シリコンカービード (SiC) ワッフル次世代の電力電子機器,電気自動車,再生可能エネルギーシステム,高周波通信機器の 最も重要な半導体基板の一つになりました.伝統的なシリコン (Si) ワッフルと比較してSiCは,広い帯隙,高い分解電圧,高い熱伝導性,優れた化学的安定性を含む優れた電気,熱,機械特性を有します.

しかし,SiC を理想的な半導体材料にするこれらの性質は,ウェーファー製造においても大きな課題を生み出します.SiC は非常に硬くて脆い材料です.磨きなどの加工を行う通常のシリコン・ウェーファー加工と比較して,表面の加工ははるかに困難です.

高品質のSiCウエファーを作るには,材料の除去,表面の荒さ,結晶の損傷,欠陥,汚染の正確な制御が必要です.これらの要因は,SiC装置の性能と信頼性に直接影響します..

この記事では,磨き,磨き技術,および一般的な表面欠陥に焦点を当てて,SiCウエファー加工の技術的な概要を提供します.

1. なぜSiCウエファー加工が難しいのか

シリコンカービードは,強い共性結晶構造に配置されたシリコンと炭素原子から構成される化合物半導体である.

SiCの加工を困難にする物理的性質は:

1.1 非常に高い硬さ

SiCはモース硬度約9.0 ‰9である.5ダイヤモンドに近い

この結果として:

• 磨き中に高いツールの磨き
• 物質除去効率が低い
• 処理コストの増加
• 超滑らかな表面を手に入れる難しさ

シリコンと比較して,SiCはより積極的な機械加工技術が必要です.

1.2 高い脆さ

SiCは機械的に強いものの 壊れやすいこともあります

機械加工過程において,過剰な機械的ストレスは,次の原因を引き起こす可能性があります.

• 表面の裂け目
• 地下部の損傷
• 縁の切断
• ワッフルの破裂

したがって,機械的ストレスの制御は,SiCウエファー製造における最も重要な課題の一つです.

1.3 強い化学的安定性

SiC は 化学 耐性 が 優れ て 高温 適用 に 便利 です.

しかし,それはまた,以下を意味しています.

• 従来 の 化学 磨き 方法 は 効果 が 劣る
• より 進歩 的 な 磨き 技術 が 必要 です
• 処理時間が増加する

2. SiC・ウェーファー製造プロセス概要

典型的なSiCウエファー製造プロセスには,いくつかの主要なステップが含まれます.

1シリコン・クリスタル成長

高品質のSiC結晶は,以下の方法を用いて製造される.

• 物理蒸気輸送 (PVT)
• 高温化学蒸気堆積 (HTCVD)

この結晶はSiCボールと呼ばれます

2ワッフル切る

SiCボールは以下のように薄いウエフラーに切る.

• ダイヤモンドワイヤの切削
• レーザーによる切断
• 先進的な切断技術

課題は以下の通りです

• 物質的損失
• 切断する
• 表面の不規則性

3磨き

磨きは,切断器の損傷を取り除き,ウエフルの厚さを調整します.

4塗り 磨き

これらのプロセスは改善します.

• 平らさ
• 表面の荒さ
• 結晶質

5検査と清掃

最終検査では,以下のことが評価されます.

• 欠陥密度
• 表面の荒さ
• 厚さ 均一性
• 水晶の欠陥

3. SiC ワッフル 磨きプロセス

3.1 研磨の目的

切断後,SiCウエフルは通常以下の性質を有する.

• 表面の粗さが高い
• シールマーク
• 地下裂け目
• 厚さの変化

粉砕 は 損傷 し た 層 を 取り除き,ウエファー を 磨く ため に 準備 する.

3.2 研磨方法

機械式 磨き

機械磨きでは,ダイヤモンド磨き輪を使って SiC物質を除去します.

典型的なパラメータは:

• 磨き圧力
• 車輪の速さ
• 飼料率
• ダイヤモンドの粒子の大きさ

利点:

• 物質除去率が高い
• 厚さ調整に適した
• 熟成した工業プロセス

課題

• 機械的ストレスを発生させる
• 地下層にダメージを与えます
• 追加的な磨き手順が必要です

3.3 ダイヤモンド Abrasive の選択

SiC は 非常に硬いので,ダイヤモンド製の磨材が一般的に使用されます.

磨材の大きさは以下に影響します

粗い ダイヤモンド の 粒子

利点:

• より高い除去率

デメリット:

• 表面のダメージが増える

精巧 な ダイヤモンド の 粒子

利点:

• 表面の質が向上する

デメリット:

• 低効率

生産性と表面の整合性をバランスさせる必要があります

4. SiC・ウェーファー・ポーリング技術

研磨後,SiCウエファは半導体級の表面を得るために磨きが必要です.

目標要求には,以下が含まれます.

