Die huidige status en tendense van SiC-waferverwerkingstegnologie

As 'n derde-generasie halfgeleier-substraatmateriaal,silikonkarbied (SiC)Enkelkristal het breë toepassingsvooruitsigte in die vervaardiging van hoëfrekwensie- en hoëkrag-elektroniese toestelle. Die verwerkingstegnologie van SiC speel 'n deurslaggewende rol in die produksie van hoëgehalte-substraatmateriale. Hierdie artikel stel die huidige stand van navorsing oor SiC-verwerkingstegnologieë in beide China en in die buiteland bekend, en ontleed en vergelyk die meganismes van sny-, slyp- en poleerprosesse, sowel as die tendense in waferplatheid en oppervlakruheid. Dit wys ook op die bestaande uitdagings in SiC-waferverwerking en bespreek toekomstige ontwikkelingsrigtings.

Silikonkarbied (SiC)Wafers is kritieke grondslagmateriale vir derdegenerasie-halfgeleiertoestelle en hou beduidende belang en markpotensiaal in velde soos mikro-elektronika, kragselektronika en halfgeleierbeligting. As gevolg van die uiters hoë hardheid en chemiese stabiliteit vanSiC enkelkristalle, tradisionele halfgeleierverwerkingsmetodes is nie heeltemal geskik vir hul bewerking nie. Alhoewel baie internasionale maatskappye uitgebreide navorsing gedoen het oor die tegnies veeleisende verwerking van SiC-enkelkristalle, word relevante tegnologieë streng vertroulik gehou.

In onlangse jare het China pogings verskerp in die ontwikkeling van SiC-enkelkristalmateriale en -toestelle. Die vooruitgang van SiC-toesteltegnologie in die land word egter tans beperk deur beperkings in verwerkingstegnologieë en waferkwaliteit. Daarom is dit noodsaaklik vir China om SiC-verwerkingsvermoëns te verbeter om die gehalte van SiC-enkelkristalsubstrate te verbeter en hul praktiese toepassing en massaproduksie te bereik.

Die belangrikste verwerkingsstappe sluit in: sny → growwe maal → fyn maal → growwe polering (meganiese polering) → fyn polering (chemiese meganiese polering, CMP) → inspeksie.

Sny van SiC enkelkristalle

In die verwerking vanSiC enkelkristalle, sny is die eerste en 'n hoogs kritieke stap. Die wafer se buiging, kromtrekking en totale diktevariasie (TTV) as gevolg van die snyproses bepaal die kwaliteit en doeltreffendheid van daaropvolgende slyp- en poleerbewerkings.

Snygereedskap kan volgens vorm gekategoriseer word in diamant-binnediameter (ID) sae, buitediameter (OD) sae, bandsae en draadsae. Draadsae kan op hul beurt volgens hul bewegingstipe geklassifiseer word in heen-en-weergaande en lus- (eindelose) draadstelsels. Gebaseer op die snymeganisme van die skuurmiddel, kan draadsaag-snytegnieke in twee tipes verdeel word: vryskuur-draadasaag en vaste skuur-diamant-draadasaag.

1.1 Tradisionele snymetodes

Die snydiepte van sae met 'n buitediameter (OD) word beperk deur die deursnee van die lem. Tydens die snyproses is die lem geneig tot vibrasie en afwyking, wat lei tot hoë geraasvlakke en swak rigiditeit. Sae met 'n binnediameter (ID) gebruik diamantskuurmiddels op die binneste omtrek van die lem as die snykant. Hierdie lemme kan so dun as 0.2 mm wees. Tydens die sny roteer die ID-lem teen 'n hoë spoed terwyl die materiaal wat gesny moet word radiaal beweeg relatief tot die lem se middelpunt, wat sny deur hierdie relatiewe beweging bewerkstellig.

Diamantbandsae benodig gereelde stops en omkerings, en die snyspoed is baie laag—gewoonlik nie meer as 2 m/s nie. Hulle ly ook aan aansienlike meganiese slytasie en hoë onderhoudskoste. As gevolg van die breedte van die saaglem, kan die snyradius nie te klein wees nie, en veelsny is nie moontlik nie. Hierdie tradisionele saaggereedskap word beperk deur die rigiditeit van die basis en kan nie geboë snitte maak nie of het beperkte draairadius. Hulle is slegs in staat tot reguit snitte, produseer wye kerwe, het 'n lae opbrengskoers en is dus ongeskik vir sny.SiC-kristalle.

