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SiC सिंगल क्रिस्टल सब्सट्रेट प्रोसेसिंग

2024-10-18

सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) एकल क्रिस्टलमुख्य रूप से उर्ध्वपातन विधि का उपयोग करके उत्पादित किया जाता है। क्रूसिबल से क्रिस्टल को हटाने के बाद, प्रयोग करने योग्य वेफर्स बनाने के लिए कई जटिल प्रसंस्करण चरणों की आवश्यकता होती है। पहला कदम SiC बाउल के क्रिस्टल अभिविन्यास को निर्धारित करना है। इसके बाद, बेलनाकार आकार प्राप्त करने के लिए बाउल बाहरी व्यास को पीसता है। एन-प्रकार के SiC वेफर्स के लिए, जो आमतौर पर बिजली उपकरणों में उपयोग किए जाते हैं, बेलनाकार क्रिस्टल की ऊपरी और निचली दोनों सतहों को आमतौर पर {0001} चेहरे के सापेक्ष 4° के कोण पर एक विमान बनाने के लिए मशीनीकृत किया जाता है।


इसके बाद, वेफर सतह के क्रिस्टल अभिविन्यास को निर्दिष्ट करने के लिए दिशात्मक किनारे या पायदान काटने के साथ प्रसंस्करण जारी रहता है। बड़े व्यास के उत्पादन मेंSiC वेफर्स, दिशात्मक निशानदेही एक सामान्य तकनीक है। फिर बेलनाकार SiC सिंगल क्रिस्टल को मुख्य रूप से मल्टी-वायर कटिंग तकनीक का उपयोग करके पतली शीट में काटा जाता है। इस प्रक्रिया में काटने की गति को सुविधाजनक बनाने के लिए दबाव लागू करते हुए काटने वाले तार और SiC क्रिस्टल के बीच अपघर्षक रखना शामिल है।


SiC single crystal substrate manufacturing


चित्र 1  SiC वेफर प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी का अवलोकन



(ए) क्रूसिबल से SiC पिंड को हटाना; (बी) बेलनाकार पीस; (सी) दिशात्मक किनारा या पायदान काटना; (डी) मल्टी-वायर कटिंग; (ई) पीसना और पॉलिश करना



काटने के बाद,SiC वेफर्सअक्सर मोटाई और सतह की अनियमितताओं में विसंगतियां दिखाई देती हैं, जिससे आगे चपटे उपचार की आवश्यकता होती है। इसकी शुरुआत माइक्रोन-स्तर की सतह की असमानता को खत्म करने के लिए पीसने से होती है। इस चरण के दौरान, अपघर्षक क्रिया से बारीक खरोंचें और सतह पर खामियां हो सकती हैं। इस प्रकार, दर्पण जैसी फिनिश प्राप्त करने के लिए पॉलिशिंग का अगला चरण महत्वपूर्ण है। पीसने के विपरीत, पॉलिशिंग में महीन अपघर्षक का उपयोग किया जाता है और खरोंच या आंतरिक क्षति को रोकने के लिए सावधानीपूर्वक देखभाल की आवश्यकता होती है, जिससे सतह की उच्च स्तर की चिकनाई सुनिश्चित होती है।


इन प्रक्रियाओं के माध्यम से,SiC वेफर्सरफ प्रोसेसिंग से सटीक मशीनिंग तक विकसित, अंततः उच्च प्रदर्शन वाले उपकरणों के लिए उपयुक्त एक सपाट, दर्पण जैसी सतह में परिणत होता है। हालाँकि, पॉलिश किए गए वेफर्स की परिधि के आसपास अक्सर बनने वाले तेज किनारों को संबोधित करना आवश्यक है। ये नुकीले किनारे अन्य वस्तुओं के संपर्क में आने पर टूटने की आशंका रखते हैं। इस नाजुकता को कम करने के लिए, वेफर परिधि की किनारी पीसना आवश्यक है। बाद के उपयोग के दौरान वेफर्स की विश्वसनीयता और सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए उद्योग मानक स्थापित किए गए हैं।




