L-Istatus u x-Xejriet Attwali tat-Teknoloġija tal-Ipproċessar tal-Wafers tas-SiC

Bħala materjal ta' sottostrat semikonduttur tat-tielet ġenerazzjoni,karbur tas-silikon (SiC)Il-kristall wieħed għandu prospetti wesgħin ta' applikazzjoni fil-manifattura ta' apparati elettroniċi ta' frekwenza għolja u qawwa għolja. It-teknoloġija tal-ipproċessar tas-SiC għandha rwol deċiżiv fil-produzzjoni ta' materjali tas-sottostrat ta' kwalità għolja. Dan l-artikolu jintroduċi l-istat attwali tar-riċerka dwar it-teknoloġiji tal-ipproċessar tas-SiC kemm fiċ-Ċina kif ukoll barra, billi janalizza u jqabbel il-mekkaniżmi tal-proċessi tat-tqattigħ, tat-tħin u tal-illustrar, kif ukoll ix-xejriet fil-flatness tal-wejfer u l-ħruxija tal-wiċċ. Jindika wkoll l-isfidi eżistenti fl-ipproċessar tal-wejfer tas-SiC u jiddiskuti d-direzzjonijiet futuri tal-iżvilupp.

Karbur tas-silikon (SiC)Il-wejfers huma materjali fundamentali kritiċi għal apparati semikondutturi tat-tielet ġenerazzjoni u għandhom importanza sinifikanti u potenzjal tas-suq f'oqsma bħall-mikroelettronika, l-elettronika tal-enerġija, u d-dawl tas-semikondutturi. Minħabba l-ebusija estremament għolja u l-istabbiltà kimika ta'Kristalli singoli tas-SiC, il-metodi tradizzjonali tal-ipproċessar tas-semikondutturi mhumiex kompletament adattati għall-magni tagħhom. Għalkemm ħafna kumpaniji internazzjonali wettqu riċerka estensiva dwar l-ipproċessar teknikament impenjattiv ta' kristalli singoli SiC, it-teknoloġiji rilevanti jinżammu strettament kunfidenzjali.

Fi snin reċenti, iċ-Ċina żiedet l-isforzi fl-iżvilupp ta' materjali u apparati SiC b'kristalli singoli. Madankollu, l-avvanz tat-teknoloġija tal-apparati SiC fil-pajjiż bħalissa huwa ristrett minn limitazzjonijiet fit-teknoloġiji tal-ipproċessar u l-kwalità tal-wejfers. Għalhekk, huwa essenzjali għaċ-Ċina li ttejjeb il-kapaċitajiet tal-ipproċessar SiC biex ittejjeb il-kwalità tas-sottostrati SiC b'kristalli singoli u tikseb l-applikazzjoni prattika u l-produzzjoni tal-massa tagħhom.

Il-passi ewlenin tal-ipproċessar jinkludu: qtugħ → tħin oħxon → tħin fin → illustrar mhux maħdum (illustrar mekkaniku) → illustrar fin (illustrar kimiku-mekkaniku, CMP) → spezzjoni.

Qtugħ ta' Kristalli Uniċi SiC

Fl-ipproċessar ta'Kristalli singoli tas-SiC, it-tqattigħ huwa l-ewwel pass u wieħed kritiku ħafna. Il-kurva, it-tgħawwiġ, u l-varjazzjoni tal-ħxuna totali (TTV) tal-wejfer li jirriżultaw mill-proċess tat-tqattigħ jiddeterminaw il-kwalità u l-effettività tal-operazzjonijiet sussegwenti tat-tħin u l-illustrar.

L-għodod tat-tqattigħ jistgħu jiġu kkategorizzati skont il-forma f'serrieq tad-djamanti b'dijametru ta' ġewwa (ID), serrieq b'dijametru ta' barra (OD), serrieq tal-faxxa, u serrieq tal-wajer. Is-serrieq tal-wajer, imbagħad, jistgħu jiġu kklassifikati skont it-tip ta' moviment tagħhom f'sistemi ta' wajer reċiprokanti u b'ċirku (bla tarf). Abbażi tal-mekkaniżmu tat-tqattigħ tal-abrażiv, it-tekniki tat-tqattigħ bis-serrieq tal-wajer jistgħu jinqasmu f'żewġ tipi: serrar tal-wajer b'abrażiv ħieles u serrar tal-wajer tad-djamanti b'abrażiv fiss.

1.1 Metodi Tradizzjonali tat-Tqattigħ

Il-fond tat-tqattigħ tas-serrieq b'dijametru ta' barra (OD) huwa limitat mid-dijametru tax-xafra. Matul il-proċess tat-tqattigħ, ix-xafra hija suxxettibbli għall-vibrazzjoni u d-devjazzjoni, li jirriżulta f'livelli għoljin ta' storbju u riġidità fqira. Is-serrieq b'dijametru ta' ġewwa (ID) jużaw abrażivi tad-djamanti fuq iċ-ċirkonferenza ta' ġewwa tax-xafra bħala t-tarf tat-tqattigħ. Dawn ix-xfafar jistgħu jkunu rqaq daqs 0.2 mm. Waqt it-tqattigħ, ix-xafra ID iddur b'veloċità għolja waqt li l-materjal li għandu jinqata' jiċċaqlaq radjalment relattiv għaċ-ċentru tax-xafra, u b'hekk jinkiseb it-tqattigħ permezz ta' dan il-moviment relattiv.

