Krótkie wprowadzenie do procesu wytwarzania płytek SiC

Jako niezbędny materiał podłoża w najnowocześniejszym przemyśle półprzewodników,wafle z węglika krzemuwykazują doskonałe właściwości termiczne i elektryczne, oferując szerokie perspektywy zastosowania w zintegrowanych urządzeniach elektronicznych pracujących w wysokiej temperaturze, wysokiej częstotliwości, dużej mocy i odpornych na promieniowanie.

Ponieważ precyzja obróbki podłoży SiC ma bezpośredni wpływ na wydajność końcowych urządzeń półprzewodnikowych, na jakość powierzchni płytek SiC w zastosowaniach produkcyjnych półprzewodników nakładane są niezwykle rygorystyczne wymagania. W artykule opisano pokrótce proces wytwarzania wysokiej jakości płytek z węglika krzemu.

1. Przygotowanie surowca

Proszek krzemowy o wysokiej czystości i proszek węglowy, zmieszane w określonym stosunku, poddawane są reakcji w temperaturze przekraczającej 2000℃ w celu syntezy cząstek węglika krzemu. Następnie wysokiej jakości mikroproszek węglika krzemu, który w pełni spełnia wymagania dotyczące wzrostu kryształów SiC, poddawany jest kolejnym procedurom rafinacji, takim jak kruszenie i czyszczenie chemiczne.

2. Wzrost kryształów

Wysokiej jakości mikroproszek SiC umieszcza się w tyglu w piecu wysokotemperaturowym, a następnie podgrzewa do temperatury sublimacji, w której rozkłada się na gazy takie jak Si, Si₂C i SiC₂. Pod wpływem osiowego gradientu temperatury gazy te migrują w górę do górnej strefy pieca i osadzają się wokół kryształu zaszczepiającego SiC, stopniowo urastając do cylindrycznego wlewka.

3. Przetwarzanie wlewków i krojenie wafli

Wyrośnięty wlewek węglika krzemu jest orientowany za pomocą rentgenowskiego instrumentu do orientacji monokryształów i przetwarzany na półfabrykaty o standardowej średnicy poprzez spłaszczanie powierzchni i szlifowanie cylindryczne. Gotowe standardowe półfabrykaty SiC są następnie krojone na cienkie wafle o grubości nie większej niż 1 mm za pomocą wielodrutowego urządzenia do krojenia.

4. Docieranie i polerowanie płytek

Pokrojone wafle są mielone przy użyciu zawiesin diamentowych o różnych rozmiarach cząstek w celu uzyskania wymaganej płaskości i chropowatości. W celu uzyskania wolnej od uszkodzeń, ultragładkiej powierzchni płytek SiC stosuje się połączone procesy polerowania mechanicznego i polerowania chemiczno-mechanicznego.

5. Kontrola płytek

Różne parametry płytek SiC są testowane za pomocą profesjonalnych instrumentów, w tym mikroskopu optycznego, dyfraktometru rentgenowskiego, mikroskopu sił atomowych, bezdotykowego testera rezystywności, testera płaskości powierzchni i wszechstronnego testera defektów powierzchni. Testowane elementy obejmują gęstość mikrorurek, jakość kryształów, chropowatość powierzchni, oporność, wypaczenie, wygięcie, zmienność grubości i zarysowania powierzchni, na podstawie których klasyfikuje się stopień jakości każdej płytki.

6. Czyszczenie płytek

BłyszczącyPłytki SiCsą zazwyczaj czyszczone przy użyciu chemicznych środków czyszczących i ultraczystej wody w celu dokładnego usunięcia niepożądanych zanieczyszczeń powierzchniowych i pozostałości szlamu polerskiego, a następnie suszone w atmosferze azotu o ultrawysokiej czystości za pomocą suszarek wirowych. Oczyszczone i wysuszone płytki są pakowane do czystych kaset waflowych w pomieszczeniu czystym klasy półprzewodników, dzięki czemu w pełni spełniają standardy czystości na dalszym etapie produkcji.