Traitement du substrat monocristallin SiC

Monocristaux de carbure de silicium (SiC)sont principalement produits par la méthode de sublimation. Après avoir retiré le cristal du creuset, plusieurs étapes de traitement complexes sont nécessaires pour créer des tranches utilisables. La première étape consiste à déterminer l’orientation cristalline de la boule SiC. Ensuite, la boule subit un meulage du diamètre extérieur pour obtenir une forme cylindrique. Pour les tranches SiC de type n, qui sont couramment utilisées dans les dispositifs de puissance, les surfaces supérieure et inférieure du cristal cylindrique sont généralement usinées pour créer un plan à un angle de 4° par rapport à la face {0001}.

Ensuite, le traitement se poursuit avec une découpe directionnelle des bords ou des encoches pour spécifier l'orientation des cristaux de la surface de la tranche. Dans la production de grand diamètreplaquettes SiC, l'encoche directionnelle est une technique courante. Le monocristal cylindrique de SiC est ensuite découpé en feuilles minces, principalement à l’aide de techniques de découpe multifils. Ce processus consiste à placer des abrasifs entre le fil de coupe et le cristal SiC tout en appliquant une pression pour faciliter le mouvement de coupe.

Fig. 1  Présentation de la technologie de traitement des plaquettes SiC

(a) Retrait du lingot de SiC du creuset ; (b) Meulage cylindrique ; (c) Coupe de bord directionnelle ou d'encoche ; d) Découpe multifils ; (e) Meulage et polissage

Après avoir tranché, leplaquettes SiCprésentent souvent des incohérences d’épaisseur et des irrégularités de surface, nécessitant un traitement d’aplatissement supplémentaire. Cela commence par le meulage pour éliminer les irrégularités de surface au niveau du micron. Durant cette phase, l’action abrasive peut introduire de fines rayures et imperfections de surface. Ainsi, l’étape de polissage ultérieure est cruciale pour obtenir une finition semblable à un miroir. Contrairement au meulage, le polissage utilise des abrasifs plus fins et nécessite un soin méticuleux pour éviter les rayures ou les dommages internes, garantissant ainsi un degré élevé de douceur de la surface.

Grâce à ces procédures,plaquettes SiCévoluer d'un traitement grossier à un usinage de précision, aboutissant finalement à une surface plane, semblable à un miroir, adaptée aux appareils hautes performances. Cependant, il est essentiel de s’attaquer aux arêtes vives qui se forment souvent autour du périmètre des plaquettes polies. Ces arêtes vives sont susceptibles de se briser au contact d’autres objets. Pour atténuer cette fragilité, un meulage des bords du périmètre de la plaquette est nécessaire. Des normes industrielles ont été établies pour garantir la fiabilité et la sécurité des plaquettes lors de leur utilisation ultérieure.

La dureté exceptionnelle du SiC en fait un matériau abrasif idéal dans diverses applications d'usinage. Cependant, cela présente également des défis lors de la transformation des boules de SiC en plaquettes, car il s'agit d'un processus long et complexe qui est continuellement optimisé. Une innovation prometteuse pour améliorer les méthodes de tranchage traditionnelles est la technologie de découpe laser. Dans cette technique, un faisceau laser est dirigé depuis le haut du cristal cylindrique de SiC, se concentrant à la profondeur de coupe souhaitée pour créer une zone modifiée à l'intérieur du cristal. En balayant toute la surface, cette zone modifiée s'étend progressivement dans un plan, permettant la séparation de fines feuilles. Par rapport à la découpe multifils conventionnelle, qui entraîne souvent une perte de saignée importante et peut introduire des irrégularités de surface, le tranchage laser réduit considérablement la perte de saignée et le temps de traitement, ce qui le positionne comme une méthode prometteuse pour les développements futurs.

Une autre technologie de découpage innovante est l'application de la découpe par décharge électrique, qui génère des décharges entre un fil métallique et le cristal SiC. Cette méthode présente des avantages en réduisant la perte de saignée tout en améliorant encore l'efficacité du traitement.

Une approche distinctive deplaquette SiCla production consiste à faire adhérer un film mince de monocristal de SiC à un substrat hétérogène, fabriquant ainsiplaquettes SiC. Ce processus de liaison et de détachement commence par l’injection d’ions hydrogène dans le monocristal de SiC jusqu’à une profondeur prédéterminée. Le cristal de SiC, désormais équipé d'une couche implantée d'ions, est posé sur un substrat de support lisse, tel que du SiC polycristallin. En appliquant une pression et de la chaleur, la couche monocristalline de SiC est transférée sur le substrat de support, complétant ainsi le détachement. La couche de SiC transférée subit un traitement d'aplatissement de surface et peut être réutilisée dans le processus de collage. Bien que le coût du substrat de support soit inférieur à celui des monocristaux de SiC, des défis techniques demeurent. Néanmoins, la recherche et le développement dans ce domaine continuent de progresser activement, visant à réduire les coûts globaux de fabrication desplaquettes SiC.

En résumé, le traitement deSubstrats monocristallins SiCimplique plusieurs étapes, du meulage et du tranchage au polissage et au traitement des bords. Des innovations telles que la découpe laser et l'usinage par électroérosion améliorent l'efficacité et réduisent le gaspillage de matériaux, tandis que de nouvelles méthodes de collage de substrats offrent des voies alternatives vers une production de plaquettes rentable. Alors que l'industrie continue de s'efforcer d'améliorer les techniques et les normes, l'objectif ultime reste la production de produits de haute qualité.plaquettes SiCqui répondent aux exigences des appareils électroniques avancés.