വേഫർ ഉപരിതല ഗുണനിലവാരത്തിൽ സിലിക്കൺ കാർബൈഡ് സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റൽ പ്രോസസ്സിംഗിൻ്റെ പ്രഭാവം

പവർ ഇലക്ട്രോണിക് സിസ്റ്റങ്ങളിൽ അർദ്ധചാലക പവർ ഉപകരണങ്ങൾ ഒരു പ്രധാന സ്ഥാനം വഹിക്കുന്നു, പ്രത്യേകിച്ചും ആർട്ടിഫിഷ്യൽ ഇൻ്റലിജൻസ്, 5 ജി കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻസ്, പുതിയ എനർജി വാഹനങ്ങൾ തുടങ്ങിയ സാങ്കേതികവിദ്യകളുടെ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള വികസനത്തിൻ്റെ പശ്ചാത്തലത്തിൽ, അവയ്ക്കുള്ള പ്രകടന ആവശ്യകതകൾ മെച്ചപ്പെടുത്തിയിട്ടുണ്ട്.

സിലിക്കൺ കാർബൈഡ്(4H-SiC) വൈഡ് ബാൻഡ്‌ഗാപ്പ്, ഉയർന്ന താപ ചാലകത, ഉയർന്ന തകർച്ച ഫീൽഡ് ശക്തി, ഉയർന്ന സാച്ചുറേഷൻ ഡ്രിഫ്റ്റ് നിരക്ക്, രാസ സ്ഥിരത, റേഡിയേഷൻ പ്രതിരോധം തുടങ്ങിയ ഗുണങ്ങളാൽ ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള അർദ്ധചാലക പവർ ഉപകരണങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിന് അനുയോജ്യമായ ഒരു വസ്തുവായി മാറി. എന്നിരുന്നാലും, 4H-SiC ന് ഉയർന്ന കാഠിന്യം, ഉയർന്ന പൊട്ടൽ, ശക്തമായ രാസ നിഷ്ക്രിയത്വം, ഉയർന്ന പ്രോസസ്സിംഗ് ബുദ്ധിമുട്ട് എന്നിവയുണ്ട്. വലിയ തോതിലുള്ള ഉപകരണ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് അതിൻ്റെ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് വേഫറിൻ്റെ ഉപരിതല ഗുണനിലവാരം നിർണായകമാണ്.
അതിനാൽ, 4H-SiC സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് വേഫറുകളുടെ ഉപരിതല ഗുണനിലവാരം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നത്, പ്രത്യേകിച്ച് വേഫർ പ്രോസസ്സിംഗ് ഉപരിതലത്തിലെ കേടായ പാളി നീക്കംചെയ്യുന്നത്, കാര്യക്ഷമവും കുറഞ്ഞ നഷ്ടവും ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ളതുമായ 4H-SiC സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് വേഫർ പ്രോസസ്സിംഗ് നേടുന്നതിനുള്ള താക്കോലാണ്.

പരീക്ഷണം
പരീക്ഷണം ഫിസിക്കൽ നീരാവി ഗതാഗത രീതി ഉപയോഗിച്ച് വളർത്തിയ 4 ഇഞ്ച് N-ടൈപ്പ് 4H-SiC ഇൻഗോട്ട് ഉപയോഗിക്കുന്നു, ഇത് വയർ കട്ടിംഗ്, ഗ്രൈൻഡിംഗ്, റഫ് ഗ്രൈൻഡിംഗ്, ഫൈൻ ഗ്രൈൻഡിംഗ്, പോളിഷിംഗ് എന്നിവയിലൂടെ പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുകയും C ഉപരിതലത്തിൻ്റെയും Si ഉപരിതലത്തിൻ്റെയും നീക്കം കനം രേഖപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. ഓരോ പ്രക്രിയയിലും അവസാന വേഫർ കനം.