1.2 Gratis Skuurdraadsaag Multi-Draad Sny

Die vryskuurdraadsaag-snytegniek gebruik die vinnige beweging van die draad om slyk in die kerf te dra, wat materiaalverwydering moontlik maak. Dit gebruik hoofsaaklik 'n heen-en-weergaande struktuur en is tans 'n volwasse en wyd gebruikte metode vir doeltreffende multi-wafer sny van enkelkristal silikon. Die toepassing daarvan in SiC-sny is egter minder breedvoerig bestudeer.

Vrye skuurdraadsae kan wafers met diktes van minder as 300 μm verwerk. Hulle bied lae kerfverlies, veroorsaak selde afskilfering en lei tot relatief goeie oppervlakkwaliteit. As gevolg van die materiaalverwyderingsmeganisme – gebaseer op die rol en indrukking van skuurmiddels – is die waferoppervlak geneig om beduidende oorblywende spanning, mikroskeure en dieper skadelae te ontwikkel. Dit lei tot wafervervorming, maak dit moeilik om die akkuraatheid van die oppervlakprofiel te beheer en verhoog die las op daaropvolgende verwerkingsstappe.

Die snyprestasie word sterk beïnvloed deur die slyk; dit is nodig om die skerpte van die skuurmiddels en die konsentrasie van die slyk te handhaaf. Slykbehandeling en herwinning is duur. Wanneer groot blokke gesny word, sukkel skuurmiddels om diep en lang kerwe te penetreer. Onder dieselfde skuurkorrelgrootte is die kerfverlies groter as dié van vaste-skuurdraadsae.

1.3 Vaste Skuur Diamant Draad Saag Multi-Draad Sny

Vaste skuurdiamantdraadsae word tipies gemaak deur diamantdeeltjies op 'n staaldraadsubstraat in te bed deur middel van elektroplatering, sintering of harsbindingsmetodes. Elektroplateerde diamantdraadsae bied voordele soos nouer kerwe, beter snykwaliteit, hoër doeltreffendheid, laer kontaminasie en die vermoë om materiale met 'n hoë hardheid te sny.

Die heen-en-weergaande elektroplateer-diamantdraadsaag is tans die mees gebruikte metode vir die sny van SiC. Figuur 1 (nie hier getoon nie) illustreer die oppervlakvlakheid van SiC-wafers wat met hierdie tegniek gesny word. Soos die sny vorder, neem die wafer-vervorming toe. Dit is omdat die kontakarea tussen die draad en die materiaal toeneem namate die draad afwaarts beweeg, wat weerstand en draadvibrasie verhoog. Wanneer die draad die wafer se maksimum deursnee bereik, is die vibrasie op sy piek, wat lei tot maksimum vervorming.

In die latere stadiums van sny, as gevolg van die draad wat versnelling, stabiele spoedbeweging, vertraging, stop en omkering ondergaan, tesame met probleme om puin met die koelmiddel te verwyder, versleg die oppervlakkwaliteit van die wafer. Draadomkering en spoedskommelings, sowel as groot diamantdeeltjies op die draad, is die primêre oorsake van oppervlakkrap.

1.4 Koue Skeidingstegnologie

Koue skeiding van SiC-enkelkristalle is 'n innoverende proses op die gebied van derdegenerasie-halfgeleiermateriaalverwerking. In onlangse jare het dit aansienlike aandag getrek vanweë die noemenswaardige voordele daarvan in die verbetering van opbrengs en die vermindering van materiaalverlies. Die tegnologie kan vanuit drie aspekte geanaliseer word: werkbeginsel, prosesvloei en kernvoordele.

Bepaling van kristaloriëntasie en slyp van die buitenste diameter: Voor verwerking moet die kristaloriëntasie van die SiC-staaf bepaal word. Die staaf word dan in 'n silindriese struktuur (algemeen bekend as 'n SiC-puck) gevorm deur middel van slyp van die buitenste diameter. Hierdie stap lê die grondslag vir daaropvolgende gerigte sny en sny.