• ナノメートルの表面荒さ
• 欠陥密度が低い
• 最高の平らさ
• 地下部のダメージは最小限

4.1 メカニカル・ポーリング

メカニカル・ポーリングでは 表面材料を徐々に取り除くために 磨き剤を用いられる.

一般的な磨材には以下のものがあります.

• ダイヤモンドスロー
• コロイドシリカ
• アルミナ粒子

利点:

• シンプルなプロセス
• 表面加工能力が良さ

制限:

• 傷つきやすい
• 物質の除去速度が遅い

4.2 化学機械磨き (CMP)

CMPは機械的な磨きと化学反応を組み合わせます

このプロセスは,以下を使用します.

• 化学スロー
• 磨きパッド
• 制御された圧力

化学反応によって SiC表面が柔らかくなり 機械的な除去が可能になります

利点:

• 優れた表面品質
• 低粗さ
• 半導体用途に適している

課題

• 緩やかな除去率
• 難しい化学最適化
• 高コスト

4.3 プラズマと高度な磨き技術

SiC処理の限界を克服するための新しいアプローチが開発されています.

その例として,以下を挙げます.

プラズマによる磨き

プラズマ活性化を使って SiC表面を 改変します

利点:

• 機械的損傷を減らす
• 表面質の改善

マグネトリオロジカル仕上げ

磁場制御の磨き液を使ってる

利点:

• 超精密仕上げ
• 高度な用途に適しています

5SiCウエフルの一般的な表面欠陥

表面の質は半導体装置の性能に直接影響します

SiCウエフルの加工中にいくつかの欠陥が頻繁に発生します.

5.1 傷痕

傷は以下のような原因で起こる一般的な欠陥です.

• アブラシブ粒子
• 不適切な磨き条件
• 汚染

影響:

• 流出電流の増加
• 装置の信頼性の低下

5.2 マイクロパイプ

マイクロパイプは SiC結晶を通って広がる空っぽの核の欠陥です

結晶の成長中に発生します

影響:

• 電気障害
• 装置の故障

現代のSiC製造はマイクロパイプの密度を大幅に減少させましたが,それらを制御することは依然として重要です.

5.3 基礎平面変位 (BPD)

BPDは基礎平面にある結晶の欠陥です

原因は以下の通りです.

• 双極性障害
• 装置の寿命短縮

高性能のSiC電源装置では BPD制御が不可欠です

5.4 糸の外れ

この欠陥は 水晶を垂直に横切っています

種類は以下の通りです.

• 螺旋回線シール (TSD) の外れ
• 糸の縁の外れ (TED)

影響を与える可能性があります.

• 輸送機の移動性
• 装置の信頼性

5.5 エッジチップ

エッジの切断は主に次の時に起こります.

• 切る
• 磨き
• 処理

原因は:

• 低固度ウエファー
• 破損のリスクが高くなる
• 梱包の難しさ

6重要なSiC・ウェーバー品質パラメータ

表面の荒さ (Ra)

表面の荒さは微小な表面変化を示します

下の Ra 値は,次の場合に必要である.

• エピタキシアル成長
• 高性能装置

総厚さ変化 (TTV)

TTVは,ウエファー全体の厚さの違いを表します.

低TTVは改善します.

• プロセスの均一性
• 装置の出力

弓とウォープ

ボウとウォープは,ウエファーの曲率を表しています.

高値では以下のようなことが起こります.

• リトグラフィーのアライナメント問題
• 問題の処理

欠陥密度

重要な欠陥は以下の通りである.

• マイクロパイプ
• 変身
• 粒子
• 表面の欠陥

欠陥密度が低い場合,デバイスの信頼性が高くなります.

7. SiC・ウェーファー加工における将来の発展傾向

7.1 より大きな直径のSiCワッフル

産業は次の段階から移行しています

• 100mm SiCウエーフ
• 150mm SiCウエーフ

次の方向へ

• 200mm SiCウエーフ

大きいウエフは製造コストを削減できるが,加工に追加的な課題が生じる.

7.2 AIベースのプロセス最適化

人工知能は,次のような目的で,ますます利用されています.

• 欠陥検出
• プロセスの監視
• 利回り予測

7.3 改善された表面工学

将来の技術は,以下の点に焦点を当てます.

• より速く磨く
• 損害処理が減る
• 欠陥管理の改善

結論

SiCウエファは,特に高電力および高温アプリケーションにおいて,次世代の半導体装置にとって重要な利点を提供します.しかし,例外的な硬さ,脆さ,SiCの化学的安定性により,円盤加工は従来のシリコン製造よりもかなり困難です.

半導体級のSiCウエフルの作成には 磨きや磨き技術が重要な役割を果たします 表面の欠陥,結晶の損傷,厚さの変動,装置の性能と生産生産量を向上させるには,表面の荒さも不可欠です..

電気自動車,再生可能エネルギーシステム,先進的な電力電子機器の需要が増加するにつれて未来半導体技術の開発における重要な要因であり続けるだろう..