Zpracování monokrystalického substrátu SiC

Monokrystaly karbidu křemíku (SiC).jsou primárně vyráběny metodou sublimace. Po vyjmutí krystalu z kelímku je zapotřebí několik složitých zpracovatelských kroků k vytvoření použitelných plátků. Prvním krokem je určení krystalové orientace boule SiC. Poté se kulička podrobí broušení vnějšího průměru, aby se dosáhlo válcového tvaru. U waferů SiC typu n, které se běžně používají v energetických zařízeních, jsou horní i spodní povrchy válcového krystalu obvykle opracovány tak, aby vytvořily rovinu pod úhlem 4° vzhledem k ploše {0001}.

Dále zpracování pokračuje se směrovým řezáním hrany nebo vrubem, aby se specifikovala krystalová orientace povrchu destičky. Při výrobě velkoprůmSiC oplatky, směrové vrubování je běžná technika. Válcový monokrystal SiC je poté rozřezán na tenké pláty, primárně za použití vícedrátových řezacích technik. Tento proces zahrnuje umístění brusiva mezi řezací drát a krystal SiC za současného vyvíjení tlaku pro usnadnění řezného pohybu.

Obr. 1  Přehled technologie zpracování destiček SiC

(a) Vyjmutí SiC ingotu z kelímku; (b) válcové broušení; (c) Směrové řezání hrany nebo zářezu; (d) řezání více dráty; (e) Broušení a leštění

Po nakrájení seSiC oplatkyčasto vykazují nekonzistence v tloušťce a nepravidelnosti povrchu, což vyžaduje další zploštění. To začíná broušením, aby se odstranily nerovnosti povrchu na úrovni mikronů. Během této fáze může abrazivní účinek způsobit jemné škrábance a povrchové nedokonalosti. Následný krok leštění je tedy rozhodující pro dosažení zrcadlového povrchu. Na rozdíl od broušení se při leštění používají jemnější brusiva a vyžaduje pečlivou péči, aby se zabránilo poškrábání nebo vnitřnímu poškození, což zajišťuje vysoký stupeň hladkosti povrchu.

Prostřednictvím těchto postupů,SiC oplatkyse vyvíjejí od hrubého zpracování k přesnému obrábění, což nakonec vede k plochému zrcadlovému povrchu vhodnému pro vysoce výkonná zařízení. Zásadní je však řešení ostrých hran, které se často tvoří po obvodu leštěných plátků. Tyto ostré hrany jsou náchylné k rozbití při kontaktu s jinými předměty. Ke zmírnění této křehkosti je nutné broušení hran obvodu plátku. Pro zajištění spolehlivosti a bezpečnosti waferů během následného použití byly stanoveny průmyslové normy.

Výjimečná tvrdost SiC z něj činí ideální brusný materiál pro různé obráběcí aplikace. To však také představuje problémy při zpracování kousků SiC na plátky, protože jde o časově náročný a složitý proces, který je neustále optimalizován. Jednou slibnou inovací ke zlepšení tradičních metod krájení je technologie řezání laserem. Při této technice je laserový paprsek směrován z horní části válcového krystalu SiC a zaostřuje se v požadované hloubce řezu, aby se vytvořila upravená zóna uvnitř krystalu. Skenováním celého povrchu se tato upravená zóna postupně rozšiřuje do roviny, což umožňuje separaci tenkých plechů. Ve srovnání s konvenčním vícedrátovým řezáním, které často způsobuje značnou ztrátu řezu a může způsobit nepravidelnosti povrchu, řezání laserem výrazně snižuje ztrátu řezu a dobu zpracování, což z něj činí slibnou metodu pro budoucí vývoj.

Další inovativní technologií krájení je aplikace elektrického výbojového řezání, které generuje výboje mezi kovovým drátem a krystalem SiC. Tato metoda se může pochlubit výhodami ve snížení ztráty řezu a zároveň dále zvyšuje efektivitu zpracování.

Výrazný přístup kSiC oplatkavýroba zahrnuje přilnutí tenkého filmu monokrystalu SiC k heterogennímu substrátu, čímž se vyrábíSiC oplatky. Tento proces spojování a oddělování začíná vstřikováním vodíkových iontů do monokrystalu SiC do předem stanovené hloubky. Krystal SiC, nyní opatřený iontově implantovanou vrstvou, je navrstven na hladký nosný substrát, jako je polykrystalický SiC. Působením tlaku a tepla se vrstva monokrystalu SiC přenese na nosný substrát a dokončí se oddělení. Přenesená vrstva SiC prochází úpravou povrchového zploštění a může být znovu použita v procesu lepení. Přestože náklady na nosný substrát jsou nižší než náklady na monokrystaly SiC, technické problémy přetrvávají. Výzkum a vývoj v této oblasti však nadále aktivně postupuje s cílem snížit celkové výrobní nákladySiC oplatky.

Stručně řečeno, zpracováníSiC monokrystalické substrátyzahrnuje několik fází, od broušení a krájení až po leštění a úpravu hran. Inovace, jako je řezání laserem a obrábění elektrickým výbojem, zlepšují účinnost a snižují plýtvání materiálem, zatímco nové metody lepení substrátů nabízejí alternativní cesty k nákladově efektivní výrobě plátků. Vzhledem k tomu, že průmysl pokračuje ve snaze o zdokonalené techniky a standardy, konečným cílem zůstává výroba vysoké kvalitySiC oplatkykteré splňují požadavky pokročilých elektronických zařízení.