Pemprosesan Substrat Kristal Tunggal SiC

Kristal tunggal Silicon Carbide (SiC).dihasilkan terutamanya menggunakan kaedah sublimasi. Selepas mengeluarkan kristal dari mangkuk pijar, beberapa langkah pemprosesan yang rumit diperlukan untuk mencipta wafer yang boleh digunakan. Langkah pertama ialah menentukan orientasi kristal boule SiC. Selepas ini, boule mengalami pengisaran diameter luar untuk mencapai bentuk silinder. Untuk wafer SiC jenis-n, yang biasa digunakan dalam peranti kuasa, kedua-dua permukaan atas dan bawah hablur silinder biasanya dimesin untuk mencipta satah pada sudut 4° berbanding muka {0001}.

Seterusnya, pemprosesan diteruskan dengan pemotongan tepi berarah atau takuk untuk menentukan orientasi kristal permukaan wafer. Dalam pengeluaran diameter besarwafer SiC, torehan arah adalah teknik biasa. Kristal tunggal SiC silinder kemudiannya dihiris menjadi kepingan nipis, terutamanya menggunakan teknik pemotongan berbilang wayar. Proses ini melibatkan meletakkan bahan pelelas di antara wayar pemotong dan kristal SiC sambil mengenakan tekanan untuk memudahkan gerakan pemotongan.

Rajah 1  Ikhtisar teknologi pemprosesan wafer SiC

(a) Mengeluarkan jongkong SiC daripada mangkuk pijar; (b) Pengisaran silinder; (c) Pemotongan tepi arah atau takuk; (d) Pemotongan pelbagai wayar; (e) Mengisar dan menggilap

Selepas dihiris, yangwafer SiCselalunya menunjukkan ketidakkonsistenan dalam ketebalan dan ketidakteraturan permukaan, yang memerlukan rawatan meratakan selanjutnya. Ini bermula dengan pengisaran untuk menghapuskan ketidaksamaan permukaan paras mikron. Semasa fasa ini, tindakan melelas boleh menyebabkan calar halus dan ketidaksempurnaan permukaan. Oleh itu, langkah menggilap seterusnya adalah penting untuk mencapai kemasan seperti cermin. Tidak seperti pengisaran, penggilap menggunakan pelelas yang lebih halus dan memerlukan penjagaan yang teliti untuk mengelakkan calar atau kerosakan dalaman, memastikan tahap kelicinan permukaan yang tinggi.

Melalui prosedur ini,wafer SiCberkembang daripada pemprosesan kasar kepada pemesinan ketepatan, akhirnya menghasilkan permukaan rata seperti cermin yang sesuai untuk peranti berprestasi tinggi. Walau bagaimanapun, menangani tepi tajam yang sering terbentuk di sekeliling perimeter wafer yang digilap adalah penting. Tepi tajam ini mudah pecah apabila bersentuhan dengan objek lain. Untuk mengurangkan kerapuhan ini, pengisaran tepi perimeter wafer adalah perlu. Piawaian industri telah diwujudkan untuk memastikan kebolehpercayaan dan keselamatan wafer semasa penggunaan seterusnya.

Kekerasan luar biasa SiC menjadikannya bahan pelelas yang ideal dalam pelbagai aplikasi pemesinan. Walau bagaimanapun, ini juga memberikan cabaran dalam memproses boule SiC menjadi wafer, kerana ia merupakan proses yang memakan masa dan kompleks yang sedang dioptimumkan secara berterusan. Satu inovasi yang menjanjikan untuk menambah baik kaedah penghirisan tradisional ialah teknologi pemotongan laser. Dalam teknik ini, pancaran laser diarahkan dari bahagian atas kristal SiC silinder, memfokus pada kedalaman pemotongan yang diingini untuk mencipta zon diubah suai dalam kristal. Dengan mengimbas seluruh permukaan, zon yang diubah suai ini secara beransur-ansur mengembang menjadi satah, membolehkan pemisahan kepingan nipis. Berbanding dengan pemotongan berbilang wayar konvensional, yang sering mengalami kehilangan kerf yang ketara dan mungkin menyebabkan ketidakteraturan permukaan, penghirisan laser dengan ketara mengurangkan kehilangan kerf dan masa pemprosesan, meletakkannya sebagai kaedah yang menjanjikan untuk pembangunan masa hadapan.

Satu lagi teknologi penghirisan yang inovatif ialah penggunaan pemotongan nyahcas elektrik, yang menghasilkan nyahcas antara wayar logam dan kristal SiC. Kaedah ini mempunyai kelebihan dalam mengurangkan kehilangan kerf sambil meningkatkan lagi kecekapan pemprosesan.

Pendekatan tersendiri untukwafer SiCpengeluaran melibatkan melekat filem nipis kristal tunggal SiC kepada substrat heterogen, dengan itu fabrikasiwafer SiC. Proses ikatan dan detasmen ini bermula dengan suntikan ion hidrogen ke dalam kristal tunggal SiC ke kedalaman yang telah ditetapkan. Kristal SiC, kini dilengkapi dengan lapisan yang ditanam ion, dilapisi pada substrat sokongan yang licin, seperti SiC polihabluran. Dengan menggunakan tekanan dan haba, lapisan kristal tunggal SiC dipindahkan ke substrat sokongan, melengkapkan detasmen. Lapisan SiC yang dipindahkan menjalani rawatan meratakan permukaan dan boleh digunakan semula dalam proses ikatan. Walaupun kos substrat sokongan lebih rendah daripada kristal tunggal SiC, cabaran teknikal kekal. Namun begitu, penyelidikan dan pembangunan dalam bidang ini terus maju secara aktif, bertujuan untuk mengurangkan kos pengeluaran keseluruhanwafer SiC.

Secara ringkasnya, pemprosesanSubstrat kristal tunggal SiCmelibatkan pelbagai peringkat, daripada mengisar dan menghiris kepada menggilap dan rawatan tepi. Inovasi seperti pemotongan laser dan pemesinan nyahcas elektrik meningkatkan kecekapan dan mengurangkan sisa bahan, manakala kaedah baru ikatan substrat menawarkan laluan alternatif kepada pengeluaran wafer yang menjimatkan kos. Memandangkan industri terus berusaha untuk teknik dan piawaian yang dipertingkatkan, matlamat utama kekal untuk menghasilkan produk berkualiti tinggi.wafer SiCyang memenuhi permintaan peranti elektronik canggih.