Lavorazione del substrato monocristallino SiC

Cristalli singoli di carburo di silicio (SiC).vengono prodotti principalmente utilizzando il metodo della sublimazione. Dopo aver rimosso il cristallo dal crogiolo, sono necessarie diverse fasi di lavorazione complesse per creare wafer utilizzabili. Il primo passo è determinare l'orientamento dei cristalli della boule di SiC. Successivamente la boccia viene sottoposta a rettifica del diametro esterno per ottenere una forma cilindrica. Per i wafer SiC di tipo n, comunemente utilizzati nei dispositivi di potenza, sia la superficie superiore che quella inferiore del cristallo cilindrico vengono generalmente lavorate per creare un piano con un angolo di 4° rispetto alla faccia {0001}.

Successivamente, la lavorazione continua con il taglio direzionale del bordo o con tacca per specificare l'orientamento del cristallo della superficie del wafer. Nella produzione di grande diametroWafer SiC, l'intaglio direzionale è una tecnica comune. Il singolo cristallo cilindrico di SiC viene quindi tagliato in fogli sottili, principalmente utilizzando tecniche di taglio multifilo. Questo processo prevede il posizionamento di abrasivi tra il filo da taglio e il cristallo SiC applicando pressione per facilitare il movimento di taglio.

Fig. 1  Panoramica della tecnologia di elaborazione dei wafer SiC

(a) Rimozione del lingotto di SiC dal crogiolo; (b) macinazione cilindrica; (c) Taglio direzionale del bordo o dell'intaglio; (d) Taglio multifilo; (e) Smerigliatura e lucidatura

Dopo aver affettato, ilWafer SiCpresentano spesso incongruenze di spessore ed irregolarità superficiali, rendendo necessari ulteriori trattamenti di spianatura. Questo inizia con la rettifica per eliminare le irregolarità superficiali a livello di micron. Durante questa fase l'azione abrasiva può introdurre sottili graffi ed imperfezioni superficiali. Pertanto, la successiva fase di lucidatura è fondamentale per ottenere una finitura a specchio. A differenza della molatura, la lucidatura utilizza abrasivi più fini e richiede una cura meticolosa per evitare graffi o danni interni, garantendo un elevato grado di levigatezza della superficie.

Attraverso queste procedure,Wafer SiCevolvere dalla lavorazione grezza alla lavorazione di precisione, ottenendo infine una superficie piana a specchio adatta a dispositivi ad alte prestazioni. Tuttavia, è essenziale affrontare gli spigoli vivi che spesso si formano attorno al perimetro dei wafer lucidati. Questi spigoli vivi sono suscettibili di rompersi al contatto con altri oggetti. Per mitigare questa fragilità è necessaria la molatura del perimetro del wafer. Sono stati stabiliti standard di settore per garantire l'affidabilità e la sicurezza dei wafer durante l'uso successivo.

L'eccezionale durezza del SiC lo rende un materiale abrasivo ideale in varie applicazioni di lavorazione. Tuttavia, ciò presenta anche delle sfide nella trasformazione delle boule di SiC in wafer, poiché si tratta di un processo lungo e complesso che viene continuamente ottimizzato. Un’innovazione promettente per migliorare i metodi di affettatura tradizionali è la tecnologia di taglio laser. In questa tecnica, un raggio laser viene diretto dalla parte superiore del cristallo cilindrico di SiC, focalizzandosi alla profondità di taglio desiderata per creare una zona modificata all'interno del cristallo. Scansionando l'intera superficie, questa zona modificata si espande gradualmente in un piano, consentendo la separazione di fogli sottili. Rispetto al taglio multifilo convenzionale, che spesso comporta una significativa perdita di taglio e può introdurre irregolarità superficiali, il taglio laser riduce significativamente la perdita di taglio e i tempi di lavorazione, posizionandolo come un metodo promettente per sviluppi futuri.

Un'altra tecnologia di slicing innovativa è l'applicazione del taglio con scarica elettrica, che genera scariche tra un filo metallico e il cristallo SiC. Questo metodo vanta vantaggi nel ridurre la perdita di taglio migliorando ulteriormente l'efficienza della lavorazione.

Un approccio distintivo aWafer SiCla produzione prevede l'adesione di una sottile pellicola di monocristallo SiC a un substrato eterogeneo, quindi la fabbricazioneWafer SiC. Questo processo di legame e distacco inizia con l'iniezione di ioni idrogeno nel singolo cristallo SiC ad una profondità predeterminata. Il cristallo di SiC, ora dotato di uno strato impiantato con ioni, viene stratificato su un substrato di supporto liscio, come il SiC policristallino. Applicando pressione e calore, lo strato monocristallino di SiC viene trasferito sul substrato di supporto, completandone il distacco. Lo strato di SiC trasferito subisce un trattamento di appiattimento superficiale e può essere riutilizzato nel processo di incollaggio. Sebbene il costo del substrato di supporto sia inferiore a quello dei singoli cristalli di SiC, permangono sfide tecniche. Tuttavia, la ricerca e lo sviluppo in questo settore continuano a progredire attivamente, con l’obiettivo di ridurre i costi complessivi di produzioneWafer SiC.

In sintesi, il trattamento diSubstrati monocristallini SiCprevede più fasi, dalla molatura e affettatura alla lucidatura e al trattamento dei bordi. Innovazioni come il taglio laser e la lavorazione con scarica elettrica stanno migliorando l’efficienza e riducendo gli sprechi di materiale, mentre nuovi metodi di incollaggio dei substrati offrono percorsi alternativi per una produzione di wafer economicamente vantaggiosa. Mentre l’industria continua a impegnarsi per migliorare tecniche e standard, l’obiettivo finale rimane la produzione di alta qualitàWafer SiCche soddisfano le esigenze dei dispositivi elettronici avanzati.