Is-serrieq tal-faxxa tad-djamanti jeħtieġu waqfiet u treġġigħ lura frekwenti, u l-veloċità tat-tqattigħ hija baxxa ħafna—tipikament ma taqbiżx iż-2 m/s. Ibatu wkoll minn xedd mekkaniku sinifikanti u spejjeż għoljin ta’ manutenzjoni. Minħabba l-wisa’ tax-xafra tas-serrieq, ir-raġġ tat-tqattigħ ma jistax ikun żgħir wisq, u t-tqattigħ b’ħafna flieli mhux possibbli. Dawn l-għodod tradizzjonali tas-serrieq huma limitati mir-riġidità tal-bażi u ma jistgħux jagħmlu qatgħat mgħawġa jew ikollhom raġġi ta’ tidwir ristretti. Huma kapaċi biss għal qatgħat dritti, jipproduċu kerfs wesgħin, għandhom rata ta’ rendiment baxxa, u għalhekk mhumiex adattati għat-tqattigħ.Kristalli tas-SiC.

1.2 Qtugħ b'ħafna wajers b'serrieq tal-wajer abrażiv ħieles

It-teknika tat-tqattigħ b'serrieq tal-wajer li jobrox ħieles tuża l-moviment rapidu tal-wajer biex iġorr it-taħlita fil-kerf, u b'hekk tippermetti t-tneħħija tal-materjal. Din primarjament timpjega struttura reċiprokanti u bħalissa hija metodu matur u użat ħafna għat-tqattigħ effiċjenti b'ħafna wejfers tas-silikon kristallin wieħed. Madankollu, l-applikazzjoni tagħha fit-tqattigħ tas-SiC ġiet studjata inqas b'mod estensiv.

Serrieq tal-wajer li jobrox ħieles jistgħu jipproċessaw wejfers bi ħxuna ta' inqas minn 300 μm. Huma joffru telf baxx ta' kerf, rarament jikkawżaw tqaxxir, u jirriżultaw fi kwalità tal-wiċċ relattivament tajba. Madankollu, minħabba l-mekkaniżmu tat-tneħħija tal-materjal—ibbażat fuq ir-rolling u l-indentazzjoni tal-abrażivi—il-wiċċ tal-wejfer għandu t-tendenza li jiżviluppa stress residwu sinifikanti, mikroxquq, u saffi ta' ħsara aktar profondi. Dan iwassal għal tgħawwiġ tal-wejfer, jagħmilha diffiċli biex tiġi kkontrollata l-eżattezza tal-profil tal-wiċċ, u jżid it-tagħbija fuq il-passi sussegwenti tal-ipproċessar.

Il-prestazzjoni tat-tqattigħ hija influwenzata ħafna mit-taħlita likwida; huwa meħtieġ li tinżamm l-akutezza tal-abrażivi u l-konċentrazzjoni tat-taħlita likwida. It-trattament u r-riċiklaġġ tat-taħlita likwida huma għaljin. Meta jinqatgħu ingotti ta' daqs kbir, l-abrażivi jsibuha diffiċli biex jippenetraw kerfs fondi u twal. Taħt l-istess daqs tal-qamħa likwida, it-telf tal-kerf huwa akbar minn dak tas-serrieq tal-wajer likwida b'materjal likwida fiss.

1.3 Qtugħ b'ħafna wajers tas-serrieq tal-wajer tad-djamanti abrażiv fiss

Serrieq tal-wajer tad-djamanti li joborxu fiss tipikament isiru billi jiġu inkorporati partiċelli tad-djamanti fuq sottostrat tal-wajer tal-azzar permezz ta' metodi ta' electroplating, sinterizzazzjoni, jew twaħħil tar-reżina. Serrieq tal-wajer tad-djamanti electroplated joffru vantaġġi bħal kerfs idjaq, kwalità aħjar tal-flieli, effiċjenza ogħla, kontaminazzjoni aktar baxxa, u l-abbiltà li jaqtgħu materjali b'ebusija għolja.

Is-serrieq tal-wajer tad-djamanti elettroplakkat reċiprokanti bħalissa huwa l-aktar metodu użat għat-tqattigħ tas-SiC. Il-Figura 1 (mhux murija hawn) turi l-wiċċ ċatt tal-wejfers tas-SiC maqtugħin bl-użu ta' din it-teknika. Hekk kif it-tqattigħ jimxi 'l quddiem, it-tgħawwiġ tal-wejfer jiżdied. Dan għaliex iż-żona ta' kuntatt bejn il-wajer u l-materjal tiżdied hekk kif il-wajer jiċċaqlaq 'l isfel, u b'hekk tiżdied ir-reżistenza u l-vibrazzjoni tal-wajer. Meta l-wajer jilħaq id-dijametru massimu tal-wejfer, il-vibrazzjoni tkun fl-aqwa tagħha, u tirriżulta fit-tgħawwiġ massimu.

Fl-istadji aktar tard tat-tqattigħ, minħabba li l-wajer jgħaddi minn aċċelerazzjoni, moviment b'veloċità stabbli, deċelerazzjoni, waqfien, u treġġigħ lura, flimkien ma' diffikultajiet fit-tneħħija tal-fdalijiet bil-likwidu li jkessaħ, il-kwalità tal-wiċċ tal-wejfer tiddeterjora. It-treġġigħ lura tal-wajer u l-varjazzjonijiet fil-veloċità, kif ukoll partiċelli kbar tad-djamanti fuq il-wajer, huma l-kawżi primarji tal-grif tal-wiċċ.

1.4 Teknoloġija tas-Separazzjoni Kiesħa

Is-separazzjoni kiesħa ta' kristalli singoli tas-SiC hija proċess innovattiv fil-qasam tal-ipproċessar ta' materjali semikondutturi tat-tielet ġenerazzjoni. Fi snin reċenti, ġibdet attenzjoni sinifikanti minħabba l-vantaġġi notevoli tagħha fit-titjib tar-rendiment u t-tnaqqis tat-telf ta' materjal. It-teknoloġija tista' tiġi analizzata minn tliet aspetti: il-prinċipju tax-xogħol, il-fluss tal-proċess, u l-vantaġġi ewlenin.

