Procesamiento de sustrato monocristalino de SiC

Monocristales de carburo de silicio (SiC)se producen principalmente mediante el método de sublimación. Después de retirar el cristal del crisol, se requieren varios pasos de procesamiento complejos para crear obleas utilizables. El primer paso es determinar la orientación del cristal de la bola de SiC. Después de esto, la bola se somete a un rectificado del diámetro exterior para lograr una forma cilíndrica. Para las obleas de SiC de tipo n, que se usan comúnmente en dispositivos de potencia, las superficies superior e inferior del cristal cilíndrico generalmente se mecanizan para crear un plano en un ángulo de 4° con respecto a la cara {0001}.

A continuación, el procesamiento continúa con un corte de borde o muesca direccional para especificar la orientación del cristal de la superficie de la oblea. En la producción de gran diámetro.Obleas de SiC, el corte direccional es una técnica común. Luego, el monocristal cilíndrico de SiC se corta en láminas delgadas, principalmente utilizando técnicas de corte con múltiples cables. Este proceso implica colocar abrasivos entre el alambre de corte y el cristal de SiC mientras se aplica presión para facilitar el movimiento de corte.

Fig. 1  Descripción general de la tecnología de procesamiento de obleas de SiC

(a) Retirar el lingote de SiC del crisol; (b) Rectificado cilíndrico; (c) Corte direccional de borde o muesca; (d) Corte con múltiples alambres; (e) Esmerilado y pulido

Después de cortar, elObleas de SiCa menudo muestran inconsistencias en el espesor e irregularidades de la superficie, lo que requiere un tratamiento adicional de aplanamiento. Esto comienza con el pulido para eliminar las irregularidades de la superficie a nivel de micras. Durante esta fase, la acción abrasiva puede introducir finos rayones e imperfecciones superficiales. Por lo tanto, el siguiente paso de pulido es crucial para lograr un acabado similar a un espejo. A diferencia del esmerilado, el pulido utiliza abrasivos más finos y requiere un cuidado meticuloso para evitar rayones o daños internos, lo que garantiza un alto grado de suavidad de la superficie.

A través de estos procedimientos,Obleas de SiCevolucionar desde el procesamiento en bruto hasta el mecanizado de precisión, lo que en última instancia da como resultado una superficie plana similar a un espejo adecuada para dispositivos de alto rendimiento. Sin embargo, es esencial abordar los bordes afilados que a menudo se forman alrededor del perímetro de las obleas pulidas. Estos bordes afilados son susceptibles de romperse al entrar en contacto con otros objetos. Para mitigar esta fragilidad, es necesario pulir los bordes del perímetro de la oblea. Se han establecido estándares industriales para garantizar la confiabilidad y seguridad de las obleas durante su uso posterior.

La dureza excepcional del SiC lo convierte en un material abrasivo ideal en diversas aplicaciones de mecanizado. Sin embargo, esto también presenta desafíos en el procesamiento de bolas de SiC en obleas, ya que es un proceso complejo y que requiere mucho tiempo y se optimiza continuamente. Una innovación prometedora para mejorar los métodos tradicionales de corte es la tecnología de corte por láser. En esta técnica, se dirige un rayo láser desde la parte superior del cristal cilíndrico de SiC, enfocándose a la profundidad de corte deseada para crear una zona modificada dentro del cristal. Al escanear toda la superficie, esta zona modificada se expande gradualmente hasta formar un plano, lo que permite la separación de láminas delgadas. En comparación con el corte convencional con múltiples hilos, que a menudo conlleva una pérdida significativa de corte y puede introducir irregularidades en la superficie, el corte por láser reduce significativamente la pérdida de corte y el tiempo de procesamiento, lo que lo posiciona como un método prometedor para desarrollos futuros.

Otra tecnología de corte innovadora es la aplicación del corte por descarga eléctrica, que genera descargas entre un alambre metálico y el cristal de SiC. Este método presenta ventajas al reducir la pérdida de corte y al mismo tiempo mejorar aún más la eficiencia del procesamiento.

Un enfoque distintivo paraoblea de SiCLa producción implica adherir una película delgada de monocristal de SiC a un sustrato heterogéneo, fabricando asíObleas de SiC. Este proceso de unión y desprendimiento comienza con la inyección de iones de hidrógeno en el monocristal de SiC a una profundidad predeterminada. El cristal de SiC, ahora equipado con una capa implantada con iones, se coloca sobre un sustrato de soporte liso, como el SiC policristalino. Al aplicar presión y calor, la capa monocristalina de SiC se transfiere al sustrato de soporte, completando el desprendimiento. La capa de SiC transferida se somete a un tratamiento de aplanamiento superficial y puede reutilizarse en el proceso de unión. Aunque el costo del sustrato de soporte es menor que el de los monocristales de SiC, persisten desafíos técnicos. Sin embargo, la investigación y el desarrollo en esta área continúan avanzando activamente, con el objetivo de reducir los costos generales de fabricación deObleas de SiC.

En resumen, el procesamiento deSustratos monocristalinos de SiCImplica múltiples etapas, desde el pulido y el corte hasta el pulido y el tratamiento de los bordes. Innovaciones como el corte por láser y el mecanizado por descarga eléctrica están mejorando la eficiencia y reduciendo el desperdicio de material, mientras que nuevos métodos de unión de sustratos ofrecen vías alternativas para una producción de obleas rentable. A medida que la industria continúa esforzándose por mejorar las técnicas y los estándares, el objetivo final sigue siendo la producción de alta calidad.Obleas de SiCque satisfacen las demandas de los dispositivos electrónicos avanzados.