Multidraadsny: Hierdie metode gebruik skuurdeeltjies gekombineer met snydrade om die silindriese staaf te sny. Dit ly egter aan beduidende kerfverlies en probleme met oppervlakoneweredigheid.

Lasersnytegnologie: 'n Laser word gebruik om 'n gewysigde laag binne die kristal te vorm, waarvan dun skyfies losgemaak kan word. Hierdie benadering verminder materiaalverlies en verbeter verwerkingsdoeltreffendheid, wat dit 'n belowende nuwe rigting vir SiC-wafersny maak.

Snyprosesoptimalisering

Vaste skuurmiddel met veeldraadsnyding: Dit is tans die hoofstroomtegnologie, goed geskik vir die hoë hardheidseienskappe van SiC.

Elektriese ontladingsbewerking (EDM) en koue skeidingstegnologie: Hierdie metodes bied gediversifiseerde oplossings wat op spesifieke vereistes afgestem is.

Poleerproses: Dit is noodsaaklik om die materiaalverwyderingstempo en oppervlakskade te balanseer. Chemiese Meganiese Polering (CMP) word gebruik om oppervlakuniformiteit te verbeter.

Monitering in reële tyd: Aanlyn inspeksietegnologieë word bekendgestel om oppervlakruheid in reële tyd te monitor.

Lasersny: Hierdie tegniek verminder kerfverlies en verkort verwerkingssiklusse, hoewel die termies geaffekteerde sone 'n uitdaging bly.

Hibriede Verwerkingstegnologieë: Die kombinasie van meganiese en chemiese metodes verbeter verwerkingsdoeltreffendheid.

Hierdie tegnologie het reeds industriële toepassings bereik. Infineon het byvoorbeeld SILTECTRA verkry en besit nou kernpatente wat massaproduksie van 8-duim-wafers ondersteun. In China het maatskappye soos Delong Laser 'n uitsetdoeltreffendheid van 30 wafers per staaf vir 6-duim-waferverwerking bereik, wat 'n verbetering van 40% teenoor tradisionele metodes verteenwoordig.

Namate die vervaardiging van huishoudelike toerusting versnel, word verwag dat hierdie tegnologie die hoofstroomoplossing vir SiC-substraatverwerking sal word. Met die toenemende deursnee van halfgeleiermateriale het tradisionele snymetodes verouderd geraak. Onder die huidige opsies toon die heen-en-weergaande diamantsaagtegnologie die mees belowende toepassingsvooruitsigte. Lasersny, as 'n opkomende tegniek, bied beduidende voordele en word verwag om in die toekoms die primêre snymetode te word.

2.SiC Enkelkristal Slyp

As 'n verteenwoordiger van derdegenerasie-halfgeleiers bied silikonkarbied (SiC) beduidende voordele as gevolg van sy wye bandgaping, hoë deurslag-elektriese veld, hoë versadigings-elektrondriftsnelheid en uitstekende termiese geleidingsvermoë. Hierdie eienskappe maak SiC veral voordelig in hoëspanningstoepassings (bv. 1200V-omgewings). Die verwerkingstegnologie vir SiC-substrate is 'n fundamentele deel van toestelvervaardiging. Die oppervlakkwaliteit en presisie van die substraat beïnvloed direk die kwaliteit van die epitaksiale laag en die werkverrigting van die finale toestel.

Die primêre doel van die slypproses is om oppervlaksaagmerke en skadelae wat tydens snywerk veroorsaak is, te verwyder, en om vervorming wat deur die snyproses veroorsaak word, reg te stel. Gegewe SiC se uiters hoë hardheid, vereis slyp die gebruik van harde skuurmiddels soos boorkarbied of diamant. Konvensionele slyp word tipies verdeel in growwe slyp en fyn slyp.

2.1 Growwe en Fyn Maal

Slypwerk kan gekategoriseer word op grond van skuurdeeltjiegrootte:

Growwe Slyp: Gebruik groter skuurmiddels hoofsaaklik om saagmerke en skadelae wat tydens snywerk veroorsaak is, te verwyder, wat verwerkingsdoeltreffendheid verbeter.