Determinazzjoni tal-Orjentazzjoni tal-Kristall u Tħin tad-Dijametru ta' Barra: Qabel l-ipproċessar, l-orjentazzjoni tal-kristall tal-ingott tas-SiC trid tiġi determinata. L-ingott imbagħad jiġi ffurmat fi struttura ċilindrika (komunement imsejħa puck tas-SiC) permezz tat-tħin tad-dijametru ta' barra. Dan il-pass ipoġġi l-pedament għal qtugħ u tqattigħ direzzjonali sussegwenti.

Qtugħ b'Ħafna Wajers: Dan il-metodu juża partiċelli abrażivi flimkien ma' wajers tat-tqattigħ biex iqatta' l-ingott ċilindriku. Madankollu, isofri minn telf sinifikanti ta' kerf u kwistjonijiet ta' irregolarità tal-wiċċ.

Teknoloġija tal-Qtugħ bil-Laser: Laser jintuża biex jifforma saff modifikat fil-kristall, li minnu jistgħu jinqalgħu flieli rqaq. Dan l-approċċ inaqqas it-telf ta' materjal u jtejjeb l-effiċjenza tal-ipproċessar, u b'hekk jagħmilha direzzjoni ġdida promettenti għall-qtugħ tal-wejfers tas-SiC.

Ottimizzazzjoni tal-Proċess tat-Tqattigħ

Qtugħ b'ħafna wajers b'materjal abrażiv fiss: Din bħalissa hija t-teknoloġija ewlenija, adattata sew għall-karatteristiċi ta' ebusija għolja tas-SiC.

Makkinar permezz ta' Skarika Elettrika (EDM) u Teknoloġija ta' Separazzjoni fil-Kiesaħ: Dawn il-metodi jipprovdu soluzzjonijiet diversifikati mfassla għal rekwiżiti speċifiċi.

Proċess ta' Lustrar: Huwa essenzjali li tiġi bbilanċjata r-rata tat-tneħħija tal-materjal u l-ħsara fil-wiċċ. Il-Lustrar Kimiku Mekkaniku (CMP) jintuża biex itejjeb l-uniformità tal-wiċċ.

Monitoraġġ f'Ħin Reali: Ġew introdotti teknoloġiji ta' spezzjoni online biex jiġi mmonitorjat l-irqaq tal-wiċċ f'ħin reali.

Tqattigħ bil-Laser: Din it-teknika tnaqqas it-telf tal-kerf u tqassar iċ-ċikli tal-ipproċessar, għalkemm iż-żona affettwata termalment tibqa' sfida.

Teknoloġiji tal-Ipproċessar Ibridi: Il-kombinazzjoni ta' metodi mekkaniċi u kimiċi ttejjeb l-effiċjenza tal-ipproċessar.

Din it-teknoloġija diġà kisbet applikazzjoni industrijali. Infineon, pereżempju, akkwistat SILTECTRA u issa għandha privattivi ewlenin li jappoġġjaw il-produzzjoni tal-massa ta’ wejfers ta’ 8 pulzieri. Fiċ-Ċina, kumpaniji bħal Delong Laser kisbu effiċjenza tal-produzzjoni ta’ 30 wejfer għal kull ingott għall-ipproċessar ta’ wejfers ta’ 6 pulzieri, li jirrappreżenta titjib ta’ 40% fuq il-metodi tradizzjonali.

Hekk kif il-manifattura tat-tagħmir domestiku taċċellera, din it-teknoloġija hija mistennija li ssir is-soluzzjoni ewlenija għall-ipproċessar tas-sottostrat tas-SiC. Biż-żieda fid-dijametru tal-materjali semikondutturi, il-metodi tradizzjonali tat-tqattigħ saru skaduti. Fost l-għażliet attwali, it-teknoloġija tas-serrieq tal-wajer tad-djamanti reċiprokanti turi l-aktar prospetti ta' applikazzjoni promettenti. It-tqattigħ bil-lejżer, bħala teknika emerġenti, joffri vantaġġi sinifikanti u huwa antiċipat li jsir il-metodu primarju tat-tqattigħ fil-futur.

2.Tħin ta' Kristall Uniku SiC

Bħala rappreżentant tas-semikondutturi tat-tielet ġenerazzjoni, il-karbur tas-silikon (SiC) joffri vantaġġi sinifikanti minħabba l-bandgap wiesa' tiegħu, il-kamp elettriku ta' tkissir għoli, il-veloċità għolja tad-drift tal-elettroni tas-saturazzjoni, u l-konduttività termali eċċellenti. Dawn il-proprjetajiet jagħmlu s-SiC partikolarment vantaġġjuż f'applikazzjonijiet ta' vultaġġ għoli (eż., ambjenti ta' 1200V). It-teknoloġija tal-ipproċessar għas-sottostrati tas-SiC hija parti fundamentali mill-fabbrikazzjoni tal-apparati. Il-kwalità tal-wiċċ u l-preċiżjoni tas-sottostrat jaffettwaw direttament il-kwalità tas-saff epitassjali u l-prestazzjoni tal-apparat finali.

L-iskop primarju tal-proċess tat-tħin huwa li jitneħħew il-marki tas-serrieq tal-wiċċ u s-saffi tal-ħsara kkawżati waqt it-tqattigħ, u li tiġi kkoreġuta d-deformazzjoni kkawżata mill-proċess tat-tqattigħ. Minħabba l-ebusija estremament għolja tas-SiC, it-tħin jeħtieġ l-użu ta' abrażivi iebsin bħal karbur tal-boron jew djamant. It-tħin konvenzjonali huwa tipikament maqsum fi tħin oħxon u tħin fin.

