Verarbeitung von SiC-Einkristallsubstraten

Einkristalle aus Siliziumkarbid (SiC).werden überwiegend im Sublimationsverfahren hergestellt. Nach der Entnahme des Kristalls aus dem Tiegel sind mehrere aufwendige Bearbeitungsschritte erforderlich, um brauchbare Wafer herzustellen. Der erste Schritt besteht darin, die Kristallorientierung der SiC-Kugel zu bestimmen. Anschließend wird der Außendurchmesser der Kugel geschliffen, um eine zylindrische Form zu erhalten. Bei n-Typ-SiC-Wafern, die üblicherweise in Leistungsgeräten verwendet werden, werden sowohl die Ober- als auch die Unterseite des zylindrischen Kristalls typischerweise bearbeitet, um eine Ebene in einem Winkel von 4° relativ zur {0001}-Fläche zu erzeugen.

Anschließend wird die Bearbeitung mit gerichtetem Kanten- oder Kerbschneiden fortgesetzt, um die Kristallausrichtung der Waferoberfläche festzulegen. Bei der Herstellung von GroßdurchmessernSiC-WaferRichtungskerben ist eine gängige Technik. Der zylindrische SiC-Einkristall wird dann in dünne Scheiben geschnitten, hauptsächlich mithilfe von Mehrdraht-Schneidtechniken. Bei diesem Verfahren werden Schleifmittel zwischen dem Schneiddraht und dem SiC-Kristall platziert und gleichzeitig Druck ausgeübt, um die Schneidbewegung zu erleichtern.

Abb. 1 Überblick über die SiC-Wafer-Verarbeitungstechnologie

(a) Entfernen des SiC-Barrens aus dem Tiegel; (b) Rundschleifen; (c) gerichtetes Kanten- oder Kerbschneiden; (d) Mehrdrahtschneiden; (e) Schleifen und Polieren

Nach dem Schneiden wird dasSiC-Waferweisen oft Ungleichmäßigkeiten in der Dicke und Oberflächenunregelmäßigkeiten auf, was eine weitere Glättungsbehandlung erforderlich macht. Dies beginnt mit dem Schleifen, um Oberflächenunebenheiten im Mikrometerbereich zu beseitigen. Während dieser Phase kann die Schleifwirkung zu feinen Kratzern und Oberflächenfehlern führen. Daher ist der anschließende Polierschritt entscheidend für die Erzielung eines spiegelähnlichen Finishs. Im Gegensatz zum Schleifen werden beim Polieren feinere Schleifmittel verwendet und eine sorgfältige Pflege erforderlich, um Kratzer oder innere Schäden zu vermeiden und ein hohes Maß an Oberflächenglätte zu gewährleisten.

Durch diese VerfahrenSiC-Waferentwickeln sich von der Grobbearbeitung zur Präzisionsbearbeitung, was letztendlich zu einer flachen, spiegelähnlichen Oberfläche führt, die für Hochleistungsgeräte geeignet ist. Es ist jedoch wichtig, die scharfen Kanten zu beseitigen, die sich häufig am Rand polierter Wafer bilden. Diese scharfen Kanten können bei Kontakt mit anderen Gegenständen brechen. Um diese Zerbrechlichkeit zu verringern, ist ein Kantenschleifen des Waferumfangs erforderlich. Um die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Wafer bei der späteren Verwendung zu gewährleisten, wurden Industriestandards festgelegt.

Die außergewöhnliche Härte von SiC macht es zu einem idealen Schleifmaterial für verschiedene Bearbeitungsanwendungen. Dies stellt jedoch auch Herausforderungen bei der Verarbeitung von SiC-Boules zu Wafern dar, da es sich um einen zeitaufwändigen und komplexen Prozess handelt, der kontinuierlich optimiert wird. Eine vielversprechende Innovation zur Verbesserung traditioneller Schneidemethoden ist die Laserschneidtechnologie. Bei dieser Technik wird ein Laserstrahl von der Oberseite des zylindrischen SiC-Kristalls auf die gewünschte Schnitttiefe fokussiert, um eine modifizierte Zone innerhalb des Kristalls zu erzeugen. Durch das Scannen der gesamten Oberfläche dehnt sich dieser modifizierte Bereich allmählich zu einer Ebene aus und ermöglicht so die Trennung dünner Bleche. Im Vergleich zum herkömmlichen Mehrdrahtschneiden, das häufig zu erheblichen Schnittfugenverlusten führt und zu Oberflächenunregelmäßigkeiten führen kann, reduziert das Laserschneiden den Schnittfugenverlust und die Bearbeitungszeit erheblich, was es zu einer vielversprechenden Methode für zukünftige Entwicklungen macht.

Eine weitere innovative Schneidtechnologie ist die Anwendung des elektrischen Entladungsschneidens, das Entladungen zwischen einem Metalldraht und dem SiC-Kristall erzeugt. Diese Methode bietet den Vorteil, den Schnittfugenverlust zu reduzieren und gleichzeitig die Verarbeitungseffizienz weiter zu steigern.

Ein unverwechselbarer Ansatz fürSiC-WaferBei der Herstellung wird ein dünner Film eines SiC-Einkristalls auf ein heterogenes Substrat geklebt und so hergestelltSiC-Wafer. Dieser Bindungs- und Ablösungsprozess beginnt mit der Injektion von Wasserstoffionen in den SiC-Einkristall bis zu einer vorgegebenen Tiefe. Der SiC-Kristall, der nun mit einer ionenimplantierten Schicht ausgestattet ist, wird auf ein glattes Trägersubstrat, beispielsweise polykristallines SiC, geschichtet. Durch Druck und Hitze wird die SiC-Einkristallschicht auf das Trägersubstrat übertragen und die Ablösung abgeschlossen. Die übertragene SiC-Schicht wird einer Oberflächenglättungsbehandlung unterzogen und kann im Bondprozess wiederverwendet werden. Obwohl die Kosten für das Trägersubstrat niedriger sind als bei SiC-Einkristallen, bleiben technische Herausforderungen bestehen. Dennoch schreiten Forschung und Entwicklung in diesem Bereich weiterhin aktiv voran, mit dem Ziel, die Gesamtherstellungskosten zu senkenSiC-Wafer.

Zusammenfassend ist die Verarbeitung vonSiC-Einkristallsubstrateumfasst mehrere Schritte, vom Schleifen und Hobeln bis zum Polieren und der Kantenbearbeitung. Innovationen wie Laserschneiden und elektrische Entladungsbearbeitung verbessern die Effizienz und reduzieren Materialverschwendung, während neue Methoden der Substratbindung alternative Wege zur kostengünstigen Waferproduktion bieten. Während die Industrie weiterhin nach verbesserten Techniken und Standards strebt, bleibt das ultimative Ziel die Produktion von qualitativ hochwertigen ProduktenSiC-Waferdie den Anforderungen moderner elektronischer Geräte gerecht werden.