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第7講:SiC單晶襯底加工技術(shù)

已有6060次閱讀2025-09-03標(biāo)簽:
        將通過(guò)升華法制備的SiC單晶從坩堝中取出,經(jīng)過(guò)多個(gè)加工工藝制成晶圓。圖1展示了晶圓制造的大致工藝流程。SiC單晶(也稱為SiC boule),首先確認(rèn)其晶體方向,然后進(jìn)行外圓磨削,加工成圓柱形晶體(有時(shí)稱為SiC puck)。用于功率器件的n型SiC晶圓,其圓柱形晶體的上下表面通常是偏角為4°的{0001}平面。接下來(lái),形成一個(gè)定向邊或定向切口,用于指定晶片表面的晶體取向。在大口徑的SiC晶圓中,通常傾向于采用定向切口。之后,將圓柱形的單晶SiC加工成薄片,多數(shù)情況下,采用多線切割法進(jìn)行切片。多線切割是在切割線與SiC晶體之間放入磨粒,按壓切割線的同時(shí)讓其移動(dòng)來(lái)進(jìn)行切割。切割后的SiC板由于存在厚度分布不均勻以及表面凹凸等問(wèn)題,需要進(jìn)行平整化處理。在平整化過(guò)程中,首先通過(guò)研磨去除微米級(jí)以上的凹凸。在該階段,由于磨粒的作用,表面上會(huì)留下細(xì)微的劃痕和凹凸。接下來(lái),通過(guò)精加工拋光去除微米級(jí)以下的凹凸,使表面達(dá)到鏡面效果。與研磨相比,拋光使用的磨粒顆粒更小,并且在加工過(guò)程中會(huì)特別注意,避免在表面留下劃痕,同時(shí)也不會(huì)在內(nèi)部留下潛在的傷痕。




經(jīng)過(guò)拋光的晶圓外周通常會(huì)形成邊緣,在碰到物體時(shí)非常容易破裂。因此,需要對(duì)晶圓的外周進(jìn)行邊緣研磨,以避免出現(xiàn)銳角。圖2展示了磨邊前后的外周部的剖面形狀圖。此外,關(guān)于邊緣形狀,行業(yè)協(xié)會(huì)已制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。




 

SiC是一種非常硬的材料,常被用作各種材料加工時(shí)的磨粒,因此將SiC晶棒加工成晶圓是一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間且難度較高的過(guò)程,仍在不斷嘗試改良中。

 


 

 

作為切片加工的新嘗試,有報(bào)道稱有利用激光切片的方法。在這種技術(shù)中,激光束從圓柱形晶體的頂部照射,在SiC晶體內(nèi)所需的切片深度處聚焦形成改質(zhì)區(qū),通過(guò)對(duì)整個(gè)表面進(jìn)行掃描將改質(zhì)區(qū)擴(kuò)展為平面,然后剝離出薄片。一般使用多線切割進(jìn)行切割時(shí),會(huì)產(chǎn)生不可忽略的切口損耗,同時(shí)由于切割線的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致凹凸不平,因此研磨量也會(huì)增加,導(dǎo)致浪費(fèi)更多的晶體部分。相比之下,采用激光進(jìn)行切片的方法,可以減少切口損耗,同時(shí)還能縮短加工時(shí)間,因此被視為一種有前景的技術(shù)。

 


 

 

此外,作為切片加工的另一種方法,正嘗試在金屬絲與SiC晶體之間施加電壓,產(chǎn)生放電以進(jìn)行切割,從而減少切口損耗,這種方法被稱為金屬絲放電切片加工。

 


 

 

作為一種與傳統(tǒng)SiC單晶制備晶圓不同的方法,已有研究報(bào)告提出在異質(zhì)襯底(支撐襯底)的表面上粘合SiC單晶薄膜來(lái)制備SiC晶圓。圖3展示了粘合和剝離過(guò)程的工藝流程示意圖。首先,氫離子等從SiC單晶的表面方向注入到剝離深度。在表面平坦的支撐襯底(多晶SiC等)上疊加SiC單晶的離子注入面,然后通過(guò)加壓和升溫將SiC單晶層轉(zhuǎn)移至支撐襯底上,然后剝離。此后,SiC單晶將進(jìn)行表面
平坦化處理,并再次用于以上粘合過(guò)程。與SiC單晶相比,支撐襯底的成本較低,盡管目前仍有許多問(wèn)題有待解決,但為了降低晶圓成本,開(kāi)發(fā)仍在進(jìn)行中。






 

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