2.1 Tħin Oħxon u Fin

It-tħin jista' jiġi kkategorizzat skont id-daqs tal-partiċelli li joborxu:

Tħin Oħxon: Juża abrażivi akbar primarjament biex ineħħi l-marki tas-serrieq u s-saffi tal-ħsara kkawżati waqt it-tqattigħ, u b'hekk itejjeb l-effiċjenza tal-ipproċessar.

Tħin Fin: Juża abrażivi ifjen biex ineħħi s-saff tal-ħsara li jħalli t-tħin oħxon, inaqqas il-ħruxija tal-wiċċ, u jtejjeb il-kwalità tal-wiċċ.

Ħafna manifatturi domestiċi tas-sottostrati tas-SiC jużaw proċessi ta' produzzjoni fuq skala kbira. Metodu komuni jinvolvi tħin b'żewġ naħat bl-użu ta' pjanċa tal-ħadid fondut u taħlita ta' djamanti monokristallini. Dan il-proċess ineħħi b'mod effettiv is-saff tal-ħsara li jħalli s-serrar tal-wajer, jikkoreġi l-forma tal-wejfer, u jnaqqas it-TTV (Varjazzjoni Totali tal-Ħxuna), il-Bow, u l-Warp. Ir-rata tat-tneħħija tal-materjal hija stabbli, tipikament tilħaq 0.8–1.2 μm/min. Madankollu, il-wiċċ tal-wejfer li jirriżulta huwa matte b'ħruxija relattivament għolja—tipikament madwar 50 nm—li timponi domandi ogħla fuq il-passi sussegwenti tal-lostru.

2.2 Tħin fuq Naħa Waħda

It-tħin b'naħa waħda jipproċessa naħa waħda biss tal-wejfer kull darba. Matul dan il-proċess, il-wejfer jiġi mmuntat bix-xama' fuq pjanċa tal-azzar. Taħt pressjoni applikata, is-sottostrat jgħaddi minn deformazzjoni żgħira, u l-wiċċ ta' fuq jiġi ċċattjat. Wara t-tħin, il-wiċċ t'isfel jiġi llivellat. Meta titneħħa l-pressjoni, il-wiċċ ta' fuq għandu t-tendenza li jirkupra għall-forma oriġinali tiegħu, li jaffettwa wkoll il-wiċċ t'isfel diġà mitħun—u jikkawża li ż-żewġ naħat jitgħawġu u jiddegradaw fin-nuqqas ta' wiċċ ċatt.

Barra minn hekk, il-pjanċa tat-tħin tista' ssir konkava fi żmien qasir, u b'hekk il-wejfer isir konvessu. Biex tinżamm ċatta l-pjanċa, huwa meħtieġ li jsir tindif frekwenti. Minħabba l-effiċjenza baxxa u l-ċatt ħażin tal-wejfer, it-tħin fuq naħa waħda mhuwiex adattat għall-produzzjoni tal-massa.

Tipikament, roti tat-tħin #8000 jintużaw għal tħin fin. Fil-Ġappun, dan il-proċess huwa relattivament matur u saħansitra juża roti tal-lostru #30000. Dan jippermetti li l-ħruxija tal-wiċċ tal-wejfers ipproċessati tilħaq inqas minn 2 nm, u b'hekk il-wejfers ikunu lesti għas-CMP (Lostru Kimiku Mekkaniku) finali mingħajr proċessar addizzjonali.

2.3 Teknoloġija ta' Tindif b'Naħa Unika

It-Teknoloġija tat-Tħin b'Naħa Unika tad-Djamanti hija metodu ġdid ta' tħin b'naħa waħda. Kif muri fil-Figura 5 (mhux murija hawn), il-proċess juża pjanċa tat-tħin marbuta bid-djamanti. Il-wejfer jiġi ffissat permezz ta' adsorbiment bil-vakwu, filwaqt li kemm il-wejfer kif ukoll ir-rota tat-tħin tad-djamanti jduru simultanjament. Ir-rota tat-tħin timxi gradwalment 'l isfel biex tirqaq il-wejfer għal ħxuna fil-mira. Wara li naħa waħda tkun tlestiet, il-wejfer jinqaleb biex jiġi pproċessat in-naħa l-oħra.

Wara t-tnaqqija, wejfer ta' 100 mm jista' jikseb:

Kurva < 5 μm

TTV < 2 μm

Ħruxija tal-wiċċ < 1 nm

Dan il-metodu ta' pproċessar b'wejfer wieħed joffri stabbiltà għolja, konsistenza eċċellenti, u rata għolja ta' tneħħija tal-materjal. Meta mqabbel mat-tħin konvenzjonali b'żewġ naħat, din it-teknika ttejjeb l-effiċjenza tat-tħin b'aktar minn 50%.

2.4 Tħin b'żewġ naħat

It-tħin b'żewġ naħat juża kemm pjanċa tat-tħin ta' fuq kif ukoll waħda t'isfel biex itħan simultanjament iż-żewġ naħat tas-sottostrat, u jiżgura kwalità eċċellenti tal-wiċċ fuq iż-żewġ naħat.

Matul il-proċess, il-pjanċi tat-tħin l-ewwel japplikaw pressjoni fuq l-ogħla punti tal-biċċa tax-xogħol, u jikkawżaw deformazzjoni u tneħħija gradwali tal-materjal f'dawk il-punti. Hekk kif il-punti għoljin jiġu llivellati, il-pressjoni fuq is-sottostrat gradwalment issir aktar uniformi, u tirriżulta f'deformazzjoni konsistenti mal-wiċċ kollu. Dan jippermetti li kemm l-uċuħ ta' fuq kif ukoll dawk ta' isfel jiġu mħaffrin b'mod uniformi. Ladarba t-tħin ikun komplut u l-pressjoni tiġi rilaxxata, kull parti tas-sottostrat tirkupra b'mod uniformi minħabba l-pressjoni ugwali li esperjenzat. Dan iwassal għal tgħawwiġ minimu u ċattità tajba.

