简单了解碳化硅单晶片的加工工艺

随着5G等新应用的兴起，以氮化镓、碳化硅为代表的第三代半导体材料开始受到重视。其中，碳化硅衬底加工技术是器件制作的重要基础，其表面加工的质量和精度的优劣直接影响外延薄膜的质量和器件的性能。

碳化硅单晶片的加工工艺按顺序主要分为以下几个步骤：定向切割、研磨（包括粗研磨和精研磨）、抛光和超精密抛光。

多线切割工艺

多线切割工艺是将碳化硅晶棒按照一定的晶向切割成表面平整、厚度均匀一的切割片，以便于后续的研磨加工。其基本原理是，优质钢线在晶棒表面高速来回运动，附着在钢丝上的切割液中的金刚石颗粒会对晶棒产生剧烈摩擦，从而使材料碎裂并从母体表面脱落，以达到切割的目的。

研磨工艺

研磨根据工艺可分为粗磨和精磨。粗磨主要是去除碳化硅切片表面切割刀痕以及切割引起的变质层，精磨主要是去除粗磨留下的表面损伤层，改善表面光洁度，并控制表面面形和晶片的厚度，以便于后续抛光。由于碳化硅断裂韧性较低，其在研磨过程中易于开裂，因此，有效的研磨需要选择合适的研磨参数以获得最大的材料去除率和表面完整性。

机械抛光

粗抛主要是采用机械抛光的方式和更小粒径的硬磨料对晶片表面进行修整，以便去除研磨过程的残留应力层和机械损伤层，提高晶片表面的平面度和表面质量，高效地完成材料去除，并为后续的超精密抛光奠定基础。

超精密抛光

经过传统的粗抛工艺后，晶片表面的平面度得到大幅改善，但仍然存在很多划痕，且有较深的残留应力层和机械损伤层。为进一步提高晶片的表面质量，改善表面粗糙度及平整度，使其表面质量特征参数符合后序加工的精度要求，超精密抛光成为碳化硅表面加工工序的重要环节。目前适用于碳化硅晶片超精密抛光的方法有机械研磨、磁流变抛光、离子束抛光、化学机械抛光等，其中，化学机械抛光是实现碳化硅晶片全局平坦化最有效的方法。

在第三代半导体材料中，碳化硅具有禁带宽度大、击穿电场高、饱和电子漂移速度高、热导率大等特点，在严苛环境中具有明显优势。同时，碳化硅晶体因其与外延层材料氮化镓具有高匹配的晶格常数、热膨胀系数和良好的热导率，是氮化镓基器件的理想衬底材料。因此，碳化硅晶体材料已经成为半导体照明技术领域不可缺少的衬底材料。