Kurze Einführung in den SiC-Wafer-Herstellungsprozess

Als unverzichtbares Substratmaterial in der hochmodernen HalbleiterindustrieSiliziumkarbid-Waferweisen hervorragende thermische und elektrische Eigenschaften auf und bieten breite Anwendungsaussichten in integrierten elektronischen Hochtemperatur-, Hochfrequenz-, Hochleistungs- und strahlungsbeständigen Geräten.

Da sich die Bearbeitungsgenauigkeit von SiC-Substraten direkt auf die Leistung der endgültigen Halbleiterbauelemente auswirkt, werden an die Oberflächenqualität von SiC-Wafern für Anwendungen in der Halbleiterfertigung äußerst strenge Anforderungen gestellt. In diesem Artikel wird kurz der Herstellungsprozess hochwertiger Siliziumkarbid-Wafer beschrieben.

1. Rohstoffvorbereitung

Hochreines Siliziumpulver und Kohlenstoffpulver, gemischt in einem bestimmten Verhältnis, werden bei einer Temperatur von über 2000 °C zur Reaktion gebracht, um Siliziumkarbidpartikel zu synthetisieren. Anschließend durchläuft das hochwertige Siliziumkarbid-Mikropulver, das die Anforderungen für das SiC-Kristallwachstum vollständig erfüllt, weitere Veredelungsverfahren wie Zerkleinerung und chemische Reinigung.

2. Kristallwachstum

Hochwertiges SiC-Mikropulver wird in den Tiegel eines Hochtemperaturofens gegeben und dann auf seine Sublimationstemperatur erhitzt, bei der es in Gase wie Si, Si₂C und SiC₂ zerfällt. Unter der Wirkung eines axialen Temperaturgradienten wandern diese Gase nach oben in die obere Ofenzone und lagern sich um den SiC-Keimkristall ab, wobei sie allmählich zu einem zylindrischen Barren wachsen.

3. Verarbeitung von Barren und Schneiden von Wafern

Der so gewachsene Siliziumkarbidblock wird mit einem Röntgen-Einkristall-Orientierungsinstrument ausgerichtet und durch Oberflächenabflachung und Rundschleifen zu Rohlingen mit Standarddurchmesser verarbeitet. Die fertigen Standard-SiC-Rohlinge werden anschließend mit einer Mehrdraht-Schneidanlage in dünne Wafer mit einer Dicke von maximal 1 mm geschnitten.

4. Läppen und Polieren von Wafern

Geschnittene Wafer werden unter Verwendung von Diamantläppschlämmen unterschiedlicher Partikelgröße geschliffen, um die erforderliche Ebenheit und Rauheit zu erreichen. Es werden kombinierte mechanische Polier- und chemisch-mechanische Polierprozesse angewendet, um die beschädigungsfreie, ultraglatte Oberfläche von SiC-Wafern zu erhalten.

5. Wafer-Inspektion

Verschiedene Parameter von SiC-Wafern werden mit professionellen Instrumenten getestet, darunter optische Mikroskope, Röntgendiffraktometer, Rasterkraftmikroskope, berührungslose Widerstandstester, Oberflächenebenheitstester und umfassende Oberflächenfehlertester. Zu den getesteten Elementen gehören Mikroröhrendichte, Kristallqualität, Oberflächenrauheit, spezifischer Widerstand, Verformung, Krümmung, Dickenschwankung und Oberflächenkratzer, auf deren Grundlage der Qualitätsgrad jedes Wafers klassifiziert wird.

6. Wafer-Reinigung

PoliertSiC-Waferwerden in der Regel mit chemischen Reinigungsmitteln und Reinstwasser gereinigt, um unerwünschte Oberflächenverunreinigungen und Polierschlammreste gründlich zu entfernen, und anschließend in einer hochreinen Stickstoffatmosphäre mit Schleudertrocknern getrocknet. Die gereinigten und getrockneten Wafer werden im Halbleiter-Reinraum in saubere Waferkassetten verpackt, sodass sie die nachgelagerten Sauberkeitsstandards vollständig erfüllen.