碳化硅衬底加工难点体现在以下三个环节中。
碳化硅单晶的加工过程主要分为切片、薄化和抛光。全球碳化硅制造加工技术和产业尚未成熟,在一定程度上限制了碳化硅器件市场的发 展,要充分实现碳化硅衬底的优异性能,开发提高碳化硅晶片加工技术是关键所在。
切片是碳化硅单晶加工过程的第一道工序,切片的性能决定了后续薄化、抛光的加工水平。切片加工易在晶片表面和亚表面产生裂纹,增 加晶片的破片率和制造成本,因此控制晶片表层裂纹损伤,对推动碳化硅器件制造技术的发展具有重要意义。传统的锯切工具如内圆锯片、金 刚石带锯,转弯半径受限,切缝较宽,出片率较低,不适用于碳化硅晶体切割。目前报道的碳化硅切片加工技术主要包括固结、游离磨料切片、 激光切割、冷分离和电火花切片,其中往复式金刚石固结磨料多线切割是最常应用于加工碳化硅单晶的方法。

碳化硅断裂韧性较低,在薄化过程中易开裂,导致碳化硅晶片的减薄非常困难,为防止碎片,优化单面研磨技术是未来薄化加工大尺寸碳 化硅晶片的主要技术发展趋势。碳化硅切片的薄化主要通过磨削与研磨实现。晶片磨削最具代表性的形式是自旋转磨削,晶片自旋转的同时, 主轴机构带动砂轮旋转,同时砂轮向下进给,进而实现减薄过程。自旋转磨削虽可有效提高加工效率,但砂轮易随加工时间增加而钝化,使用 寿命短且晶片易产生表面与亚表面损伤。加工缺陷的存在严重制约加工精度和效率,为了解决这些问题,目前主要的技术包括超声振动辅助磨 削和在线电解修整辅助磨削。薄化工艺中晶片材料去除率和磨料粒径大小、密度、研磨盘转速、研磨压力等因素密切相关。

碳化硅晶片的抛光工艺可分为粗抛和精抛,粗抛为机械抛光,目的在于提高抛光的加工效率。碳化硅单晶衬底机械抛光的关键研究方向在 于优化工艺参数,改善晶片表面粗糙度,提高材料去除率。精抛为单面抛光,化学机械抛光是应用最为广泛的抛光技术,通过化学腐蚀和机械 磨损协同作用,实现材料表面去除及平坦化。晶片在抛光液的作用下发生氧化反应,生成的软化层在磨粒机械作用下相对容易被除去。作为单 晶衬底加工的最后一道工艺,化学机械抛光是实现碳化硅衬底全局平坦化的常用方法,也是保证被加工表面实现超光滑、无缺陷损伤的关键工 艺。