ചിത്രം 1 4H-SiC ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയുടെ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം

ചിത്രം 2 സി-സൈഡിൽ നിന്നും 4H-ൻ്റെ സി-സൈഡിൽ നിന്നും കനം നീക്കം ചെയ്തു.SiC വേഫർവ്യത്യസ്ത പ്രോസസ്സിംഗ് ഘട്ടങ്ങൾക്ക് ശേഷം, പ്രോസസ്സിംഗിന് ശേഷം വേഫറിൻ്റെ കനം

 

വേഫറിൻ്റെ കനം, ഉപരിതല രൂപഘടന, പരുക്കൻ, മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ എന്നിവ വേഫർ ജ്യാമിതി പാരാമീറ്റർ ടെസ്റ്റർ, ഡിഫറൻഷ്യൽ ഇൻ്റർഫെറൻസ് മൈക്രോസ്‌കോപ്പ്, ആറ്റോമിക് ഫോഴ്‌സ് മൈക്രോസ്‌കോപ്പ്, ഉപരിതല പരുക്കൻത അളക്കുന്ന ഉപകരണം, നാനോഇൻഡൻ്റർ എന്നിവയാണ്. കൂടാതെ, വേഫറിൻ്റെ ക്രിസ്റ്റൽ ഗുണനിലവാരം വിലയിരുത്താൻ ഉയർന്ന റെസല്യൂഷൻ എക്സ്-റേ ഡിഫ്രാക്റ്റോമീറ്റർ ഉപയോഗിച്ചു.
ഈ പരീക്ഷണ ഘട്ടങ്ങളും ടെസ്റ്റ് രീതികളും 4H- ൻ്റെ പ്രോസസ്സിംഗ് സമയത്ത് മെറ്റീരിയൽ നീക്കംചെയ്യൽ നിരക്കും ഉപരിതല ഗുണനിലവാരവും പഠിക്കുന്നതിനുള്ള വിശദമായ സാങ്കേതിക പിന്തുണ നൽകുന്നു.SiC വേഫറുകൾ.
പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ, മെറ്റീരിയൽ നീക്കംചെയ്യൽ നിരക്ക് (എംആർആർ), ഉപരിതല രൂപഘടന, പരുക്കൻത, മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ, 4H- ൻ്റെ ക്രിസ്റ്റൽ ഗുണനിലവാരം എന്നിവയിലെ മാറ്റങ്ങൾ ഗവേഷകർ വിശകലനം ചെയ്തു.SiC വേഫറുകൾവിവിധ പ്രോസസ്സിംഗ് ഘട്ടങ്ങളിൽ (വയർ കട്ടിംഗ്, ഗ്രൈൻഡിംഗ്, റഫ് ഗ്രൈൻഡിംഗ്, ഫൈൻ ഗ്രൈൻഡിംഗ്, പോളിഷിംഗ്).

ചിത്രം 3 4H-ൻ്റെ സി-ഫേസിൻ്റെയും സി-ഫേസിൻ്റെയും മെറ്റീരിയൽ നീക്കം ചെയ്യൽ നിരക്ക്SiC വേഫർവ്യത്യസ്ത പ്രോസസ്സിംഗ് ഘട്ടങ്ങളിൽ

4H-SiC യുടെ വ്യത്യസ്ത ക്രിസ്റ്റൽ മുഖങ്ങളുടെ മെക്കാനിക്കൽ ഗുണങ്ങളുടെ അനിസോട്രോപ്പി കാരണം, ഒരേ പ്രക്രിയയ്ക്ക് കീഴിൽ സി-ഫേസും സി-ഫേസും തമ്മിൽ MRR-ൽ വ്യത്യാസമുണ്ടെന്നും സി-ഫേസിൻ്റെ MRR ഇതിനേക്കാൾ വളരെ കൂടുതലാണെന്നും പഠനം കണ്ടെത്തി. Si-മുഖം എന്ന്. പ്രോസസ്സിംഗ് ഘട്ടങ്ങളുടെ പുരോഗതിയോടെ, 4H-SiC വേഫറുകളുടെ ഉപരിതല രൂപഘടനയും പരുക്കനും ക്രമേണ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യപ്പെടുന്നു. മിനുക്കിയ ശേഷം, സി-ഫേസിൻ്റെ Ra 0.24nm ആണ്, Si-Face-ൻ്റെ Ra 0.14nm വരെ എത്തുന്നു, ഇത് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചയുടെ ആവശ്യങ്ങൾ നിറവേറ്റും.

