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内容概述作为第三代半导体材料的代表,碳化硅凭借禁带宽度大(约.eV)、临界击穿场强高(硅的倍)、热导率出...
作为第三代半导体材料的代表,碳化硅凭借禁带宽度大(约3.3eV)、临界击穿场强高(硅的10倍)、热导率出色以及更强的抗辐射能力等先天优势,能够极大地提升器件的能源转换效率与功率密度,同时显著缩小系统体积,成为电动车、工业驱动、太阳能发电及5G基站等尖端应用的动力心脏。
然而,这颗“动力心脏”的根基——单晶SiC衬底的极端硬度(莫氏9.5,仅次于金刚石)与近乎完美的化学惰性,共同筑起了一道精密加工的技术壁垒。这些特性使得高效制备满足超精密表面要求(无损伤、低粗糙度、高面型精度)的衬底异常困难。而衬底表面的加工精度又直接制约着后续高质量外延薄膜生长的上限,最终制约了器件性能的发挥,因此其精密加工是碳化硅器件必须突破的核心瓶颈。
典型的SiC晶体加工过程主要分为切割、研磨和抛光三道关键工序:其中切割作为第一道工序,负责从SiC晶锭中分离出初始晶圆。研磨则包括粗磨和精磨,利用研磨液进行物理减薄,关键在于提升尺寸精度、修正面型。而抛光的核心使命是去除碳化硅表面因前道研磨工序遗留的亚表层损伤层以使表面光洁,目前广泛采用化学机械抛光(CMP)对其进行精抛处理,该方法作为唯一能够获得全局平坦化的最有效的方法,是保证被加工表面实现超光滑、无缺陷、无损伤的关键。
不过,需要注意的是,要充分发挥SiC晶片的CMP抛光效果,关键在于SiC材料与抛光材料、工艺等的精密协同。比如如何选择合适的抛光耗材,包括抛光液的化学成分、抛光垫的物理特性(硬度、孔隙率等)、抛光磨粒(如二氧化硅、氧化铈等),以实现物理磨削作用与化学反应去除的巧妙平衡,最终达成抛光效果(表面质量)与抛光速率(生产效率)的双重优化,成为了产业内亟待深入探讨的核心议题。