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碳化硅(SiC) 襯底片的工藝優化和對應拋光耗材

 

      碳化硅(SiC)作為第三代寬禁帶半導體材料,也是目前發展最為成熟的第三代半導體材料。它具有優良的熱學、力學、化學和電學性質,不但是制作高溫、高頻、大功率電子器件的最佳材料之一,同時又可以用作基于氮化鎵的藍光發光二極管的襯底材料,可廣泛應用在電力電子領域、微波器件領域和LED光電子領域。
      從材料性能上,碳化硅是非常優越的,它的禁帶寬度是硅的3倍,飽和電子漂移速率高于硅2倍,臨界擊穿電場高于硅10倍,高于砷化鎵5倍;熱導率大于藍寶石20倍,是砷化鎵的10倍;還有它的化學穩定性很好。另外,從結構上比較,藍寶石不是半導體而是絕緣體,它只能做單面電極;碳化硅是導電的半導體,它可以做垂直結構。碳化硅襯底的導熱性能要比藍寶石高10倍以上。使用碳化硅襯底的芯片電極為L型,兩個電極分布在器件的表面和底部,所產生的熱量可以通過電極直接導出;同時這種襯底不需要電流擴散層,因此光不會被電流擴散層的材料吸收,這樣又提高了出光效率。
      由于碳化硅本身的莫氏硬度比較大,在9.2-9.3之間,這就決定了它的精細加工工序很繁瑣,精度加工很困難,由于效率太低最終導致產能產量嚴重不足,不能大規?;慨a。目前對碳化硅晶片的加工一般采用莫氏硬度更大、速率更快的金剛石研磨液進行研磨來達到一定的厚度,最后用傳統的CMP拋光液精拋到要求的表面狀態。
       然而,目前的碳化硅襯底加工工序單面加工時間冗長而且工序繁雜,導致效率低下,不能滿足下游市場的需要。
       有鑒于此,國瑞升特進行碳化硅(SiC)襯底拋光工藝的優化和耗材的開發。

拋光所用測試機臺為普通拋光機

碳化硅(SiC)襯底拋光工藝:粗拋測試條件及參數設定:
拋光對象: 4寸4H SiC 襯底片*3 pcs*4 Head(片子厚度約470μm)拋 光 墊:特種聚氨酯粗拋墊
粗 拋 液:GRISH復合粗拋液
黏貼方式:蠟貼
碳化硅(SiC)襯底的優化拋光工藝:
主要涉及粗拋工藝和耗材(GRISH復合粗拋液)以及精拋耗材(CMP拋光液)??芍苯佑呻p面研磨后,粗拋30min-60min,精拋120min。粗拋后大大減少精拋時間。

 

 

碳化硅(SiC)襯底優化拋光工藝的主要優勢:
      優化后的工藝條件的優勢只要集中在第二道粗拋工序上,這一道工藝由粗拋液(GRISH復合粗拋液)匹配對應的粗拋墊具有較快的拋光速率,關鍵是表面粗糙度較小,便可大大減少精拋工序的壓力。精拋液是針對碳化硅材料做的配方設計,也同時具有較高的拋光速率還能提高產品表面質量??傊w可減少目前碳化硅襯底的加工工序,提高生產效率。
拋光速率數據:

粗拋速率

精拋速率

Si

C

Si

C

12.23μm/h

14.57μm/h

2.02μm/h

1.89μm/h

 

測量點:


 

 

 

 

 

 

 

AFM測試(表面粗糙度Ra):

 

清洗后CANDELA測試:

 

總結:

 優化后的工藝和耗材對碳化硅(SiC)襯底的加工效率大大提升。

 

                        粗拋液 & 精拋液

                   

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