Fyn Slyp: Gebruik fyner skuurmiddels om die skadelaag wat deur growwe slyp agtergelaat word, te verwyder, oppervlakruheid te verminder en oppervlakkwaliteit te verbeter.

Baie plaaslike SiC-substraatvervaardigers gebruik grootskaalse produksieprosesse. 'n Algemene metode behels dubbelsydige slyp met behulp van 'n gietysterplaat en monokristallyne diamantslurry. Hierdie proses verwyder effektief die skadelaag wat deur draadsaag gelaat is, korrigeer die wafervorm en verminder TTV (Totale Diktevariasie), Buiging en Vervorming. Die materiaalverwyderingstempo is stabiel en bereik tipies 0,8–1,2 μm/min. Die gevolglike waferoppervlak is egter mat met relatief hoë ruheid – tipies rondom 50 nm – wat hoër eise aan daaropvolgende poleerstappe stel.

2.2 Enkelsydige Slypwerk

Enkelsydige slyping verwerk slegs een kant van die wafer op 'n slag. Tydens hierdie proses word die wafer met was op 'n staalplaat gemonteer. Onder toegepaste druk ondergaan die substraat effense vervorming, en die boonste oppervlak word platgemaak. Na die slyping word die onderste oppervlak gelykgemaak. Wanneer die druk verwyder word, is die boonste oppervlak geneig om na sy oorspronklike vorm te herstel, wat ook die reeds geslypte onderste oppervlak beïnvloed - wat veroorsaak dat beide kante kromtrek en in platheid degradeer.

Boonop kan die slypplaat binne 'n kort tydjie konkaaf word, wat veroorsaak dat die wafer konveks word. Om die platheid van die plaat te behou, is gereelde slyping nodig. As gevolg van die lae doeltreffendheid en swak waferplatheid, is enkelsydige slyp nie geskik vir massaproduksie nie.

Tipies word #8000-slypwiele vir fyn slyp gebruik. In Japan is hierdie proses relatief volwasse en gebruik selfs #30000-poleerwiele. Dit laat die oppervlakruheid van die verwerkte wafers onder 2 nm daal, wat die wafers gereed maak vir finale CMP (Chemiese Meganiese Polering) sonder addisionele verwerking.

2.3 Enkelsydige Verdunningstegnologie

Diamant Enkelsydige Verdunningstegnologie is 'n nuwe metode van enkelsydige slyp. Soos geïllustreer in Figuur 5 (nie hier getoon nie), gebruik die proses 'n diamantgebonde slypplaat. Die wafer word vasgemaak deur vakuumadsorpsie, terwyl beide die wafer en die diamantslypwiel gelyktydig roteer. Die slypwiel beweeg geleidelik afwaarts om die wafer tot 'n teikendikte te verdun. Nadat een kant voltooi is, word die wafer omgekeer om die ander kant te verwerk.

Na verdunning kan 'n 100 mm-wafel die volgende bereik:

Boog < 5 μm

TTV < 2 μm

Oppervlakruheid < 1 nm

Hierdie enkelwafelverwerkingsmetode bied hoë stabiliteit, uitstekende konsekwentheid en 'n hoë materiaalverwyderingstempo. In vergelyking met konvensionele dubbelsydige slyp, verbeter hierdie tegniek die slypdoeltreffendheid met meer as 50%.

2.4 Dubbelsydige Slypwerk

Dubbelsydige slyp gebruik beide 'n boonste en 'n onderste slypplaat om beide kante van die substraat gelyktydig te slyp, wat uitstekende oppervlakkwaliteit aan beide kante verseker.

Tydens die proses oefen die slypplate eers druk uit op die hoogste punte van die werkstuk, wat vervorming en geleidelike materiaalverwydering by daardie punte veroorsaak. Soos die hoë kolle gelykgemaak word, word die druk op die substraat geleidelik meer eenvormig, wat lei tot konsekwente vervorming oor die hele oppervlak. Dit laat beide die boonste en onderste oppervlaktes eweredig geslyp word. Sodra die slyp voltooi is en die druk vrygestel word, herstel elke deel van die substraat eenvormig as gevolg van die gelyke druk wat dit ervaar het. Dit lei tot minimale kromtrekking en goeie platheid.

