Perangkat daya semikonduktor menempati posisi inti dalam sistem elektronika daya, terutama dalam konteks pesatnya perkembangan teknologi seperti kecerdasan buatan, komunikasi 5G, dan kendaraan energi baru, persyaratan kinerjanya telah ditingkatkan.
Silikon karbida(4H-SiC) telah menjadi bahan ideal untuk pembuatan perangkat daya semikonduktor berkinerja tinggi karena keunggulannya seperti celah pita lebar, konduktivitas termal tinggi, kekuatan medan tembus tinggi, laju penyimpangan saturasi tinggi, stabilitas kimia, dan ketahanan radiasi. Namun, 4H-SiC memiliki kekerasan tinggi, kerapuhan tinggi, kelembaman kimia yang kuat, dan kesulitan pemrosesan yang tinggi. Kualitas permukaan wafer substratnya sangat penting untuk aplikasi perangkat berskala besar.
Oleh karena itu, meningkatkan kualitas permukaan wafer substrat 4H-SiC, terutama menghilangkan lapisan rusak pada permukaan pemrosesan wafer, adalah kunci untuk mencapai pemrosesan wafer substrat 4H-SiC yang efisien, rendah kerugian, dan berkualitas tinggi.
Percobaan
Percobaan ini menggunakan ingot 4H-SiC tipe N berukuran 4 inci yang ditanam dengan metode pengangkutan uap fisik, yang diproses melalui pemotongan kawat, penggilingan, penggilingan kasar, penggilingan halus dan pemolesan, serta mencatat ketebalan penghilangan permukaan C dan permukaan Si. dan ketebalan wafer akhir pada setiap proses.
Gambar 1 Diagram skema struktur kristal 4H-SiC
Gambar 2 Ketebalan dihilangkan dari sisi C dan sisi Si dari 4H-wafer SiCsetelah langkah pemrosesan yang berbeda dan ketebalan wafer setelah pemrosesan
Ketebalan, morfologi permukaan, kekasaran dan sifat mekanik wafer dikarakterisasi secara lengkap dengan alat penguji parameter geometri wafer, mikroskop interferensi diferensial, mikroskop gaya atom, alat ukur kekasaran permukaan dan nanoindenter. Selain itu, difraktometer sinar-X resolusi tinggi digunakan untuk mengevaluasi kualitas kristal wafer.
Langkah-langkah eksperimental dan metode pengujian ini memberikan dukungan teknis terperinci untuk mempelajari laju penghilangan material dan kualitas permukaan selama pemrosesan 4H-wafer SiC.
Melalui eksperimen, para peneliti menganalisis perubahan laju penghilangan material (MRR), morfologi dan kekasaran permukaan, serta sifat mekanik dan kualitas kristal 4H-.wafer SiCdalam langkah pemrosesan yang berbeda (pemotongan kawat, penggilingan, penggilingan kasar, penggilingan halus, pemolesan).
Gambar 3 Laju penghilangan material pada muka C dan muka Si pada 4H-wafer SiCdalam langkah pemrosesan yang berbeda
Studi ini menemukan bahwa karena anisotropi sifat mekanik permukaan kristal 4H-SiC yang berbeda, terdapat perbedaan MRR antara permukaan C dan permukaan Si dalam proses yang sama, dan MRR permukaan C secara signifikan lebih tinggi daripada permukaan kristal 4H-SiC. yaitu wajah Si. Dengan kemajuan langkah pemrosesan, morfologi permukaan dan kekasaran wafer 4H-SiC dioptimalkan secara bertahap. Setelah pemolesan, Ra permukaan C adalah 0,24nm, dan Ra permukaan Si mencapai 0,14nm, yang dapat memenuhi kebutuhan pertumbuhan epitaksi.
Gambar 4 Gambar mikroskop optik dari permukaan C (a~e) dan permukaan Si (f~j) wafer 4H-SiC setelah langkah pemrosesan yang berbeda
Gambar 5 Gambar mikroskop gaya atom permukaan C (a~c) dan permukaan Si (d~f) wafer 4H-SiC setelah langkah pemrosesan CLP, FLP dan CMP
Gambar 6 (a) modulus elastisitas dan (b) kekerasan permukaan C dan permukaan Si wafer 4H-SiC setelah langkah pemrosesan yang berbeda
Uji sifat mekanik menunjukkan bahwa permukaan C wafer memiliki ketangguhan yang lebih buruk dibandingkan material permukaan Si, tingkat patah getas yang lebih besar selama pemrosesan, penghilangan material lebih cepat, serta morfologi dan kekasaran permukaan yang relatif buruk. Menghilangkan lapisan rusak pada permukaan yang diproses adalah kunci untuk meningkatkan kualitas permukaan wafer. Lebar setengah tinggi kurva goyang 4H-SiC (0004) dapat digunakan untuk mengkarakterisasi dan menganalisis lapisan kerusakan permukaan wafer secara intuitif dan akurat.
Gambar 7 (0004) kurva goyang setengah lebar muka C dan muka Si wafer 4H-SiC setelah langkah pemrosesan yang berbeda
Hasil penelitian menunjukkan bahwa lapisan kerusakan permukaan wafer dapat dihilangkan secara bertahap setelah pemrosesan wafer 4H-SiC, yang secara efektif meningkatkan kualitas permukaan wafer dan memberikan referensi teknis untuk pemrosesan dengan efisiensi tinggi, kerugian rendah, dan berkualitas tinggi. wafer substrat 4H-SiC.
Para peneliti memproses wafer 4H-SiC melalui langkah-langkah pemrosesan yang berbeda seperti pemotongan kawat, penggilingan, penggilingan kasar, penggilingan halus dan pemolesan, dan mempelajari efek dari proses ini terhadap kualitas permukaan wafer.
Hasilnya menunjukkan bahwa seiring dengan kemajuan langkah pemrosesan, morfologi permukaan dan kekasaran wafer secara bertahap dioptimalkan. Setelah pemolesan, kekasaran permukaan C dan permukaan Si masing-masing mencapai 0,24nm dan 0,14nm, yang memenuhi persyaratan pertumbuhan epitaksi. Permukaan C pada wafer memiliki ketangguhan yang lebih buruk dibandingkan bahan permukaan Si, dan lebih rentan terhadap patah getas selama pemrosesan, sehingga morfologi dan kekasaran permukaan relatif buruk. Menghilangkan lapisan kerusakan permukaan pada permukaan yang diproses adalah kunci untuk meningkatkan kualitas permukaan wafer. Setengah lebar kurva goyang 4H-SiC (0004) dapat secara intuitif dan akurat mengkarakterisasi lapisan kerusakan permukaan wafer.
Penelitian menunjukkan bahwa lapisan rusak pada permukaan wafer 4H-SiC dapat dihilangkan secara bertahap melalui pemrosesan wafer 4H-SiC, yang secara efektif meningkatkan kualitas permukaan wafer, memberikan referensi teknis untuk efisiensi tinggi, kerugian rendah, dan tinggi- pemrosesan kualitas wafer substrat 4H-SiC.
Waktu posting: 08-Juli-2024