碳化矽襯底損傷層

Mondo 科學 更新 2024-01-31

在晶圓加工過程中,減薄、研磨和拋光依次去除切片引入的損壞層,導致晶圓的全域性平坦化,從而產生無損傷、低表面粗糙度的 4H-SiC 晶圓。 然而,4H-SiC晶圓的加工過程存在工藝損傷去除不完全或不可避免地引入新損傷的情況。 根據光學顯微鏡下損傷是否可見,將4H-SiC晶圓表面的損傷分為表面損傷(SDS)和亞表面損傷(SSDS)。 其中,SDS包括劃痕、磕碰、凹坑等,可以通過光學顯微鏡直接觀察到另一方面,SSD主要分布在表面以下,無法通過光學顯微鏡直接觀察到。

已發現 4H-SiC 晶圓的 SSD 包括亞表面微裂紋、位錯聚集、非晶相和殘餘應力。 SDS SSDS在後續的外延工藝中會作為缺陷的成核中心,嚴重影響外延層的質量,進而影響4H-SiC基器件的效能和可靠性。 因此,SDS SSD的準確識別和去除對於高質量4H-SiC晶圓的加工和應用至關重要。

4H-SiC晶圓的主要加工工藝分為:切片、減薄、研磨、拋光和清洗。 除了晶體本身的質量問題(如碳包封、多型、微管、位錯等),對襯底外延和後續器件製造影響最大的缺陷是SDS SSDS。 由於兩者都起源於晶圓加工,因此明確SDS SSD的產生和去除機理,優化晶圓加工工藝,以嚴格控制4HSiC晶圓的SDS SSD,提高後續4H-SiC單晶生長或均質外延的質量具有重要意義。

在4H-SiC切片等工藝中,材料主要通過脆性斷裂方式去除,不可避免地在表面以下引入微裂紋,導致材料的SDS和SSDS。 亞表面的微裂紋不僅降低了4H-SiC晶圓的機械強度,還會影響後續的工藝和生產成本,是評價晶圓加工質量的重要指標。

切片過程是切片過程中影響微裂紋損傷層厚度的關鍵因素。 在隨後的減薄、研磨和拋光過程中,損傷層的厚度逐漸減小,拋光後有效去除,得到全域性平坦、近乎無損的4H-SiC晶圓。

奈米壓痕測試結果表明,4H-SiC在機械應力作用下產生的損傷層在巨集觀層面上呈現Y形裂紋,包括中向裂紋和橫向裂紋。 其中,中裂紋發生在磨粒載入過程中,隨著磨粒壓痕深度的增加,中裂紋從變形區底部開始向下擴充套件卸荷時,中間裂紋逐漸閉合,側向裂紋從變形帶底部開始向兩側和表面擴充套件,當側向裂紋向表面擴充套件時,形成表面碎裂。 半導體

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