ചിത്രം 4 വ്യത്യസ്ത പ്രോസസ്സിംഗ് ഘട്ടങ്ങൾക്ക് ശേഷം 4H-SiC വേഫറിൻ്റെ C ഉപരിതലത്തിൻ്റെയും (a~e) Si ഉപരിതലത്തിൻ്റെയും (f~j) ഒപ്റ്റിക്കൽ മൈക്രോസ്കോപ്പ് ചിത്രങ്ങൾ

ചിത്രം 5 CLP, FLP, CMP പ്രോസസ്സിംഗ് ഘട്ടങ്ങൾക്ക് ശേഷം 4H-SiC വേഫറിൻ്റെ C ഉപരിതലത്തിൻ്റെയും (a~c) Si ഉപരിതലത്തിൻ്റെയും (d~f) ആറ്റോമിക് ഫോഴ്‌സ് മൈക്രോസ്കോപ്പ് ചിത്രങ്ങൾ

ചിത്രം 6 (എ) വിവിധ പ്രോസസ്സിംഗ് ഘട്ടങ്ങൾക്ക് ശേഷം 4H-SiC വേഫറിൻ്റെ C പ്രതലത്തിൻ്റെയും Si ഉപരിതലത്തിൻ്റെയും ഇലാസ്റ്റിക് മോഡുലസും (b) കാഠിന്യവും

മെക്കാനിക്കൽ പ്രോപ്പർട്ടി ടെസ്റ്റ് കാണിക്കുന്നത് വേഫറിൻ്റെ C പ്രതലത്തിന് Si ഉപരിതല പദാർത്ഥത്തേക്കാൾ മോശം കാഠിന്യം, പ്രോസസ്സിംഗ് സമയത്ത് പൊട്ടുന്ന പൊട്ടൽ, വേഗത്തിലുള്ള മെറ്റീരിയൽ നീക്കംചെയ്യൽ, താരതമ്യേന മോശം ഉപരിതല രൂപഘടനയും പരുഷത എന്നിവയും ഉണ്ട്. പ്രോസസ്സ് ചെയ്ത ഉപരിതലത്തിൽ കേടായ പാളി നീക്കം ചെയ്യുന്നത് വേഫറിൻ്റെ ഉപരിതല ഗുണനിലവാരം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനുള്ള താക്കോലാണ്. 4H-SiC (0004) റോക്കിംഗ് കർവിൻ്റെ പകുതി-ഉയരം വീതി, വേഫറിൻ്റെ ഉപരിതല നാശത്തിൻ്റെ പാളിയെ അവബോധജന്യമായും കൃത്യമായും ചിത്രീകരിക്കാനും വിശകലനം ചെയ്യാനും ഉപയോഗിക്കാം.

ചിത്രം 7 (0004) വ്യത്യസ്ത പ്രോസസ്സിംഗ് ഘട്ടങ്ങൾക്ക് ശേഷം 4H-SiC വേഫറിൻ്റെ C-ഫേസിൻ്റെയും Si-ഫേസിൻ്റെയും പകുതി വീതിയുള്ള റോക്കിംഗ് കർവ്

4H-SiC വേഫർ പ്രോസസ്സിംഗിന് ശേഷം വേഫറിൻ്റെ ഉപരിതല കേടുപാടുകൾ ക്രമേണ നീക്കംചെയ്യാൻ കഴിയുമെന്ന് ഗവേഷണ ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു, ഇത് വേഫറിൻ്റെ ഉപരിതല ഗുണനിലവാരം ഫലപ്രദമായി മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ഉയർന്ന ദക്ഷത, കുറഞ്ഞ നഷ്ടം, ഉയർന്ന നിലവാരമുള്ള പ്രോസസ്സിംഗിനുള്ള സാങ്കേതിക റഫറൻസ് നൽകുകയും ചെയ്യുന്നു. 4H-SiC സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് വേഫറുകളുടെ.

