વેફર સપાટીની ગુણવત્તા પર સિલિકોન કાર્બાઇડ સિંગલ ક્રિસ્ટલ પ્રોસેસિંગની અસર

સેમિકન્ડક્ટર પાવર ડિવાઈસ પાવર ઈલેક્ટ્રોનિક સિસ્ટમ્સમાં મુખ્ય સ્થાન ધરાવે છે, ખાસ કરીને આર્ટિફિશિયલ ઈન્ટેલિજન્સ, 5G કોમ્યુનિકેશન્સ અને નવા એનર્જી વાહનો જેવી ટેક્નોલોજીના ઝડપી વિકાસના સંદર્ભમાં, તેમના માટે કામગીરીની જરૂરિયાતોમાં સુધારો કરવામાં આવ્યો છે.

સિલિકોન કાર્બાઇડ(4H-SiC) વિશાળ બેન્ડગેપ, ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા, ઉચ્ચ બ્રેકડાઉન ફીલ્ડ સ્ટ્રેન્થ, ઉચ્ચ સંતૃપ્તિ ડ્રિફ્ટ રેટ, રાસાયણિક સ્થિરતા અને રેડિયેશન પ્રતિકાર જેવા ફાયદાઓને કારણે ઉચ્ચ-પ્રદર્શન સેમિકન્ડક્ટર પાવર ડિવાઇસના ઉત્પાદન માટે એક આદર્શ સામગ્રી બની છે. જો કે, 4H-SiC ઉચ્ચ કઠિનતા, ઉચ્ચ બરડપણું, મજબૂત રાસાયણિક જડતા અને ઉચ્ચ પ્રક્રિયામાં મુશ્કેલી ધરાવે છે. તેના સબસ્ટ્રેટ વેફરની સપાટીની ગુણવત્તા મોટા પાયે ઉપકરણ એપ્લિકેશનો માટે નિર્ણાયક છે.
તેથી, 4H-SiC સબસ્ટ્રેટ વેફરની સપાટીની ગુણવત્તામાં સુધારો કરવો, ખાસ કરીને વેફર પ્રોસેસિંગ સપાટી પરના ક્ષતિગ્રસ્ત સ્તરને દૂર કરવું, કાર્યક્ષમ, ઓછી-નુકશાન અને ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળી 4H-SiC સબસ્ટ્રેટ વેફર પ્રક્રિયાને હાંસલ કરવાની ચાવી છે.

પ્રયોગ
પ્રયોગમાં ભૌતિક વરાળ પરિવહન પદ્ધતિ દ્વારા ઉગાડવામાં આવેલા 4-ઇંચના N-ટાઇપ 4H-SiC ઇન્ગોટનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જે વાયર કટીંગ, ગ્રાઇન્ડીંગ, રફ ગ્રાઇન્ડીંગ, ફાઇન ગ્રાઇન્ડીંગ અને પોલિશીંગ દ્વારા પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે અને C સપાટી અને Si સપાટીની દૂર કરવાની જાડાઈને રેકોર્ડ કરે છે. અને દરેક પ્રક્રિયામાં વેફરની અંતિમ જાડાઈ.

આકૃતિ 1 4H-SiC ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચરનો સ્કીમેટિક ડાયાગ્રામ

આકૃતિ 2 4H- ની સી-સાઇડ અને સિ-સાઇડમાંથી જાડાઈ દૂર કરવામાં આવી છે.SiC વેફરપ્રક્રિયા કર્યા પછી વિવિધ પ્રક્રિયાના પગલાં અને વેફરની જાડાઈ

 