Die oppervlakruheid van die wafer na slyp hang af van die skuurdeeltjiegrootte—kleiner deeltjies lewer gladder oppervlaktes. Wanneer 5 μm-skuurmiddels vir dubbelsydige slyp gebruik word, kan die platheid en diktevariasie van die wafer binne 5 μm beheer word. Atoomkragmikroskopie (AFM) metings toon 'n oppervlakruheid (Rq) van ongeveer 100 nm, met slypgate tot 380 nm diep en sigbare lineêre merke wat deur skuurwerking veroorsaak word.

'n Meer gevorderde metode behels dubbelsydige slyp met behulp van poliuretaanskuimblokkies gekombineer met polikristallyne diamantslurry. Hierdie proses produseer wafers met baie lae oppervlakruheid, wat Ra < 3 nm bereik, wat baie voordelig is vir die daaropvolgende polering van SiC-substrate.

Oppervlakkrap bly egter 'n onopgeloste probleem. Daarbenewens word die polikristallyne diamant wat in hierdie proses gebruik word, vervaardig via plofbare sintese, wat tegnies uitdagend is, lae hoeveelhede oplewer en uiters duur is.

Polering van SiC-enkelkristalle

Om 'n hoëgehalte-gepoleerde oppervlak op silikonkarbied (SiC)-wafers te verkry, moet polering slypgate en nanometer-skaalse oppervlakgolwings heeltemal verwyder. Die doel is om 'n gladde, defekvrye oppervlak te produseer sonder kontaminasie of degradasie, geen ondergrondse skade en geen oorblywende oppervlakspanning nie.

3.1 Meganiese Polering en CMP van SiC-wafers

Na die groei van 'n SiC-enkelkristalstaaf, verhoed oppervlakdefekte dat dit direk vir epitaksiale groei gebruik kan word. Daarom is verdere verwerking nodig. Die staaf word eers deur afronding in 'n standaard silindriese vorm gevorm, dan met behulp van draadsny in wafers gesny, gevolg deur kristallografiese oriëntasieverifikasie. Polering is 'n kritieke stap in die verbetering van die wafergehalte, die aanspreek van potensiële oppervlakskade wat veroorsaak word deur kristalgroeidefekte en voorafgaande verwerkingsstappe.

Daar is vier hoofmetodes vir die verwydering van oppervlakskade-lae op SiC:

Meganiese polering: Eenvoudig maar laat skrape; geskik vir aanvanklike polering.

Chemiese Meganiese Polering (CMP): Verwyder skrape deur chemiese etsing; geskik vir presisiepolering.

Waterstofetsing: Vereis komplekse toerusting, wat algemeen in HTCVD-prosesse gebruik word.

Plasma-ondersteunde polering: Kompleks en selde gebruik.

Slegs meganiese polering veroorsaak gewoonlik skrape, terwyl slegs chemiese polering tot ongelyke etsing kan lei. CMP kombineer beide voordele en bied 'n doeltreffende, koste-effektiewe oplossing.

CMP-werkbeginsel

CMP werk deur die wafer onder 'n vasgestelde druk teen 'n roterende poleerblok te roteer. Hierdie relatiewe beweging, gekombineer met meganiese skuur van nano-grootte skuurmiddels in die slurry en die chemiese werking van reaktiewe middels, bewerkstellig oppervlakplanarisering.

Belangrike materiale wat gebruik is:

Poleermiddel: Bevat skuurmiddels en chemiese reagense.

Poleerblok: Slyt tydens gebruik, wat poriegrootte en doeltreffendheid van slykaflewering verminder. Gereelde polering, tipies met 'n diamantpoleringsmasjien, is nodig om ruheid te herstel.

Tipiese CMP-proses

Skuurmiddel: 0.5 μm diamantslurry

Teikenoppervlakruheid: ~0.7 nm

Chemiese Meganiese Polering:

Poleertoerusting: AP-810 enkelsydige poleerder

Druk: 200 g/cm²

Plaatspoed: 50 rpm

Keramiekhouerspoed: 38 rpm

Samestelling van die slyk:

SiO₂ (30 gewig%, pH = 10.15)

0–70 gewig% H₂O₂ (30 gewig%, reagensgraad)

Pas pH aan tot 8.5 met 5 gew.% KOH en 1 gew.% HNO₃.

