실리콘 카바이드 단결정 처리가 웨이퍼 표면 품질에 미치는 영향

반도체 전력 장치는 전력 전자 시스템에서 핵심 위치를 차지하고 있으며, 특히 인공 지능, 5G 통신 및 신에너지 차량과 같은 기술의 급속한 발전이라는 맥락에서 이에 대한 성능 요구 사항이 향상되었습니다.

탄화규소(4H-SiC)는 넓은 밴드갭, 높은 열 전도성, 높은 항복 전계 강도, 높은 포화 드리프트 속도, 화학적 안정성 및 방사선 저항성과 같은 장점으로 인해 고성능 반도체 전력 장치 제조에 이상적인 재료가 되었습니다. 그러나 4H-SiC는 경도가 높고 취성이 높으며 화학적 불활성이 강하고 가공 난이도가 높습니다. 기판 웨이퍼의 표면 품질은 대규모 장치 응용 분야에 매우 중요합니다.
따라서 4H-SiC 기판 웨이퍼의 표면 품질을 향상시키는 것, 특히 웨이퍼 처리 표면의 손상된 층을 제거하는 것이 효율적이고 저손실이며 고품질의 4H-SiC 기판 웨이퍼 처리를 달성하는 열쇠입니다.

실험
실험은 물리적 기상 수송법으로 성장한 4인치 N형 4H-SiC 잉곳을 사용하여 와이어 커팅, 연삭, 거친 연삭, 미세 연삭 및 연마를 거쳐 C 표면과 Si 표면의 제거 두께를 기록합니다. 각 공정의 최종 웨이퍼 두께.

그림 1 4H-SiC 결정 구조의 개략도

그림 2 4H-의 C면과 Si면에서 제거된 두께SiC 웨이퍼다양한 처리 단계 및 처리 후 웨이퍼의 두께

 

웨이퍼의 두께, 표면 형태, 거칠기 및 기계적 특성은 웨이퍼 형상 매개변수 테스터, 미분 간섭 현미경, 원자력 현미경, 표면 거칠기 측정 장비 및 나노인덴터를 통해 완전히 특성화되었습니다. 또한 웨이퍼의 결정 품질을 평가하기 위해 고해상도 X선 회절계를 사용했습니다.
이러한 실험 단계 및 테스트 방법은 4H- 가공 중 재료 제거율 및 표면 품질을 연구하기 위한 상세한 기술 지원을 제공합니다.SiC 웨이퍼.
연구진은 실험을 통해 4H-의 물질제거율(MRR), 표면 형태 및 거칠기, 기계적 성질 및 결정 품질의 변화를 분석했다.SiC 웨이퍼다양한 가공 단계(와이어 절단, 연삭, 거친 연삭, 미세 연삭, 연마).

그림 3 4H-의 C면과 Si면의 재료 제거율SiC 웨이퍼다양한 처리 단계에서

이 연구는 4H-SiC의 서로 다른 결정면의 기계적 특성의 이방성으로 인해 동일한 공정에서 C면과 Si면 사이의 MRR에 차이가 있으며 C면의 MRR이 4H-SiC보다 훨씬 높다는 것을 발견했습니다. Si-face의 그것. 처리 단계가 발전함에 따라 4H-SiC 웨이퍼의 표면 형태와 거칠기가 점차 최적화됩니다. 연마 후 C면의 Ra는 0.24nm이고 Si면의 Ra는 0.14nm에 도달하여 에피택셜 성장 요구를 충족할 수 있습니다.

그림 4 다양한 처리 단계 후 4H-SiC 웨이퍼의 C 표면(a~e) 및 Si 표면(f~j)의 광학 현미경 이미지

그림 5 CLP, FLP 및 CMP 처리 단계 후 4H-SiC 웨이퍼의 C 표면(a~c) 및 Si 표면(d~f)의 원자력 현미경 이미지

그림 6 (a) 탄성 계수 및 (b) 다양한 처리 단계 후 4H-SiC 웨이퍼의 C 표면과 Si 표면의 경도

기계적 특성 테스트에 따르면 웨이퍼의 C 표면은 Si ​​표면 재료보다 인성이 낮고, 가공 중 취성 파괴 정도가 더 크며, 재료 제거 속도가 빠르고, 표면 형태와 거칠기가 상대적으로 열악한 것으로 나타났습니다. 웨이퍼 표면 품질을 향상시키기 위해서는 가공된 표면의 손상된 층을 제거하는 것이 핵심입니다. 4H-SiC(0004) 로킹 곡선의 절반 높이 폭을 사용하면 웨이퍼의 표면 손상층을 직관적이고 정확하게 특성화하고 분석할 수 있습니다.

그림 7(0004) 다양한 처리 단계 후 4H-SiC 웨이퍼의 C면과 Si면의 반폭 변동 곡선

연구 결과에 따르면 4H-SiC 웨이퍼 가공 후 웨이퍼의 표면 손상층이 점차적으로 제거될 수 있어 웨이퍼의 표면 품질이 효과적으로 향상되고 고효율, 저손실, 고품질 가공을 위한 기술적인 참고 자료를 제공할 수 있는 것으로 나타났다. 4H-SiC 기판 웨이퍼.

연구진은 와이어 절단, 연삭, 거친 연삭, 미세 연삭 및 연마와 같은 다양한 처리 단계를 통해 4H-SiC 웨이퍼를 처리하고 이러한 공정이 웨이퍼 표면 품질에 미치는 영향을 연구했습니다.
결과는 처리 단계가 발전함에 따라 웨이퍼의 표면 형태와 거칠기가 점차 최적화된다는 것을 보여줍니다. 연마 후 C면과 Si면의 거칠기는 각각 0.24nm와 0.14nm에 도달하여 에피택셜 성장 요구 사항을 충족합니다. 웨이퍼의 C면은 Si면 재료보다 인성이 낮고 가공 중에 취성 파괴가 발생하기 쉬워 표면 형태와 거칠기가 상대적으로 좋지 않습니다. 웨이퍼의 표면 품질을 향상시키기 위해서는 가공된 표면의 표면 손상층을 제거하는 것이 핵심입니다. 4H-SiC(0004) 로킹 곡선의 반폭은 웨이퍼의 표면 손상층을 직관적이고 정확하게 특성화할 수 있습니다.
연구 결과에 따르면 4H-SiC 웨이퍼 표면의 손상층은 4H-SiC 웨이퍼 가공을 통해 점진적으로 제거되어 웨이퍼 표면 품질을 효과적으로 향상시킬 수 있어 고효율, 저손실, 고효율화에 대한 기술적 참고 자료를 제공하는 것으로 나타났습니다. 4H-SiC 기판 웨이퍼의 고품질 처리.