L-irqaq tal-wiċċ tal-wejfer wara t-tħin tiddependi mid-daqs tal-partiċelli li joborxu—partiċelli iżgħar jipproduċu uċuħ aktar lixxi. Meta jintużaw abrażivi ta' 5 μm għat-tħin fuq żewġ naħat, il-pjanità tal-wejfer u l-varjazzjoni tal-ħxuna jistgħu jiġu kkontrollati fi żmien 5 μm. Kejl tal-Mikroskopija tal-Forza Atomika (AFM) juri irqaq tal-wiċċ (Rq) ta' madwar 100 nm, b'ħofor tat-tħin sa 380 nm fondi u marki lineari viżibbli kkawżati minn azzjoni abrażiva.

Metodu aktar avvanzat jinvolvi tħin fuq żewġ naħat bl-użu ta' pads tal-fowm tal-poliuretan flimkien ma' taħlita ta' djamanti polikristallini. Dan il-proċess jipproduċi wejfers b'ħruxija tal-wiċċ baxxa ħafna, u jikseb Ra < 3 nm, li huwa ta' benefiċċju kbir għall-illustrar sussegwenti tas-sottostrati tas-SiC.

Madankollu, il-grif tal-wiċċ jibqa' kwistjoni mhux solvuta. Barra minn hekk, id-djamant polikristallin użat f'dan il-proċess huwa prodott permezz ta' sinteżi splussiva, li hija teknikament ta' sfida, tipproduċi kwantitajiet baxxi, u hija estremament għalja.

Lustrar ta' Kristalli Uniċi SiC

Biex tinkiseb wiċċ illustrat ta' kwalità għolja fuq wejfers tas-silikon karbur (SiC), l-illustrar irid ineħħi kompletament il-ħofor tat-tħin u l-ondulazzjonijiet tal-wiċċ fuq skala nanometrika. L-għan huwa li jiġi prodott wiċċ lixx u ħieles mid-difetti mingħajr kontaminazzjoni jew degradazzjoni, mingħajr ħsara taħt il-wiċċ, u mingħajr stress residwu tal-wiċċ.

3.1 Lustrar Mekkaniku u CMP ta' Wejfers tas-SiC

Wara t-tkabbir ta' ingott ta' kristall wieħed tas-SiC, id-difetti tal-wiċċ jipprevjenuh milli jintuża direttament għat-tkabbir epitassjali. Għalhekk, huwa meħtieġ aktar ipproċessar. L-ingott l-ewwel jiġi ffurmat f'forma ċilindrika standard permezz ta' arrotondament, imbagħad imqatta' f'wejfers bl-użu ta' qtugħ bil-wajer, segwit minn verifika tal-orjentazzjoni kristalografika. Il-lostru huwa pass kritiku fit-titjib tal-kwalità tal-wejfer, li jindirizza l-ħsara potenzjali tal-wiċċ ikkawżata minn difetti fit-tkabbir tal-kristalli u passi preċedenti tal-ipproċessar.

Hemm erba' metodi ewlenin biex jitneħħew saffi ta' ħsara fil-wiċċ fuq SiC:

Lustrar mekkaniku: Sempliċi iżda jħalli grif; adattat għal-lustrar inizjali.

Lustrar Kimiku Mekkaniku (CMP): Ineħħi l-grif permezz ta' inċiżjoni kimika; adattat għal-lustrar ta' preċiżjoni.

Inċiżjoni bl-idroġenu: Teħtieġ tagħmir kumpless, li jintuża komunement fil-proċessi HTCVD.

Lustrar assistit bil-plażma: Kumpless u rarament użat.

Il-lustrar mekkaniku biss għandu t-tendenza li jikkawża grif, filwaqt li l-lustrar kimiku biss jista' jwassal għal inċiżjoni irregolari. Is-CMP jgħaqqad iż-żewġ vantaġġi u joffri soluzzjoni effiċjenti u kosteffettiva.

Prinċipju ta' Ħidma tas-CMP

Is-CMP jaħdem billi jdawwar il-wejfer taħt pressjoni stabbilita kontra kuxxinett tal-lostru li jdur. Dan il-moviment relattiv, flimkien mal-brix mekkaniku minn abrażivi ta' daqs nanometriku fit-taħlita u l-azzjoni kimika ta' aġenti reattivi, jikseb planarizzazzjoni tal-wiċċ.

Materjali ewlenin użati:

Taħlita tal-lostru: Fiha abrażivi u reaġenti kimiċi.

Kuxxinett tal-lostru: Jikber waqt l-użu, u jnaqqas id-daqs tal-pori u l-effiċjenza tal-kunsinna tat-taħlita. Huwa meħtieġ tindif regolari, tipikament bl-użu ta' dresser tad-djamanti, biex tiġi restawrata l-ħruxija.

Proċess Tipiku tas-CMP

Abrażiv: taħlita tad-djamanti ta' 0.5 μm

Ħruxija tal-wiċċ fil-mira: ~0.7 nm

Lustrar Kimiku Mekkaniku:

Tagħmir tal-lostru: AP-810 polisher b'naħa waħda

Pressjoni: 200 g/ċm²

Veloċità tal-pjanċa: 50 rpm

Veloċità tad-detentur taċ-ċeramika: 38 rpm

Kompożizzjoni tad-demel likwidu:

SiO₂ (30% bil-piż, pH = 10.15)

0–70% piż H₂O₂ (30% piż, grad ta' reaġent)

Aġġusta l-pH għal 8.5 billi tuża 5% piż ta' KOH u 1% piż ta' HNO₃

Rata tal-fluss tat-taħlita: 3 L/min, riċirkolata

Dan il-proċess itejjeb b'mod effettiv il-kwalità tal-wejfer tas-SiC u jissodisfa r-rekwiżiti għall-proċessi downstream.