Slurryvloeitempo: 3 L/min, hersirkuleer

Hierdie proses verbeter die kwaliteit van SiC-wafers effektief en voldoen aan die vereistes vir stroomafprosesse.

Tegniese Uitdagings in Meganiese Polering

SiC, as 'n halfgeleier met 'n wye bandgaping, speel 'n belangrike rol in die elektroniese industrie. Met uitstekende fisiese en chemiese eienskappe is SiC-enkelkristalle geskik vir uiterste omgewings, soos hoë temperatuur, hoë frekwensie, hoë krag en stralingsweerstand. Die harde en bros aard daarvan bied egter groot uitdagings vir slyp en poleer.

Namate toonaangewende wêreldvervaardigers van 6-duim na 8-duim-wafers oorskakel, het probleme soos krake en waferskade tydens verwerking meer prominent geword, wat die opbrengs aansienlik beïnvloed. Die aanspreek van die tegniese uitdagings van 8-duim SiC-substrate is nou 'n belangrike maatstaf vir die bedryf se vooruitgang.

In die 8-duim-era staar SiC-waferverwerking talle uitdagings in die gesig:

Wafer-skalering is nodig om skyfie-uitset per bondel te verhoog, randverlies te verminder en produksiekoste te verlaag - veral gegewe die stygende vraag in elektriese voertuigtoepassings.

Terwyl die groei van 8-duim SiC-enkelkristalle volwasse geword het, ondervind agterprosesse soos slyp en poleer steeds knelpunte, wat lei tot lae opbrengste (slegs 40-50%).

Groter wafers ervaar meer komplekse drukverspreidings, wat die moeilikheid verhoog om poleerstres en opbrengskonsekwentheid te bestuur.

Alhoewel die dikte van 8-duim-wafers dié van 6-duim-wafers nader, is hulle meer geneig tot skade tydens hantering as gevolg van spanning en kromtrekking.

Om snyverwante spanning, kromtrekking en krake te verminder, word lasersny toenemend gebruik. Die volgende word egter gedoen:

Langgolflengte-lasers veroorsaak termiese skade.

Kortgolflengte-lasers genereer swaar puin en verdiep die skadelaag, wat die poleerkompleksiteit verhoog.

Meganiese poleerwerkvloei vir SiC

Die algemene prosesvloei sluit in:

Oriëntasie sny

Growwe maal

Fyn maal

Meganiese polering

Chemiese Meganiese Polering (CMP) as die laaste stap

Die keuse van CMP-metode, prosesroete-ontwerp en optimalisering van parameters is van kritieke belang. In halfgeleiervervaardiging is CMP die bepalende stap vir die vervaardiging van SiC-wafers met ultragladde, defekvrye en skadevrye oppervlaktes, wat noodsaaklik is vir hoëgehalte-epitaksiale groei.

(a) Verwyder die SiC-staaf uit die smeltkroes;

(b) Voer aanvanklike vorming uit deur middel van slypwerk met die buitenste diameter;

(c) Bepaal die kristaloriëntasie deur gebruik te maak van belyningsvlakke of kerwe;

(d) Sny die staaf in dun wafels met behulp van multidraadsaag;

(e) Bereik spieëlagtige oppervlakgladheid deur slyp- en poleerstappe.

Na voltooiing van die reeks verwerkingsstappe word die buitenste rand van die SiC-wafer dikwels skerp, wat die risiko van afskilfering tydens hantering of gebruik verhoog. Om sulke broosheid te vermy, is randslypwerk nodig.

Benewens tradisionele snyprosesse, behels 'n innoverende metode vir die voorbereiding van SiC-wafers bindingstegnologie. Hierdie benadering maak wafervervaardiging moontlik deur 'n dun SiC-enkelkristallaag aan 'n heterogene substraat (ondersteunende substraat) te bind.

Figuur 3 illustreer die prosesvloei:

Eerstens word 'n delaminasielaag op 'n spesifieke diepte op die oppervlak van die SiC-enkelkristal gevorm via waterstofioon-inplanting of soortgelyke tegnieke. Die verwerkte SiC-enkelkristal word dan aan 'n plat ondersteunende substraat gebind en aan druk en hitte onderwerp. Dit maak suksesvolle oordrag en skeiding van die SiC-enkelkristallaag op die ondersteunende substraat moontlik.