വയർ കട്ടിംഗ്, ഗ്രൈൻഡിംഗ്, റഫ് ഗ്രൈൻഡിംഗ്, ഫൈൻ ഗ്രൈൻഡിംഗ്, പോളിഷിംഗ് എന്നിങ്ങനെ വ്യത്യസ്ത പ്രോസസ്സിംഗ് ഘട്ടങ്ങളിലൂടെ ഗവേഷകർ 4H-SiC വേഫറുകൾ പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുകയും വേഫറിൻ്റെ ഉപരിതല ഗുണനിലവാരത്തിൽ ഈ പ്രക്രിയകളുടെ ഫലങ്ങൾ പഠിക്കുകയും ചെയ്തു.
പ്രോസസ്സിംഗ് ഘട്ടങ്ങളുടെ പുരോഗതിയോടെ, വേഫറിൻ്റെ ഉപരിതല രൂപഘടനയും പരുക്കനും ക്രമേണ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യപ്പെടുന്നുവെന്ന് ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. മിനുക്കിയ ശേഷം, സി-ഫേസിൻ്റെയും സി-ഫേസിൻ്റെയും പരുക്കൻ യഥാക്രമം 0.24nm, 0.14nm എന്നിവയിൽ എത്തുന്നു, ഇത് എപ്പിറ്റാക്സിയൽ വളർച്ചയുടെ ആവശ്യകതകൾ നിറവേറ്റുന്നു. വേഫറിൻ്റെ സി-ഫേസിന് Si-ഫേസ് മെറ്റീരിയലിനേക്കാൾ മോശം കാഠിന്യമുണ്ട്, കൂടാതെ പ്രോസസ്സിംഗ് സമയത്ത് പൊട്ടുന്ന ഒടിവുകൾക്ക് സാധ്യത കൂടുതലാണ്, ഇത് താരതമ്യേന മോശം ഉപരിതല രൂപഘടനയ്ക്കും പരുക്കൻതയ്ക്കും കാരണമാകുന്നു. പ്രോസസ്സ് ചെയ്ത ഉപരിതലത്തിൻ്റെ ഉപരിതല കേടുപാടുകൾ പാളി നീക്കം ചെയ്യുന്നത് വേഫറിൻ്റെ ഉപരിതല ഗുണനിലവാരം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനുള്ള താക്കോലാണ്. 4H-SiC (0004) റോക്കിംഗ് കർവിൻ്റെ പകുതി-വീതിക്ക് വേഫറിൻ്റെ ഉപരിതല നാശത്തിൻ്റെ പാളിയെ അവബോധജന്യമായും കൃത്യമായും ചിത്രീകരിക്കാൻ കഴിയും.
4H-SiC വേഫറുകളുടെ ഉപരിതലത്തിലെ കേടായ പാളി 4H-SiC വേഫർ പ്രോസസ്സിംഗിലൂടെ ക്രമേണ നീക്കം ചെയ്യാമെന്നും, വേഫറിൻ്റെ ഉപരിതല ഗുണനിലവാരം ഫലപ്രദമായി മെച്ചപ്പെടുത്തുമെന്നും, ഉയർന്ന ദക്ഷത, കുറഞ്ഞ നഷ്ടം, ഉയർന്ന നിലവാരം എന്നിവയ്ക്കുള്ള സാങ്കേതിക റഫറൻസ് നൽകുമെന്നും ഗവേഷണങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. 4H-SiC സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് വേഫറുകളുടെ ഗുണനിലവാരമുള്ള പ്രോസസ്സിംഗ്.