Sfidi Tekniċi fil-Lustrar Mekkaniku

Is-SiC, bħala semikonduttur b'bandgap wiesa', għandu rwol vitali fl-industrija tal-elettronika. Bil-proprjetajiet fiżiċi u kimiċi eċċellenti, il-kristalli singoli tas-SiC huma adattati għal ambjenti estremi, bħal temperatura għolja, frekwenza għolja, qawwa għolja, u reżistenza għar-radjazzjoni. Madankollu, in-natura iebsa u fraġli tiegħu tippreżenta sfidi kbar għat-tħin u l-illustrar.

Hekk kif il-manifatturi globali ewlenin qed jagħmlu t-tranżizzjoni minn wejfers ta' 6 pulzieri għal dawk ta' 8 pulzieri, kwistjonijiet bħall-qsim u l-ħsara fil-wejfers waqt l-ipproċessar saru aktar prominenti, u dan qed iħalli impatt sinifikanti fuq ir-rendiment. L-indirizzar tal-isfidi tekniċi tas-sottostrati tas-SiC ta' 8 pulzieri issa huwa punt ta' riferiment ewlieni għall-avvanz tal-industrija.

Fl-era ta' 8 pulzieri, l-ipproċessar tal-wejfers tas-SiC jiffaċċja bosta sfidi:

L-iskalar tal-wejfer huwa neċessarju biex tiżdied il-produzzjoni taċ-ċippa għal kull lott, jitnaqqas it-telf fit-tarf, u jitnaqqsu l-ispejjeż tal-produzzjoni—speċjalment minħabba d-domanda dejjem tikber fl-applikazzjonijiet tal-vetturi elettriċi.

Filwaqt li t-tkabbir ta' kristalli singoli SiC ta' 8 pulzieri mmatura, proċessi back-end bħat-tħin u l-illustrar għadhom jiffaċċjaw ostakli, li jirriżultaw f'rendimenti baxxi (40–50% biss).

Wejfers akbar jesperjenzaw distribuzzjonijiet ta' pressjoni aktar kumplessi, u dan iżid id-diffikultà tal-immaniġġjar tal-istress tal-illustrar u l-konsistenza tar-rendiment.

Għalkemm il-ħxuna tal-wejfers ta' 8 pulzieri qed toqrob lejn dik tal-wejfers ta' 6 pulzieri, huma aktar suxxettibbli għal ħsara waqt l-immaniġġjar minħabba stress u tgħawwiġ.

Biex jitnaqqas l-istress relatat mat-tqattigħ, it-tgħawwiġ, u l-qsim, it-tqattigħ bil-lejżer qed jintuża dejjem aktar. Madankollu:

Il-lejżers b'tul ta' mewġa twil jikkawżaw ħsara termali.

Lejżers b'tul ta' mewġa qasir jiġġeneraw debris tqil u japprofondixxu s-saff tal-ħsara, u b'hekk iżidu l-kumplessità tal-illustrar.

Fluss tax-Xogħol tal-Lustrar Mekkaniku għas-SiC

Il-fluss ġenerali tal-proċess jinkludi:

Qtugħ tal-orjentazzjoni

Tħin oħxon

Tħin fin

Lustrar mekkaniku

Lustrar Kimiku Mekkaniku (CMP) bħala l-pass finali

L-għażla tal-metodu CMP, id-disinn tar-rotta tal-proċess, u l-ottimizzazzjoni tal-parametri huma kruċjali. Fil-manifattura tas-semikondutturi, is-CMP huwa l-pass determinanti għall-produzzjoni ta' wejfers tas-SiC b'uċuħ ultra-lixxi, mingħajr difetti, u mingħajr ħsara, li huma essenzjali għal tkabbir epitassjali ta' kwalità għolja.

(a) Neħħi l-ingott tas-SiC mill-griġjol;

(b) Agħmel l-iffurmar inizjali billi tuża tħin tad-dijametru ta' barra;

(c) Iddetermina l-orjentazzjoni tal-kristall billi tuża ċatti jew inċiżjonijiet tal-allinjament;

(d) Qatta’ l-ingott f’wejfers irqaq billi tuża serrar b’ħafna wajers;

(e) Ikseb wiċċ lixx bħal mera permezz ta' passi ta' tħin u illustrar.

Wara li titlesta s-serje ta' passi tal-ipproċessar, it-tarf ta' barra tal-wejfer tas-SiC spiss isir jaqta', u dan iżid ir-riskju ta' tqattigħ waqt l-immaniġġjar jew l-użu. Biex tiġi evitata din il-fraġilità, huwa meħtieġ it-tħin tat-truf.

Minbarra l-proċessi tradizzjonali tat-tqattigħ, metodu innovattiv għall-preparazzjoni tal-wejfers tas-SiC jinvolvi t-teknoloġija tat-twaħħil. Dan l-approċċ jippermetti l-fabbrikazzjoni tal-wejfer billi twaħħal saff irqiq ta' kristall wieħed tas-SiC ma' sottostrat eteroġenju (sottostrat ta' appoġġ).

