半導体パワーデバイスはパワーエレクトロニクスシステムの中核的な位置を占めており、特に人工知能、5G通信、新エネルギー車などの技術の急速な発展に伴い、その性能要件も向上しています。
炭化ケイ素(4H-SiC) は、広いバンドギャップ、高い熱伝導率、高い絶縁破壊電界強度、高い飽和ドリフト率、化学的安定性、耐放射線性などの利点により、高性能半導体パワーデバイスの製造に理想的な材料となっています。しかし、4H-SiC は硬度が高く、脆性が高く、化学的不活性性が強く、加工難易度が高くなります。基板ウェーハの表面品質は、大規模デバイス用途にとって非常に重要です。
したがって、4H-SiC基板ウェーハの表面品質を向上させること、特にウェーハ加工表面のダメージ層を除去することが、効率的かつ低損失で高品質な4H-SiC基板ウェーハ加工を実現する鍵となります。
実験
実験では、物理的気相輸送法で成長させた4インチのN型4H-SiCインゴットを使用し、ワイヤーカット、研削、粗研削、精研削、研磨を経て、C面とSi面の除去厚さを記録した。各プロセスにおける最終的なウェーハの厚さ。
図1 4H-SiCの結晶構造の模式図
図2 4H-のC側とSi側の厚み除去SiCウェハさまざまな処理ステップ後および処理後のウェーハの厚さ
ウェーハの厚さ、表面形態、粗さ、および機械的特性は、ウェーハ幾何パラメータテスター、微分干渉顕微鏡、原子間力顕微鏡、表面粗さ測定器およびナノインデンターによって完全に特性評価されました。さらに、高分解能 X 線回折装置を使用してウェーハの結晶品質を評価しました。
これらの実験手順と試験方法は、4H 処理中の材料除去速度と表面品質を研究するための詳細な技術サポートを提供します。SiCウェーハ.
研究者らは実験を通じて、4H-金属の材料除去率（MRR）、表面形態と粗さ、機械的特性と結晶品質の変化を分析しました。SiCウェーハさまざまな加工ステップ（ワイヤー切断、研削、粗研削、精密研削、研磨）で。
図3 4H-のC面とSi面の材料除去率SiCウェハさまざまな処理ステップで
この研究では、4H-SiC の異なる結晶面の機械的特性の異方性により、同じプロセスの下で C 面と Si 面の間に MRR に差があり、C 面の MRR がそれよりも大幅に高いことがわかりました。シフェイスのもの。処理ステップの進歩に伴い、4H-SiC ウェーハの表面形態と粗さは徐々に最適化されます。研磨後のC面のRaは0.24nm、Si面のRaは0.14nmに達し、エピタキシャル成長のニーズを満たすことができます。
図4 異なる処理ステップ後の4H-SiCウェハのC面（a〜e）とSi面（f〜j）の光学顕微鏡画像
図5 CLP、FLP、およびCMP処理ステップ後の4H-SiCウェハのC表面（a～c）およびSi表面（d～f）の原子間力顕微鏡画像
図 6 さまざまな処理ステップ後の 4H-SiC ウェーハの C 表面と Si 表面の (a) 弾性率と (b) 硬度
機械的特性テストでは、ウェーハの C 表面は Si 表面材料よりも靭性が低く、加工中の脆性破壊の程度が大きく、材料の除去が速く、表面形態と粗さが比較的悪いことが示されています。ウェーハの表面品質を向上させるには、加工表面のダメージ層を除去することが重要です。 4H-SiC (0004) ロッキングカーブの半値幅を使用すると、ウェーハの表面損傷層を直感的かつ正確に特徴付け、分析できます。
図 7 異なる処理ステップ後の 4H-SiC ウェーハの C 面と Si 面の (0004) ロッキングカーブ半値幅
研究結果は、4H-SiCウェーハ処理後にウェーハの表面損傷層を徐々に除去できることを示し、これによりウェーハの表面品質が効果的に改善され、高効率、低損失、高品質処理の技術的参考となる。 4H-SiC基板ウエハの製造。
研究者らは、ワイヤー切断、研削、粗研削、精密研削、研磨などのさまざまな処理ステップを通じて4H-SiCウェハを処理し、これらのプロセスがウェハの表面品質に及ぼす影響を研究しました。
結果は、処理ステップが進むにつれて、ウェーハの表面形態と粗さが徐々に最適化されることを示しています。研磨後のC面とSi面の粗さはそれぞれ0.24nmと0.14nmに達し、エピタキシャル成長の要件を満たします。ウェハの C 面は、Si 面材料よりも靭性が低く、処理中に脆性破壊が起こりやすく、その結果、表面形態と粗さが比較的劣ります。ウエハの表面品質を向上させるには、加工面の表面ダメージ層を除去することが鍵となります。 4H-SiC (0004) ロッキングカーブの半値幅は、ウェーハの表面損傷層を直感的かつ正確に特徴付けることができます。
研究によると、4H-SiC ウェーハの表面の損傷層は 4H-SiC ウェーハの処理を通じて徐々に除去され、ウェーハの表面品質が効果的に改善され、高効率、低損失、高効率の技術的リファレンスとなります。 4H-SiC基板ウェーハの高品質処理。
投稿日時: 2024 年 7 月 8 日