SiC単結晶基板加工

炭化ケイ素（SiC）単結晶主に昇華法を使用して製造されます。るつぼから結晶を取り出した後、使用可能なウェーハを作成するにはいくつかの複雑な処理ステップが必要です。最初のステップは、SiC ブールの結晶方位を決定することです。この後、ブールは外径研削を受けて円筒形状になります。パワーデバイスで一般的に使用される n 型 SiC ウェーハの場合、通常、円筒結晶の上面と下面の両方が機械加工されて、{0001} 面に対して 4° の角度の平面が作成されます。

次に、処理は指向性エッジまたはノッチ切断に進み、ウェーハ表面の結晶方位を特定します。大口径の生産においてSiCウェーハ、方向性ノッチは一般的な技術です。次に、主にマルチワイヤ切断技術を使用して、円筒形の SiC 単結晶を薄いシートにスライスします。このプロセスでは、切断動作を促進するために圧力を加えながら、切断ワイヤと SiC 結晶の間に研磨剤を配置します。

図1 SiCウェーハ加工技術の概要

（ａ）るつぼからＳｉＣインゴットを取り出す。 (b) 円筒研削。 (c) 方向性のあるエッジまたはノッチ切断。 (d) マルチワイヤ切断。 (e) 研削・研磨

スライスした後は、SiCウェーハ多くの場合、厚さの不均一や表面の凹凸が見られるため、さらなる平坦化処理が必要になります。ミクロンレベルの表面凹凸をなくす研削から始まります。この段階では、研磨作用により細かい傷や表面の欠陥が生じる可能性があります。したがって、鏡面仕上げを達成するには、その後の研磨工程が重要です。研削とは異なり、研磨ではより細かい研磨剤が使用され、傷や内部損傷を防ぐために細心の注意を払う必要があり、高度な表面平滑性が確保されます。

これらの手続きを経て、SiCウェーハ荒加工から精密加工へと進化し、最終的には高性能デバイスに適した平坦な鏡面を実現します。ただし、研磨されたウェーハの周囲によく形成される鋭いエッジに対処することが不可欠です。これらの鋭いエッジは、他の物体と接触すると破損しやすくなります。この脆弱性を軽減するには、ウェーハ周囲のエッジ研削が必要です。その後の使用中のウェーハの信頼性と安全性を確保するために、業界標準が確立されています。

SiC は優れた硬度を備えているため、さまざまな機械加工用途において理想的な研磨材となります。ただし、SiC ブールをウェーハに加工する際には、時間のかかる複雑なプロセスが継続的に最適化されているため、課題も生じます。従来のスライス方法を改善する有望なイノベーションの 1 つは、レーザー切断技術です。この技術では、円筒形の SiC 結晶の上部からレーザー ビームを照射し、目的の切断深さに焦点を合わせて結晶内に改質ゾーンを作成します。表面全体をスキャンすることで、この改質領域が徐々に平面に広がり、薄いシートを分離することができます。大幅なカーフロスが発生し、表面に凹凸が生じる可能性がある従来のマルチワイヤ切断と比較して、レーザースライシングはカーフロスと加工時間を大幅に削減し、将来の開発における有望な方法として位置付けられています。

もう一つの革新的なスライス技術は、金属ワイヤーとSiC結晶の間に放電を発生させる放電切断の応用です。この方法は、加工効率をさらに向上させながら、カーフロスを低減する利点を誇ります。

特徴的なアプローチSiCウェハ製造では、SiC単結晶の薄膜を異種基板に貼り付けて作製します。SiCウェーハ。この接着と剥離のプロセスは、水素イオンを SiC 単結晶に所定の深さまで注入することから始まります。イオン注入層を備えた SiC 結晶は、多結晶 SiC などの平滑な支持基板上に積層されます。圧力と熱を加えることでSiC単結晶層が支持基板上に転写され、剥離が完了します。転写されたSiC層は表面平坦化処理が施されており、接合工程で再利用可能です。支持基板のコストはSiC単結晶に比べて低いものの、技術的な課題は残っている。それにもかかわらず、この分野での研究開発は引き続き活発に進められており、製品の全体的な製造コストを下げることを目指しています。SiCウェーハ.

要約すると、次の処理は、SiC単結晶基板研削、スライスから研磨、エッジ処理までの複数の段階が必要です。レーザー切断や放電加工などの技術革新により効率が向上し、材料の無駄が削減され、基板接合の新しい方法がコスト効率の高いウェーハ生産への代替手段を提供します。業界は技術と基準の向上に努め続けていますが、最終的な目標は依然として高品質の製品を生産することです。SiCウェーハ先進的な電子機器の要求に応えます。