Il-Figura 3 turi l-fluss tal-proċess:

L-ewwel, saff ta' delaminazzjoni jiġi ffurmat f'fond speċifikat fuq il-wiċċ tal-kristall wieħed SiC permezz ta' implantazzjoni ta' joni tal-idroġenu jew tekniki simili. Il-kristall wieħed SiC ipproċessat imbagħad jitwaħħal ma' sottostrat ċatt ta' appoġġ u jiġi soġġett għal pressjoni u sħana. Dan jippermetti trasferiment u separazzjoni b'suċċess tas-saff tal-kristall wieħed SiC fuq is-sottostrat ta' appoġġ.

Is-saff tas-SiC separat jgħaddi minn trattament tal-wiċċ biex jinkiseb il-livell meħtieġ u jista' jerġa' jintuża fi proċessi sussegwenti ta' twaħħil. Meta mqabbel mat-tqattigħ tradizzjonali tal-kristalli tas-SiC, din it-teknika tnaqqas id-domanda għal materjali għaljin. Għalkemm għad hemm sfidi tekniċi, ir-riċerka u l-iżvilupp qed javvanzaw b'mod attiv biex jippermettu produzzjoni ta' wejfers bi prezz aktar baxx.

Minħabba l-ebusija għolja u l-istabbiltà kimika tas-SiC—li jagħmluh reżistenti għar-reazzjonijiet f'temperatura tal-kamra—illustrar mekkaniku huwa meħtieġ biex jitneħħew il-ħofor fini tat-tħin, titnaqqas il-ħsara tal-wiċċ, jiġu eliminati l-grif, il-ħofor, u d-difetti tal-qoxra tal-larinġ, titnaqqas il-ħruxija tal-wiċċ, tittejjeb il-flatness, u tittejjeb il-kwalità tal-wiċċ.

Biex tikseb wiċċ illustrat ta' kwalità għolja, huwa neċessarju li:

Aġġusta t-tipi ta' abrażivi,

Naqqas id-daqs tal-partiċelli,

Ottimizza l-parametri tal-proċess,

Agħżel materjali u pads tal-lostru b'ebusija adegwata.

Il-Figura 7 turi li l-illustrar fuq żewġ naħat b'abrażivi ta' 1 μm jista' jikkontrolla l-flatness u l-varjazzjoni tal-ħxuna fi żmien 10 μm, u jnaqqas il-ħruxija tal-wiċċ għal madwar 0.25 nm.

3.2 Lustrar Kimiku Mekkaniku (CMP)

Il-Lustrar Kimiku Mekkaniku (CMP) jikkombina l-brix ta' partiċelli ultrafini ma' inċiżjoni kimika biex jifforma wiċċ lixx u ċatt fuq il-materjal li qed jiġi pproċessat. Il-prinċipju bażiku huwa:

Reazzjoni kimika sseħħ bejn it-taħlita tal-lostru u l-wiċċ tal-wejfer, u tifforma saff artab.

Il-frizzjoni bejn il-partiċelli li joborxu u s-saff artab tneħħi l-materjal.

Vantaġġi tas-CMP:

Jegħleb l-iżvantaġġi tal-illustrar purament mekkaniku jew kimiku,

Jikseb planarizzazzjoni kemm globali kif ukoll lokali,

Jipproduċi uċuħ b'ċatt għoli u ħruxija baxxa,

Ma jħalli l-ebda ħsara fil-wiċċ jew taħt il-wiċċ.

Fid-dettall:

Il-wejfer jiċċaqlaq relattivament mal-kuxxinett tal-lostru taħt pressjoni.

Abrażivi fuq skala nanometrika (eż., SiO₂) fit-taħlita likwida jipparteċipaw fil-qtugħ, idgħajfu l-bonds kovalenti Si-C u jtejbu t-tneħħija tal-materjal.

Tipi ta' Tekniki CMP:

Lustrar b'Abrażivi Ħielsa: L-abrażivi (eż., SiO₂) huma sospiżi f'taħlita. It-tneħħija tal-materjal isseħħ permezz ta' abrażiv bi tliet korpi (wejfer-kuxxinett-abrażiv). Id-daqs tal-abrażiv (tipikament 60–200 nm), il-pH, u t-temperatura għandhom jiġu kkontrollati b'mod preċiż biex titjieb l-uniformità.

Lustrar b'Abrażivi Fissi: L-abrażivi huma inkorporati fil-kuxxinett tal-lostru biex jipprevjenu l-agglomerazzjoni—ideali għal ipproċessar ta' preċiżjoni għolja.

Tindif wara l-Lustrar:

Il-wejfers illustrati jgħaddu minn:

Tindif kimiku (inkluż ilma DI u tneħħija ta' residwi ta' demel likwidu),

Tlaħliħ bl-ilma DI, u

Tnixxif bin-nitroġenu sħun

biex jiġu minimizzati l-kontaminanti tal-wiċċ.

Kwalità u Prestazzjoni tal-Wiċċ

Il-ħruxija tal-wiċċ tista' titnaqqas għal Ra < 0.3 nm, u b'hekk tissodisfa r-rekwiżiti tal-epitassija tas-semikondutturi.

Planarizzazzjoni Globali: Il-kombinazzjoni ta' trattib kimiku u tneħħija mekkanika tnaqqas il-grif u l-inċiżjoni irregolari, u tegħleb metodi mekkaniċi jew kimiċi puri.

Effiċjenza Għolja: Adattat għal materjali iebsin u fraġli bħas-SiC, b'rati ta' tneħħija ta' materjal 'il fuq minn 200 nm/siegħa.

Tekniki Oħra ta' Lustrar Emerġenti

Minbarra s-CMP, ġew proposti metodi alternattivi, inklużi:

Lustrar elettrokimiku, Lustrar jew inċiżjoni assistita minn katalist, u

Lustrar tribokimiku.

