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【MEMS工藝】一文理清碳化硅加工工藝流程

點(diǎn)擊量:1101 日期:2024-10-16 編輯:硅時代

   碳化硅(SiC)作為第三代半導(dǎo)體材料,憑借其優(yōu)異的物理和化學(xué)特性,在電力電子、航空航天、新能源汽車等領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。碳化硅晶片的制備,從原料的合成到晶片的清洗封裝,是一項復(fù)雜而精細(xì)的工程,是這一系列高科技應(yīng)用的基礎(chǔ)裝。本文將用一篇文章給大家梳理清楚碳化硅晶片的加工工藝流程。

 

一、原料合成

     碳化硅晶片的制備,始于高純硅粉和高純碳粉的精準(zhǔn)配比。這兩種原料,如同構(gòu)建高樓大廈的基石,其純度與配比直接決定了最終晶片的品質(zhì)。在合成過程中,將這兩種粉末按一定比例混合后,置于高溫環(huán)境中進(jìn)行反應(yīng)。溫度,這個至關(guān)重要的因素,被精確控制在2,000℃以上,以確保反應(yīng)能夠充分進(jìn)行。

     高溫下,硅粉與碳粉發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成碳化硅顆粒。這一過程,不僅僅是簡單的化學(xué)結(jié)合,更是對原料純度的極致考驗(yàn)。生成的碳化硅顆粒,經(jīng)過后續(xù)的破碎、清洗等工序,被進(jìn)一步細(xì)化成滿足晶體生長要求的高純度碳化硅微粉。這些微粉,如同種子般,孕育著未來晶體的成長。

二、晶體生長

     有了高純度的碳化硅微粉,接下來便是晶體生長的關(guān)鍵步驟。這里,我們采用的是物理氣相傳輸法(PVT法),一種高效且精確的晶體生長技術(shù)。

     晶體生長爐,這個看似普通的設(shè)備,卻隱藏著無數(shù)科技奧秘。在爐內(nèi),高純碳化硅微粉和籽晶被巧妙地放置在圓柱狀密閉的石墨坩堝中,分別位于下部和頂部。通過電磁感應(yīng)加熱,坩堝內(nèi)的溫度迅速攀升至2,000℃以上,形成一個高溫環(huán)境。

     而真正的奧秘在于溫度梯度的控制。通過精確調(diào)控籽晶處的溫度,使其略低于下部微粉處的溫度,從而在坩堝內(nèi)形成了一個軸向的溫度梯度。這一溫度梯度,如同一位無形的向?qū)В龑?dǎo)著高溫下升華形成的Si2C、SiC2、Si等氣相物質(zhì),沿著溫度降低的方向移動,最終在籽晶上結(jié)晶形成圓柱狀的碳化硅晶錠。

三、晶錠加工

     晶錠的生長完成后,接下來便是對其進(jìn)行加工處理。首先,使用X射線單晶定向儀對晶錠進(jìn)行定向,確保后續(xù)加工的準(zhǔn)確性。隨后,經(jīng)過磨平、滾磨等工序,晶錠被加工成標(biāo)準(zhǔn)直徑尺寸的碳化硅晶體。這一過程,如同對一塊粗糙的玉石進(jìn)行雕琢,使其逐漸展現(xiàn)出璀璨的光芒。

四、晶體切割

     切割,是碳化硅晶體走向晶片的關(guān)鍵一步。在這里,我們采用了多線切割設(shè)備,這種設(shè)備以其高效、精確的切割能力而聞名。通過多線切割,碳化硅晶體被切割成厚度不超過1mm的薄片。這些薄片,如同蟬翼般輕盈,卻蘊(yùn)含著巨大的能量和潛力。

五、晶片研磨

     切割后的晶片,表面往往存在著一定的不平整和粗糙度。為了得到更加完美的晶片,我們采用了金剛石研磨液對其進(jìn)行研磨處理。通過不同顆粒粒徑的金剛石研磨液,晶片的表面逐漸被磨平至所需的平整度和粗糙度。這一過程,如同對一幅畫作進(jìn)行細(xì)膩的打磨,使其更加完美無瑕。

六、晶片拋光

     拋光,是晶片制備中至關(guān)重要的一步。通過機(jī)械拋光和化學(xué)機(jī)械拋光方法的結(jié)合,我們得到了表面無損傷的碳化硅拋光片。拋光后的晶片,表面如鏡般光滑,反射出耀眼的光芒。這一步驟,不僅提升了晶片的外觀品質(zhì),更為其后續(xù)的應(yīng)用提供了堅實(shí)的保障。

七、晶片檢測

     為了確保晶片的品質(zhì),我們采用了多種先進(jìn)的檢測儀器對其進(jìn)行全面檢測。光學(xué)顯微鏡、X射線衍射儀、原子力顯微鏡等設(shè)備,如同醫(yī)生的眼睛般,對晶片的微管密度、結(jié)晶質(zhì)量、表面粗糙度、電阻率等各項參數(shù)進(jìn)行精確測量。非接觸電阻率測試儀、表面平整度測試儀、表面缺陷綜合測試儀等設(shè)備,則進(jìn)一步確保了晶片的翹曲度、彎曲度、厚度變化、表面劃痕等參數(shù)的合格性。通過這些檢測,我們能夠準(zhǔn)確判定晶片的質(zhì)量等級,為后續(xù)的應(yīng)用提供有力支持。

八、晶片清洗

     清洗,是晶片制備的最后一步。在這一步驟中,我們以清洗藥劑和純水對碳化硅拋光片進(jìn)行清洗處理,去除其上殘留的拋光液等表面沾污物。隨后,通過超高純氮?dú)夂退Ω蓹C(jī)將晶片吹干、甩干。這一過程,如同對一位即將走上舞臺的舞者進(jìn)行最后的裝扮,使其以最完美的姿態(tài)呈現(xiàn)在世人面前。

     清洗完成后,晶片被封裝在潔凈的片盒內(nèi),并在超凈室內(nèi)進(jìn)行保存,等待著被下游廠商即開即用。

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