碳化硅晶圆特性及切割要点

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衬底

碳化硅衬底是第三代半导体材料中氮化镓、碳化硅应用的基石。

碳化硅衬底以碳化硅粉末为主要原材料，经过晶体生长、晶锭加工、切割、研磨、抛光、清洗等制造过程后形成的单片材料。

按照电学性能的不同，碳化硅衬底可分为两类：一类是具有高电阻率（电阻率≥10^5Ω·cm）的半绝缘型碳化硅衬底，另一类是低电阻率（电阻率区间为15~30mΩ·cm）的导电型碳化硅衬底。

02

外延

在碳化硅衬底上，主要使用化学气相沉积法（CVD法）在衬底表面生成所需的薄膜材料，即形成外延片，进一步制成器件。

其中，在导电型碳化硅衬底上生长碳化硅外延层制得碳化硅同质外延片，可进一步制成肖特基二极管、MosFET、IGBT等碳化硅功率器件，这些器件应用于新能源汽车的充电系统、光伏发电的逆变器、轨道交通的牵引系统、数据中心的电源管理、智能电网和航空航天等下游领域。

在半绝缘型碳化硅衬底上生长的GaN异质外延层制得碳化硅基氮化镓（GaN-on-碳化硅）外延片，可制成HEMT等微波射频器件。这些器件主要应用于5G通信的基站和终端设备、车载通信的智能互联系统、国防应用的雷达和电子对抗设备、数据传输的高速通信网络以及航空航天的飞行器电子系统等领域。

相比衬底，外延材料厚度、掺杂浓度均匀性好、片间一致性优、缺陷率低，有效提高了下游产品的一致性和良率。

目前的外延生产工艺，一般在碳化硅抛光片上生产外延层。依据不同器件的设计，所需的外延参数也不同。一般而言，外延的厚度越大，器件能够承受的电压也就越高。针对600V~6500V的应用，碳化硅外延层的厚度一般在1~40μm。目前国产6英寸碳化硅外延产已经实现商用化，8英寸量产产品正在推进中。

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切割要点

碳化硅是强共价键化合物（约88%共价性），具有类似金刚石的密排四面体结构，其莫氏硬度高达 9.2-9.5（仅次于金刚石10），在所有半导体材料中最高。

掺杂会引起局部晶格应变或缺陷，重掺杂可能会导致位错密度升高或微区应力集中，使材料在机械应力下更易产生裂纹。

同时，导电型碳化硅，在切割时划片刀摩擦可能产生局部放电（微小电火花），加剧磨粒磨损或引起热冲击裂纹。而半绝缘碳化硅因为无放电效应，切割过程中不会有这方面的担忧。

切割碳化硅晶圆的核心挑战始终是其超高硬度和脆性，选择切割工艺时，除了重点关注碳化硅晶圆的厚度、晶体质量和减薄后的表面状态外，还可以关注不同导电类型衬底的细微差别。

详细切割方案请咨询西斯特硬刀应用团队。

西斯特科技

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