વેફરની જાડાઈ, સપાટીની આકારશાસ્ત્ર, ખરબચડી અને યાંત્રિક ગુણધર્મો વેફર ભૂમિતિ પરિમાણ પરીક્ષક, વિભેદક હસ્તક્ષેપ માઇક્રોસ્કોપ, અણુ બળ માઈક્રોસ્કોપ, સપાટીની ખરબચડી માપન સાધન અને નેનોઈન્ડેન્ટર દ્વારા સંપૂર્ણપણે દર્શાવવામાં આવ્યા હતા. વધુમાં, વેફરની ક્રિસ્ટલ ગુણવત્તાનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે ઉચ્ચ-રિઝોલ્યુશન એક્સ-રે ડિફ્રેક્ટોમીટરનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો.
આ પ્રાયોગિક પગલાં અને પરીક્ષણ પદ્ધતિઓ 4H-ની પ્રક્રિયા દરમિયાન સામગ્રી દૂર કરવાના દર અને સપાટીની ગુણવત્તાનો અભ્યાસ કરવા માટે વિગતવાર તકનીકી સહાય પૂરી પાડે છે.SiC વેફર્સ.
પ્રયોગો દ્વારા, સંશોધકોએ મટિરિયલ રિમૂવલ રેટ (એમઆરઆર), સપાટીના આકારવિજ્ઞાન અને ખરબચડી તેમજ યાંત્રિક ગુણધર્મો અને 4H-ની ક્રિસ્ટલ ગુણવત્તામાં ફેરફારનું વિશ્લેષણ કર્યું.SiC વેફર્સવિવિધ પ્રોસેસિંગ સ્ટેપ્સમાં (વાયર કટીંગ, ગ્રાઇન્ડીંગ, રફ ગ્રાઇન્ડીંગ, ફાઇન ગ્રાઇન્ડીંગ, પોલીશીંગ).

આકૃતિ 3 સી-ફેસ અને 4એચ-ના સી-ફેસનો સામગ્રી દૂર કરવાનો દરSiC વેફરવિવિધ પ્રક્રિયાના પગલાઓમાં

અભ્યાસમાં જાણવા મળ્યું છે કે 4H-SiC ના વિવિધ ક્રિસ્ટલ ચહેરાઓના યાંત્રિક ગુણધર્મોની એનિસોટ્રોપીને કારણે, સમાન પ્રક્રિયા હેઠળ C-ફેસ અને Si-ફેસ વચ્ચે MRR માં તફાવત છે, અને C-ફેસનો MRR નોંધપાત્ર રીતે વધારે છે. સાઇ-ફેસ કે. પ્રક્રિયાના પગલાઓની પ્રગતિ સાથે, 4H-SiC વેફર્સની સપાટીની આકારવિજ્ઞાન અને રફનેસ ધીમે ધીમે ઑપ્ટિમાઇઝ થાય છે. પોલિશ કર્યા પછી, સી-ફેસનો Ra 0.24nm છે, અને Si-ફેસનો Ra 0.14nm સુધી પહોંચે છે, જે એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરી શકે છે.

આકૃતિ 4 વિવિધ પ્રોસેસિંગ સ્ટેપ્સ પછી 4H-SiC વેફરની C સપાટી (a~e) અને Si સપાટી (f~j) ની ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપ છબીઓ

આકૃતિ 5 CLP, FLP અને CMP પ્રક્રિયાના પગલાં પછી 4H-SiC વેફરની C સપાટી (a~c) અને Si સપાટી (d~f) ની અણુ બળ માઇક્રોસ્કોપ છબીઓ

આકૃતિ 6 (a) સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસ અને (b) C સપાટીની કઠિનતા અને 4H-SiC વેફરની Si સપાટી વિવિધ પ્રક્રિયાના પગલાં પછી

યાંત્રિક ગુણધર્મ પરીક્ષણ બતાવે છે કે વેફરની C સપાટી Si સપાટીની સામગ્રી કરતાં નબળી કઠિનતા ધરાવે છે, પ્રક્રિયા દરમિયાન બરડ અસ્થિભંગની મોટી માત્રા, સામગ્રીને ઝડપી દૂર કરવી અને પ્રમાણમાં નબળી સપાટીની આકારવિજ્ઞાન અને રફનેસ છે. પ્રક્રિયા કરેલી સપાટી પરના ક્ષતિગ્રસ્ત સ્તરને દૂર કરવું એ વેફરની સપાટીની ગુણવત્તા સુધારવા માટેની ચાવી છે. 4H-SiC (0004) રોકિંગ કર્વની અડધી-ઊંચાઈની પહોળાઈનો ઉપયોગ વેફરના સપાટીના નુકસાનના સ્તરને સાહજિક અને સચોટ રીતે દર્શાવવા અને તેનું વિશ્લેષણ કરવા માટે કરી શકાય છે.