Madankollu, dawn il-metodi għadhom fl-istadju tar-riċerka u żviluppaw bil-mod minħabba l-proprjetajiet tal-materjal ta' sfida tas-SiC.

Fl-aħħar mill-aħħar, l-ipproċessar tas-SiC huwa proċess gradwali ta' tnaqqis tat-tgħawwiġ u l-ħruxija biex titjieb il-kwalità tal-wiċċ, fejn il-flatness u l-kontroll tal-ħruxija huma kritiċi f'kull stadju.

Teknoloġija tal-Ipproċessar

Matul l-istadju tat-tħin tal-wejfer, tintuża taħlita ta' djamanti b'daqsijiet differenti ta' partiċelli biex titħan il-wejfer sal-livell ċatt u l-ħruxija tal-wiċċ meħtieġa. Dan jiġi segwit mill-illustrar, bl-użu kemm ta' tekniki ta' llustrar mekkaniku kif ukoll kimiku (CMP) biex jiġu prodotti wejfers tal-karbur tas-silikon (SiC) illustrati mingħajr ħsara.

Wara l-illustrar, il-wejfers tas-SiC jgħaddu minn spezzjoni rigoruża tal-kwalità bl-użu ta' strumenti bħal mikroskopji ottiċi u diffrattometri tar-raġġi-X biex jiġi żgurat li l-parametri tekniċi kollha jissodisfaw l-istandards meħtieġa. Fl-aħħarnett, il-wejfers illustrati jitnaddfu bl-użu ta' aġenti tat-tindif speċjalizzati u ilma ultrapur biex jitneħħew il-kontaminanti tal-wiċċ. Imbagħad jitnixxfu bl-użu ta' gass tan-nitroġenu ta' purità ultra-għolja u spin dryers, u b'hekk jitlesta l-proċess kollu tal-produzzjoni.

Wara snin ta’ sforz, sar progress sinifikanti fl-ipproċessar ta’ kristalli singoli SiC fiċ-Ċina. Domestikament, ġew żviluppati b’suċċess kristalli singoli 4H-SiC semi-iżolanti ddoppjati b’100 mm, u kristalli singoli 4H-SiC u 6H-SiC tat-tip n issa jistgħu jiġu prodotti f’lottijiet. Kumpaniji bħal TankeBlue u TYST diġà żviluppaw kristalli singoli SiC ta’ 150 mm.

F'termini tat-teknoloġija tal-ipproċessar tal-wejfers tas-SiC, l-istituzzjonijiet domestiċi esploraw preliminarment il-kundizzjonijiet tal-proċess u r-rotot għat-tqattigħ, it-tħin u l-illustrar tal-kristalli. Huma kapaċi jipproduċu kampjuni li bażikament jissodisfaw ir-rekwiżiti għall-fabbrikazzjoni tal-apparati. Madankollu, meta mqabbla mal-istandards internazzjonali, il-kwalità tal-ipproċessar tal-wiċċ tal-wejfers domestiċi għadha lura b'mod sinifikanti. Hemm diversi kwistjonijiet:

It-teoriji u t-teknoloġiji tal-ipproċessar internazzjonali tas-SiC huma protetti sew u mhumiex faċilment aċċessibbli.

Hemm nuqqas ta' riċerka teoretika u appoġġ għat-titjib u l-ottimizzazzjoni tal-proċessi.

L-ispiża tal-importazzjoni ta' tagħmir u komponenti barranin hija għolja.

Ir-riċerka domestika dwar id-disinn tat-tagħmir, il-preċiżjoni tal-ipproċessar, u l-materjali għadha turi lakuni sinifikanti meta mqabbla mal-livelli internazzjonali.

Bħalissa, il-biċċa l-kbira tal-istrumenti ta’ preċiżjoni għolja użati fiċ-Ċina huma importati. It-tagħmir u l-metodoloġiji tal-ittestjar jeħtieġu wkoll aktar titjib.

Bl-iżvilupp kontinwu tas-semikondutturi tat-tielet ġenerazzjoni, id-dijametru tas-sottostrati ta' kristall wieħed SiC qed jiżdied b'mod kostanti, flimkien ma' rekwiżiti ogħla għall-kwalità tal-ipproċessar tal-wiċċ. It-teknoloġija tal-ipproċessar tal-wejfer saret wieħed mill-aktar passi teknikament ta' sfida wara t-tkabbir tal-kristall wieħed SiC.

Biex jiġu indirizzati l-isfidi eżistenti fl-ipproċessar, huwa essenzjali li jiġu studjati aktar il-mekkaniżmi involuti fit-tqattigħ, it-tħin, u l-illustrar, u li jiġu esplorati metodi u rotot ta' proċess xierqa għall-manifattura tal-wejfers tas-SiC. Fl-istess ħin, huwa meħtieġ li nitgħallmu minn teknoloġiji internazzjonali avvanzati tal-ipproċessar u nadottaw tekniki u tagħmir ta' mmaxinjar ultra-preċiżjoni avvanzati biex nipproduċu sottostrati ta' kwalità għolja.

Hekk kif id-daqs tal-wejfer jiżdied, id-diffikultà tat-tkabbir u l-ipproċessar tal-kristalli tiżdied ukoll. Madankollu, l-effiċjenza tal-manifattura tal-apparati downstream titjieb b'mod sinifikanti, u l-ispiża unitarja titnaqqas. Fil-preżent, il-fornituri ewlenin tal-wejfers tas-SiC globalment joffru prodotti li jvarjaw minn 4 pulzieri sa 6 pulzieri fid-dijametru. Kumpaniji ewlenin bħal Cree u II-VI diġà bdew jippjanaw għall-iżvilupp ta' linji ta' produzzjoni ta' wejfers tas-SiC ta' 8 pulzieri.