Die geskeide SiC-laag ondergaan oppervlakbehandeling om die vereiste platheid te verkry en kan hergebruik word in daaropvolgende bindingsprosesse. In vergelyking met die tradisionele sny van SiC-kristalle, verminder hierdie tegniek die vraag na duur materiale. Alhoewel tegniese uitdagings steeds bestaan, vorder navorsing en ontwikkeling aktief om laerkoste-wafelproduksie moontlik te maak.

Gegewe die hoë hardheid en chemiese stabiliteit van SiC – wat dit bestand maak teen reaksies by kamertemperatuur – is meganiese polering nodig om fyn slypputte te verwyder, oppervlakskade te verminder, skrape, putte en lemoenskildefekte uit te skakel, oppervlakruheid te verlaag, platheid te verbeter en oppervlakkwaliteit te verbeter.

Om 'n hoëgehalte-gepoleerde oppervlak te verkry, is dit nodig om:

Pas skuurtipes aan,

Verminder deeltjiegrootte,

Optimaliseer prosesparameters,

Kies poleermateriaal en -blokkies met voldoende hardheid.

Figuur 7 toon dat dubbelsydige polering met 1 μm skuurmiddels platheid en diktevariasie binne 10 μm kan beheer, en oppervlakruheid tot ongeveer 0.25 nm kan verminder.

3.2 Chemiese Meganiese Polering (CMP)

Chemiese Meganiese Polering (CMP) kombineer ultrafyn deeltjie-skuring met chemiese etsing om 'n gladde, planêre oppervlak op die materiaal wat verwerk word, te vorm. Die basiese beginsel is:

'n Chemiese reaksie vind plaas tussen die poleermiddel en die waferoppervlak, wat 'n sagte laag vorm.

Wrywing tussen die skuurdeeltjies en die sagte laag verwyder die materiaal.

CMP-voordele:

Oorkom die nadele van suiwer meganiese of chemiese polering,

Bereik beide globale en plaaslike planarisering,

Produseer oppervlaktes met hoë platheid en lae ruheid,

Laat geen oppervlak- of onderoppervlakskade agter nie.

In detail:

Die wafer beweeg onder druk relatief tot die poleerblok.

Nanometer-skaal skuurmiddels (bv. SiO₂) in die slurry neem deel aan skuifwerking, verswak Si-C kovalente bindings en verbeter materiaalverwydering.

Tipes CMP-tegnieke:

Vrye Skuurpolering: Skuurmiddels (bv. SiO₂) word in 'n slurry gesuspendeer. Materiaalverwydering vind plaas deur drieliggaamskuur (wafer-pad-skuurmiddel). Skuurmiddelgrootte (tipies 60–200 nm), pH en temperatuur moet presies beheer word om eenvormigheid te verbeter.

Vaste skuurpolering: Skuurmiddels is in die poleerblok ingebed om agglomerasie te voorkom – ideaal vir hoëpresisie-verwerking.

Skoonmaak na polering:

Gepoleerde wafers ondergaan:

Chemiese skoonmaak (insluitend die verwydering van DI-water en slykreste),

DI water spoel, en

Droging van warm stikstof

om oppervlakbesoedelingstowwe te verminder.

Oppervlakkwaliteit en -prestasie

Oppervlakruheid kan verminder word tot Ra < 0.3 nm, wat aan halfgeleier-epitaksievereistes voldoen.

Globale planarisering: Die kombinasie van chemiese versagting en meganiese verwydering verminder skrape en ongelyke ets, wat suiwer meganiese of chemiese metodes oortref.

Hoë doeltreffendheid: Geskik vir harde en bros materiale soos SiC, met materiaalverwyderingstempo's bo 200 nm/h.

Ander opkomende poleertegnieke

Benewens CMP, is alternatiewe metodes voorgestel, insluitend:

Elektrochemiese polering, Katalisator-ondersteunde polering of etsing, en

Tribochemiese polering.

Hierdie metodes is egter steeds in die navorsingsfase en het stadig ontwikkel as gevolg van SiC se uitdagende materiaaleienskappe.

