Processamento de substrato de cristal único SiC

Cristais únicos de carboneto de silício (SiC)são produzidos principalmente usando o método de sublimação. Depois de remover o cristal do cadinho, são necessárias várias etapas de processamento complexas para criar wafers utilizáveis. O primeiro passo é determinar a orientação do cristal da bola de SiC. Em seguida, a bola passa por retificação do diâmetro externo para obter uma forma cilíndrica. Para wafers de SiC tipo n, que são comumente usados ​​em dispositivos de energia, as superfícies superior e inferior do cristal cilíndrico são normalmente usinadas para criar um plano em um ângulo de 4° em relação à face {0001}.

Em seguida, o processamento continua com corte direcional de borda ou entalhe para especificar a orientação do cristal da superfície do wafer. Na produção de grandes diâmetrosBolachas de SiC, o entalhe direcional é uma técnica comum. O único cristal cilíndrico de SiC é então cortado em folhas finas, principalmente usando técnicas de corte com múltiplos fios. Este processo envolve a colocação de abrasivos entre o fio de corte e o cristal de SiC enquanto se aplica pressão para facilitar o movimento de corte.

Fig. 1 Visão geral da tecnologia de processamento de wafer SiC

(a) Remoção do lingote de SiC do cadinho; (b) Retificação cilíndrica; (c) Corte direcional de borda ou entalhe; (d) Corte multifio; (e) Desbaste e polimento

Depois de fatiado, oBolachas de SiCmuitas vezes apresentam inconsistências na espessura e irregularidades superficiais, necessitando de tratamento adicional de alisamento. Isso começa com a retificação para eliminar irregularidades da superfície em nível de mícron. Durante esta fase, a ação abrasiva pode introduzir arranhões finos e imperfeições superficiais. Assim, a etapa de polimento subsequente é crucial para obter um acabamento espelhado. Ao contrário do lixamento, o polimento utiliza abrasivos mais finos e requer cuidado meticuloso para evitar arranhões ou danos internos, garantindo um alto grau de lisura da superfície.

Através destes procedimentos,Bolachas de SiCevoluem do processamento bruto para a usinagem de precisão, resultando em uma superfície plana e espelhada, adequada para dispositivos de alto desempenho. No entanto, é essencial abordar as arestas vivas que muitas vezes se formam ao redor do perímetro dos wafers polidos. Essas arestas afiadas são suscetíveis de quebrar ao entrar em contato com outros objetos. Para mitigar esta fragilidade, é necessária a retificação das bordas do perímetro do wafer. Os padrões da indústria foram estabelecidos para garantir a confiabilidade e a segurança dos wafers durante o uso subsequente.

A excepcional dureza do SiC o torna um material abrasivo ideal em diversas aplicações de usinagem. No entanto, isso também apresenta desafios no processamento de bolas de SiC em wafers, pois é um processo demorado e complexo que está sendo continuamente otimizado. Uma inovação promissora para melhorar os métodos tradicionais de fatiamento é a tecnologia de corte a laser. Nesta técnica, um feixe de laser é direcionado do topo do cristal cilíndrico de SiC, focando na profundidade de corte desejada para criar uma zona modificada dentro do cristal. Ao digitalizar toda a superfície, esta zona modificada expande-se gradualmente num plano, permitindo a separação de folhas finas. Comparado ao corte convencional de múltiplos fios, que muitas vezes incorre em perda significativa de corte e pode introduzir irregularidades na superfície, o corte a laser reduz significativamente a perda de corte e o tempo de processamento, posicionando-o como um método promissor para desenvolvimentos futuros.

Outra tecnologia inovadora de fatiamento é a aplicação de corte por descarga elétrica, que gera descargas entre um fio metálico e o cristal de SiC. Este método apresenta vantagens na redução da perda de corte e, ao mesmo tempo, aumenta ainda mais a eficiência do processamento.

Uma abordagem diferenciada paraBolacha de SiCa produção envolve aderir uma película fina de cristal único de SiC a um substrato heterogêneo, fabricando assimBolachas de SiC. Este processo de ligação e desprendimento começa com a injeção de íons hidrogênio no cristal único de SiC até uma profundidade predeterminada. O cristal de SiC, agora equipado com uma camada implantada de íons, é colocado em camadas sobre um substrato de suporte liso, como o SiC policristalino. Ao aplicar pressão e calor, a camada de cristal único de SiC é transferida para o substrato de suporte, completando o desprendimento. A camada de SiC transferida passa por tratamento de alisamento superficial e pode ser reutilizada no processo de colagem. Embora o custo do substrato de suporte seja inferior ao dos monocristais de SiC, permanecem desafios técnicos. No entanto, a investigação e o desenvolvimento nesta área continuam a avançar activamente, com o objectivo de reduzir os custos globais de produção deBolachas de SiC.

Em resumo, o processamento deSubstratos de cristal único SiCenvolve vários estágios, desde moagem e corte até polimento e tratamento de bordas. Inovações como o corte a laser e a usinagem por descarga elétrica estão melhorando a eficiência e reduzindo o desperdício de material, enquanto novos métodos de ligação de substratos oferecem caminhos alternativos para a produção econômica de wafers. À medida que a indústria continua a lutar por melhores técnicas e padrões, o objectivo final continua a ser a produção de produtos de alta qualidade.Bolachas de SiCque atendem às demandas de dispositivos eletrônicos avançados.