SiC की असाधारण कठोरता इसे विभिन्न मशीनिंग अनुप्रयोगों में एक आदर्श अपघर्षक सामग्री बनाती है। हालाँकि, यह SiC बाउल्स को वेफर्स में संसाधित करने में चुनौतियाँ भी प्रस्तुत करता है, क्योंकि यह एक समय लेने वाली और जटिल प्रक्रिया है जिसे लगातार अनुकूलित किया जा रहा है। पारंपरिक स्लाइसिंग विधियों को बेहतर बनाने के लिए एक आशाजनक नवाचार लेजर कटिंग तकनीक है। इस तकनीक में, एक लेजर बीम को बेलनाकार SiC क्रिस्टल के शीर्ष से निर्देशित किया जाता है, जो क्रिस्टल के भीतर एक संशोधित क्षेत्र बनाने के लिए वांछित कटिंग गहराई पर ध्यान केंद्रित करता है। पूरी सतह को स्कैन करके, यह संशोधित क्षेत्र धीरे-धीरे एक विमान में विस्तारित होता है, जिससे पतली चादरों को अलग करने की अनुमति मिलती है। पारंपरिक मल्टी-वायर कटिंग की तुलना में, जिसमें अक्सर महत्वपूर्ण केर्फ़ हानि होती है और सतह में अनियमितताएं हो सकती हैं, लेजर स्लाइसिंग से केर्फ़ हानि और प्रसंस्करण समय में काफी कमी आती है, जो इसे भविष्य के विकास के लिए एक आशाजनक विधि के रूप में स्थापित करती है।


एक अन्य नवीन स्लाइसिंग तकनीक इलेक्ट्रिकल डिस्चार्ज कटिंग का अनुप्रयोग है, जो धातु के तार और SiC क्रिस्टल के बीच डिस्चार्ज उत्पन्न करता है। यह विधि प्रसंस्करण दक्षता को और बढ़ाने के साथ-साथ केर्फ़ हानि को कम करने में फायदे का दावा करती है।


के प्रति एक विशिष्ट दृष्टिकोणSiC वेफरउत्पादन में एक विषम सब्सट्रेट पर SiC एकल क्रिस्टल की एक पतली फिल्म का पालन करना शामिल है, जिससे निर्माण होता हैSiC वेफर्स. यह बंधन और पृथक्करण प्रक्रिया एक पूर्व निर्धारित गहराई तक SiC एकल क्रिस्टल में हाइड्रोजन आयनों के इंजेक्शन से शुरू होती है। SiC क्रिस्टल, जो अब एक आयन-प्रत्यारोपित परत से सुसज्जित है, को एक चिकनी सहायक सब्सट्रेट, जैसे पॉलीक्रिस्टलाइन SiC, पर स्तरित किया गया है। दबाव और गर्मी लगाने से, SiC एकल क्रिस्टल परत को सहायक सब्सट्रेट पर स्थानांतरित किया जाता है, जिससे पृथक्करण पूरा हो जाता है। स्थानांतरित SiC परत सतह को समतल करने के उपचार से गुजरती है और इसे बॉन्डिंग प्रक्रिया में पुन: उपयोग किया जा सकता है। हालाँकि सहायक सब्सट्रेट की लागत SiC सिंगल क्रिस्टल की तुलना में कम है, लेकिन तकनीकी चुनौतियाँ बनी हुई हैं। फिर भी, इस क्षेत्र में अनुसंधान और विकास सक्रिय रूप से आगे बढ़ रहा है, जिसका लक्ष्य कुल विनिर्माण लागत को कम करना हैSiC वेफर्स.


संक्षेप में, का प्रसंस्करणSiC एकल क्रिस्टल सबस्ट्रेट्सइसमें पीसने और काटने से लेकर पॉलिश करने और किनारे के उपचार तक कई चरण शामिल होते हैं। लेजर कटिंग और इलेक्ट्रिकल डिस्चार्ज मशीनिंग जैसे नवाचार दक्षता में सुधार कर रहे हैं और सामग्री अपशिष्ट को कम कर रहे हैं, जबकि सब्सट्रेट बॉन्डिंग के नए तरीके लागत प्रभावी वेफर उत्पादन के लिए वैकल्पिक मार्ग प्रदान करते हैं। चूंकि उद्योग बेहतर तकनीकों और मानकों के लिए प्रयास करना जारी रखता है, इसलिए अंतिम लक्ष्य उच्च गुणवत्ता का उत्पादन ही रहता हैSiC वेफर्सजो उन्नत इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की मांगों को पूरा करते हैं।





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