Uiteindelik is SiC-verwerking 'n geleidelike proses om kromtrekking en ruheid te verminder om die oppervlakkwaliteit te verbeter, waar platheid- en ruheidbeheer deur elke stadium van kritieke belang is.

Verwerkingstegnologie

Tydens die wafer-slypfase word diamantslurry met verskillende deeltjiegroottes gebruik om die wafer tot die vereiste platheid en oppervlakruheid te slyp. Dit word gevolg deur polering, met behulp van beide meganiese en chemiese meganiese poleringstegnieke (CMP) om skadevrye gepoleerde silikonkarbied (SiC) wafers te produseer.

Na polering ondergaan die SiC-wafers streng kwaliteitsinspeksie met behulp van instrumente soos optiese mikroskope en X-straaldiffraktometers om te verseker dat alle tegniese parameters aan die vereiste standaarde voldoen. Laastens word die gepoleerde wafers skoongemaak met gespesialiseerde skoonmaakmiddels en ultrasuiwer water om oppervlakbesoedelingstowwe te verwyder. Hulle word dan gedroog met behulp van ultra-hoë suiwer stikstofgas en sentrifugeerders, wat die hele produksieproses voltooi.

Na jare se pogings is beduidende vordering gemaak met die verwerking van SiC-enkelkristal in China. Plaaslik is 100 mm gedoteerde semi-isolerende 4H-SiC-enkelkristalle suksesvol ontwikkel, en n-tipe 4H-SiC- en 6H-SiC-enkelkristalle kan nou in bondels vervaardig word. Maatskappye soos TankeBlue en TYST het reeds 150 mm SiC-enkelkristalle ontwikkel.

Wat SiC-waferverwerkingstegnologie betref, het plaaslike instellings die prosestoestande en -roetes vir kristal sny, slyp en poleer voorlopig ondersoek. Hulle is in staat om monsters te produseer wat basies aan die vereistes vir toestelvervaardiging voldoen. In vergelyking met internasionale standaarde, is die oppervlakverwerkingskwaliteit van plaaslike wafers egter steeds aansienlik agter. Daar is verskeie kwessies:

Internasionale SiC-teorieë en verwerkingstegnologieë word streng beskerm en is nie maklik toeganklik nie.

Daar is 'n gebrek aan teoretiese navorsing en ondersteuning vir prosesverbetering en -optimalisering.

Die koste van die invoer van buitelandse toerusting en komponente is hoog.

Binnelandse navorsing oor toerustingontwerp, verwerkingspresisie en materiale toon steeds beduidende gapings in vergelyking met internasionale vlakke.

Tans word die meeste hoë-presisie-instrumente wat in China gebruik word, ingevoer. Toetstoerusting en metodologieë benodig ook verdere verbetering.

Met die voortgesette ontwikkeling van derdegenerasie halfgeleiers neem die deursnee van SiC-enkelkristalsubstrate bestendig toe, tesame met hoër vereistes vir oppervlakverwerkingskwaliteit. Waferverwerkingstegnologie het een van die mees tegnies uitdagende stappe na SiC-enkelkristalgroei geword.

Om bestaande uitdagings in verwerking aan te spreek, is dit noodsaaklik om die meganismes betrokke by sny, slyp en poleer verder te bestudeer, en om geskikte prosesmetodes en -roetes vir SiC-wafelvervaardiging te verken. Terselfdertyd is dit nodig om te leer van gevorderde internasionale verwerkingstegnologieë en die nuutste ultra-presisie-bewerkingstegnieke en -toerusting te gebruik om hoëgehalte-substrate te produseer.

Namate die grootte van die wafer toeneem, neem die moeilikheidsgraad van kristalgroei en -verwerking ook toe. Die vervaardigingsdoeltreffendheid van stroomaf-toestelle verbeter egter aansienlik, en die eenheidskoste word verminder. Tans bied die belangrikste SiC-waferverskaffers wêreldwyd produkte aan wat wissel van 4 duim tot 6 duim in deursnee. Toonaangewende maatskappye soos Cree en II-VI het reeds begin beplan vir die ontwikkeling van 8-duim SiC-waferproduksielyne.