चरणांच्या प्रगतीसह, 4H-SiC वेफर्सचे पृष्ठभाग आकारशास्त्र आणि उग्रपणा हळूहळू अनुकूल केले जातात. पॉलिश केल्यानंतर, सी-फेसचा Ra 0.24nm आहे, आणि Si-फेसचा Ra 0.14nm पर्यंत पोहोचतो, जो एपिटॅक्सियल वाढीच्या गरजा पूर्ण करू शकतो.

आकृती 4 वेगवेगळ्या प्रक्रियेच्या पायऱ्यांनंतर 4H-SiC वेफरच्या C पृष्ठभागाच्या (a~e) आणि Si पृष्ठभागाच्या (f~j) ऑप्टिकल सूक्ष्मदर्शक प्रतिमा

आकृती 5 CLP, FLP आणि CMP प्रक्रिया चरणांनंतर 4H-SiC वेफरच्या C पृष्ठभागाच्या (a~c) आणि Si पृष्ठभागाच्या (d~f) अणुशक्तीच्या सूक्ष्मदर्शक प्रतिमा

आकृती 6 (a) लवचिक मापांक आणि (b) C पृष्ठभागाची कडकपणा आणि 4H-SiC वेफरच्या वेगवेगळ्या प्रक्रिया चरणांनंतर Si पृष्ठभाग

यांत्रिक गुणधर्म चाचणी दर्शविते की वेफरच्या C पृष्ठभागामध्ये Si पृष्ठभागाच्या सामग्रीपेक्षा खराब कडकपणा, प्रक्रियेदरम्यान ठिसूळ फ्रॅक्चर, सामग्री जलद काढणे आणि तुलनेने खराब पृष्ठभागाची आकारविज्ञान आणि खडबडीतपणा आहे. प्रक्रिया केलेल्या पृष्ठभागावरील खराब झालेले थर काढून टाकणे ही वेफरच्या पृष्ठभागाची गुणवत्ता सुधारण्याची गुरुकिल्ली आहे. 4H-SiC (0004) रॉकिंग वक्रच्या अर्ध्या-उंची रुंदीचा वापर वेफरच्या पृष्ठभागाच्या नुकसानीच्या थराचे अंतर्ज्ञान आणि अचूकपणे वैशिष्ट्य आणि विश्लेषण करण्यासाठी केला जाऊ शकतो.

आकृती 7 (0004) वेगवेगळ्या प्रक्रियेच्या पायऱ्यांनंतर सी-फेसची अर्धा-रुंदी आणि 4H-SiC वेफरचा Si-फेस

संशोधन परिणाम दर्शविते की 4H-SiC वेफर प्रक्रियेनंतर वेफरच्या पृष्ठभागावरील नुकसानाचा थर हळूहळू काढून टाकला जाऊ शकतो, ज्यामुळे वेफरच्या पृष्ठभागाची गुणवत्ता प्रभावीपणे सुधारते आणि उच्च-कार्यक्षमता, कमी-तोटा आणि उच्च-गुणवत्तेच्या प्रक्रियेसाठी तांत्रिक संदर्भ प्रदान करते. 4H-SiC सब्सट्रेट वेफर्सचे.

संशोधकांनी 4H-SiC वेफर्सवर वायर कटिंग, ग्राइंडिंग, रफ ग्राइंडिंग, बारीक ग्राइंडिंग आणि पॉलिशिंग यांसारख्या वेगवेगळ्या प्रक्रियेच्या पायऱ्यांद्वारे प्रक्रिया केली आणि वेफरच्या पृष्ठभागाच्या गुणवत्तेवर या प्रक्रियेच्या परिणामांचा अभ्यास केला.
परिणाम दर्शवितात की प्रक्रियेच्या चरणांच्या प्रगतीसह, वेफरची पृष्ठभागाची रूपरेषा आणि खडबडीतपणा हळूहळू अनुकूल केला जातो. पॉलिश केल्यानंतर, सी-फेस आणि सि-फेसचा खडबडीतपणा अनुक्रमे 0.24nm आणि 0.14nm पर्यंत पोहोचतो, जो एपिटॅक्सियल वाढीच्या गरजा पूर्ण करतो. वेफरच्या सी-फेसमध्ये सी-फेस मटेरियलपेक्षा कमी कडकपणा असतो आणि प्रक्रियेदरम्यान ठिसूळ फ्रॅक्चर होण्याची अधिक शक्यता असते, परिणामी पृष्ठभागाची आकारविज्ञान आणि खडबडीतपणा कमी होतो. प्रक्रिया केलेल्या पृष्ठभागाच्या पृष्ठभागावरील नुकसानाचा थर काढून टाकणे ही वेफरच्या पृष्ठभागाची गुणवत्ता सुधारण्याची गुरुकिल्ली आहे. 4H-SiC (0004) रॉकिंग वक्रची अर्धी-रुंदी वेफरच्या पृष्ठभागाच्या नुकसानीच्या थराला अंतर्ज्ञानी आणि अचूकपणे वैशिष्ट्यीकृत करू शकते.
संशोधनातून असे दिसून आले आहे की 4H-SiC वेफरच्या पृष्ठभागावरील खराब झालेले स्तर 4H-SiC वेफर प्रक्रियेद्वारे हळूहळू काढून टाकले जाऊ शकते, प्रभावीपणे वेफरच्या पृष्ठभागाची गुणवत्ता सुधारते, उच्च-कार्यक्षमता, कमी-तोटा आणि उच्च-कार्यक्षमतेसाठी तांत्रिक संदर्भ प्रदान करते. 4H-SiC सब्सट्रेट वेफर्सची गुणवत्तापूर्ण प्रक्रिया.