隨著5G等新應(yīng)用的興起，以氮化鎵、碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體材料開始受到重視。其中，碳化硅襯底加工技術(shù)是器件制作的重要基礎(chǔ)，其表面加工的質(zhì)量和精度的優(yōu)劣直接影響外延薄膜的質(zhì)量和器件的性能。

碳化硅單晶片的加工工藝按順序主要分為以下幾個步驟：定向切割、研磨（包括粗研磨和精研磨）、拋光和超精密拋光。

多線切割工藝

多線切割工藝是將碳化硅晶棒按照一定的晶向切割成表面平整、厚度均勻一的切割片，以便于后續(xù)的研磨加工。其基本原理是，優(yōu)質(zhì)鋼線在晶棒表面高速來回運動，附著在鋼絲上的切割液中的金剛石顆粒會對晶棒產(chǎn)生劇烈摩擦，從而使材料碎裂并從母體表面脫落，以達(dá)到切割的目的。

研磨工藝

研磨根據(jù)工藝可分為粗磨和精磨。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變質(zhì)層，精磨主要是去除粗磨留下的表面損傷層，改善表面光潔度，并控制表面面形和晶片的厚度，以便于后續(xù)拋光。由于碳化硅斷裂韌性較低，其在研磨過程中易于開裂，因此，有效的研磨需要選擇合適的研磨參數(shù)以獲得最大的材料去除率和表面完整性。

機(jī)械拋光

粗拋主要是采用機(jī)械拋光的方式和更小粒徑的硬磨料對晶片表面進(jìn)行修整，以便去除研磨過程的殘留應(yīng)力層和機(jī)械損傷層，提高晶片表面的平面度和表面質(zhì)量，高效地完成材料去除，并為后續(xù)的超精密拋光奠定基礎(chǔ)。

超精密拋光

經(jīng)過傳統(tǒng)的粗拋工藝后，晶片表面的平面度得到大幅改善，但仍然存在很多劃痕，且有較深的殘留應(yīng)力層和機(jī)械損傷層。為進(jìn)一步提高晶片的表面質(zhì)量，改善表面粗糙度及平整度，使其表面質(zhì)量特征參數(shù)符合后序加工的精度要求，超精密拋光成為碳化硅表面加工工序的重要環(huán)節(jié)。目前適用于碳化硅晶片超精密拋光的方法有機(jī)械研磨、磁流變拋光、離子束拋光、化學(xué)機(jī)械拋光等，其中，化學(xué)機(jī)械拋光是實現(xiàn)碳化硅晶片全局平坦化最有效的方法。

在第三代半導(dǎo)體材料中，碳化硅具有禁帶寬度大、擊穿電場高、飽和電子漂移速度高、熱導(dǎo)率大等特點，在嚴(yán)苛環(huán)境中具有明顯優(yōu)勢。同時，碳化硅晶體因其與外延層材料氮化鎵具有高匹配的晶格常數(shù)、熱膨脹系數(shù)和良好的熱導(dǎo)率，是氮化鎵基器件的理想襯底材料。因此，碳化硅晶體材料已經(jīng)成為半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的襯底材料。