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碳化硅单晶衬底加工技术现状及发展趋
势
摘要:碳化硅单晶材料是一种重要的半导体材料,广泛用于功率器件、光电
器件、高温传感器等领域。随着半导体材料需求的不断增加,碳化硅单晶的切片
技术也在不断发展。本文主要介绍了碳化硅单晶衬底加工技术中涉及的切片、薄
化、抛光等技术的现状及发展趋势。其中,切片技术分为传统机械法和先进的切
割技术,而其切片质量主要由晶体结构、切割机器和切割参数等因素决定。在薄
化过程中,化学薄化技术逐渐取代传统机械薄化技术成为主流,而对薄化效果的
影响因素则主要包括初始厚度、薄化介质和薄化条件等方面。最后,抛光技术可
分为机械式轮盘CMP机和悬浮CMP机等,而其抛光质量则受制于抛光液配方、
抛光参数和抛光机器设备等方面。
关键词:碳化硅单晶;衬底;加工;技术
前言:碳化硅是一种重要的材料,由于其独特的物理和化学性质,广泛应用
于高温、高压、高频率等领域。而在碳化硅的应用过程中,单晶衬底则是不可或
缺的一个环节。单晶衬底的制备和加工对于后续器件的性能表现起着至关重要的
作用。随着碳化硅单晶衬底的广泛应用,其加工技术也逐渐得到关注。切片、薄
化和抛光作为加工过程的重要环节,则更是需要不断完善和提高。
1碳化硅单晶的切片
1.1碳化硅单晶切片技术发展现状
传统的碳化硅单晶切片技术主要采用金刚石线锯切片和脉冲激光烧蚀
切片等方法。然而,这些方法存在着许多问题,如破碎率高、切割速度慢、切割
成本高等,难以满足高质量碳化硅单晶切片的需求[1]。近年来,离子刻蚀、金刚
石磨削、线切割等新型碳化硅单晶切片技术不断涌现。离子刻蚀技术可以高效地
处理厚度为数百微米的碳化硅单晶材料,并且在切割过程中不会破坏晶体结构,
因此备受青睐。金刚石磨削技术较传统金刚石线锯切片具有更高的切割速度和更
低的破碎率。线切割技术由于其精度高、残留应力小等优点也越来越受到重视。
1.2碳化硅单晶切片技术发展趋势
首先,未来碳化硅单晶切片技术的发展将致力于高速度、高质量及低成本的
切割技术,以满足大规模生产的需求。其次,未来碳化硅单晶切片技术将集成智
能化和自动化的特征,还将配备更加完善的新型设备和设施,为生产及研发提供
更加细致的技术支持。最后,未来碳化硅单晶切片行业将会实现标准化和自动化
的生产流程,以实现系统化的碳化硅单晶切片。
1.1碳化硅单晶切片质量主要影响因素与优化措施
1.2.1主要影响因素
切削工艺参数包括进给速度、转速、切削深度、冷却剂用量等。这些参数的
合理选择对于切片质量具有重要意义。例如,进给速度快、转速低可能导致翘曲
和表面粗糙度增加;反之,在转速快、进给速度慢的情况下可以获得更高的切削
质量。碳化硅单晶材料的化学组成、晶体结构、应力状态等因素对切片质量均有
影响。例如,对于具有较高的残留应力的晶体结构,精度和表面质量的误差往往
较大。不同的切割方法也会影响碳化硅单晶的切片质量。例如,线切割法具有较
高的切割速度和较小的残余应力,而不同于离子刻蚀方法对于一些大规模的生产
中则不够适用[2]。
1.2.2优化措施
优化切削工艺参数,尤其是进给速度、转速和切削深度等参数的选择,可以
显著提高切片质量。同时,在切割过程中及时加强冷却剂的供应,也可有效降低
表面热裂缝和边缘翘曲等缺陷的产生。提高碳化硅单晶材料质量,包括化学组成、
晶体结构和应力状态的优化,可以显著提高切片的质量。例如,可以首选具有较
低残余应力的晶体结构,并缩小结晶缺陷的数量等。选择合适的切割方法也是提
高碳化硅单晶切片质量的关键。在不同需要量大或需要大面积生产的情况下,可
以考虑线切割法;对于小规模的实验室生产则离子刻蚀法或其他方法也可以考虑
使用。
3碳化硅单晶衬底碳化硅晶片的薄化
3.1碳化硅单晶衬底薄化技术研究现状
碳化硅晶片作为半导体领域中重要的材料,在激光器、发光二极管、
电容器、高压开关等领域得到了广泛应用。然而对于制造高品质、高效率的碳化
硅晶片来说,传统的加工工艺已经无法满足需求,因此需要引入薄化技术进行加
工。在碳化硅单晶衬底薄化技术方面,主要方法是通过机械剥离、陶瓷刀切割和
刻蚀法等方式,将厚实的碳化硅衬底切割成厚度较薄的碳化硅晶片,提高碳化硅
器件的性能。目前碳化硅单晶衬底碳化硅晶片的薄化技术主要有以下几种:
机械剥离法是应用机械剥离力将碳化硅单晶衬底表
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