આકૃતિ 7 (0004) સી-ફેસની અડધી-પહોળાઈ અને 4H-SiC વેફરનો Si-ફેસ વિવિધ પ્રોસેસિંગ સ્ટેપ્સ પછી રોકિંગ કર્વ

સંશોધન પરિણામો દર્શાવે છે કે 4H-SiC વેફર પ્રોસેસિંગ પછી વેફરની સપાટીના નુકસાનના સ્તરને ધીમે ધીમે દૂર કરી શકાય છે, જે વેફરની સપાટીની ગુણવત્તાને અસરકારક રીતે સુધારે છે અને ઉચ્ચ-કાર્યક્ષમતા, ઓછી-નુકશાન અને ઉચ્ચ ગુણવત્તાની પ્રક્રિયા માટે તકનીકી સંદર્ભ પૂરો પાડે છે. 4H-SiC સબસ્ટ્રેટ વેફરનું.

સંશોધકોએ વાયર કટીંગ, ગ્રાઇન્ડીંગ, રફ ગ્રાઇન્ડીંગ, ફાઇન ગ્રાઇન્ડીંગ અને પોલીશીંગ જેવા વિવિધ પ્રોસેસીંગ સ્ટેપ્સ દ્વારા 4H-SiC વેફરની પ્રક્રિયા કરી અને વેફરની સપાટીની ગુણવત્તા પર આ પ્રક્રિયાઓની અસરોનો અભ્યાસ કર્યો.
પરિણામો દર્શાવે છે કે પ્રક્રિયાના પગલાઓની પ્રગતિ સાથે, વેફરની સપાટીની આકારવિજ્ઞાન અને ખરબચડી ધીમે ધીમે ઑપ્ટિમાઇઝ થાય છે. પોલિશ કર્યા પછી, સી-ફેસ અને સી-ફેસની ખરબચડી અનુક્રમે 0.24nm અને 0.14nm સુધી પહોંચે છે, જે એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરે છે. વેફરના સી-ફેસમાં સિ-ફેસ મટિરિયલ કરતાં નબળી કઠોરતા હોય છે, અને પ્રોસેસિંગ દરમિયાન બરડ અસ્થિભંગ થવાની સંભાવના વધુ હોય છે, પરિણામે સપાટી પ્રમાણમાં નબળી મોર્ફોલોજી અને ખરબચડી બને છે. વેફરની સપાટીની ગુણવત્તા સુધારવા માટે પ્રોસેસ્ડ સપાટીના નુકસાનના સ્તરને દૂર કરવું એ ચાવી છે. 4H-SiC (0004) રોકિંગ કર્વની અડધી-પહોળાઈ વેફરના સપાટીને નુકસાનના સ્તરને સાહજિક અને સચોટ રીતે દર્શાવી શકે છે.
સંશોધન દર્શાવે છે કે 4H-SiC વેફરની સપાટી પરના ક્ષતિગ્રસ્ત સ્તરને 4H-SiC વેફર પ્રોસેસિંગ દ્વારા ધીમે ધીમે દૂર કરી શકાય છે, વેફરની સપાટીની ગુણવત્તામાં અસરકારક રીતે સુધારો કરીને, ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા, ઓછી-નુકશાન અને ઉચ્ચ-ક્ષમતા માટે તકનીકી સંદર્ભ પૂરો પાડે છે. 4H-SiC સબસ્ટ્રેટ વેફર્સની ગુણવત્તાયુક્ત પ્રક્રિયા.