Сучасны стан і тэндэнцыі тэхналогіі апрацоўкі пласцін SiC

Як паўправадніковы матэрыял падкладкі трэцяга пакалення,карбід крэмнію (SiC)Монакрышталь мае шырокія перспектывы прымянення ў вытворчасці высокачастотных і магутных электронных прылад. Тэхналогія апрацоўкі SiC адыгрывае вырашальную ролю ў вытворчасці высакаякасных матэрыялаў падкладкі. У гэтым артыкуле прадстаўлены сучасны стан даследаванняў тэхналогій апрацоўкі SiC як у Кітаі, так і за мяжой, аналізуюцца і параўноўваюцца механізмы працэсаў рэзкі, шліфоўкі і паліроўкі, а таксама тэндэнцыі ў плоскаснасці і шурпатасці паверхні пласцін. У ім таксама адзначаюцца існуючыя праблемы ў апрацоўцы пласцін SiC і абмяркоўваюцца будучыя напрамкі развіцця.

Карбід крэмнію (SiC)Пласціны з'яўляюцца найважнейшымі базавымі матэрыяламі для паўправадніковых прылад трэцяга пакалення і маюць значнае значэнне і рынкавы патэнцыял у такіх галінах, як мікраэлектроніка, сілавая электроніка і паўправадніковае асвятленне. Дзякуючы надзвычай высокай цвёрдасці і хімічнай стабільнасціМонакрышталі SiC, традыцыйныя метады апрацоўкі паўправаднікоў не цалкам падыходзяць для іх апрацоўкі. Нягледзячы на ​​тое, што многія міжнародныя кампаніі правялі шырокія даследаванні тэхнічна складанай апрацоўкі монакрышталяў SiC, адпаведныя тэхналогіі захоўваюцца ў строгай канфідэнцыяльнасці.

У апошнія гады Кітай актывізаваў намаганні ў распрацоўцы матэрыялаў і прылад на аснове монакрышталічнага SiC. Аднак развіццё тэхналогіі вырабаў з SiC у краіне ў цяперашні час стрымліваецца абмежаваннямі ў тэхналогіях апрацоўкі і якасці пласцін. Таму для Кітая вельмі важна палепшыць магчымасці апрацоўкі SiC, каб павысіць якасць падложак з монакрышталічнага SiC і дасягнуць іх практычнага прымянення і масавай вытворчасці.

Асноўныя этапы апрацоўкі ўключаюць: рэзанне → грубае шліфаванне → дробнае шліфаванне → грубая паліроўка (механічная паліроўка) → тонкая паліроўка (хімічна-механічная паліроўка, CMP) → кантроль.

Рэзка монакрышталяў SiC

Пры апрацоўцыМонакрышталі SiCРэзка — гэта першы і вельмі важны крок. Выгіб, дэфармацыя і агульная варыяцыя таўшчыні (TTV) пласціны ў выніку працэсу рэзкі вызначаюць якасць і эфектыўнасць наступных аперацый шліфоўкі і паліроўкі.

Рэжучыя інструменты можна класіфікаваць па форме на алмазныя пілы з унутраным дыяметрам (ID), пілы з вонкавым дыяметрам (OD), стужачныя пілы і дроцяныя пілы. Дротныя пілы, у сваю чаргу, можна класіфікаваць па тыпу руху на зваротна-паступальныя і пятлёвыя (бясконцыя) дроцяныя сістэмы. У залежнасці ад механізму рэзкі абразіва, метады рэзкі дроцяной пілой можна падзяліць на два тыпы: свабоднае рэзанне абразіўным дротам і рэзанне алмазным дротам з фіксаваным абразіўным дротам.

1.1 Традыцыйныя метады рэзкі

Глыбіня рэзання піл з вонкавым дыяметрам (OD) абмежаваная дыяметрам дыска. Падчас рэзання дыск схільны да вібрацыі і адхіленняў, што прыводзіць да высокага ўзроўню шуму і нізкай калянасці. Пілы з унутраным дыяметрам (ID) выкарыстоўваюць алмазныя абразівы на ўнутраным перыметры дыска ў якасці рэжучай абзы. Гэтыя дыскі могуць быць тонкімі да 0,2 мм. Падчас рэзання дыск з унутраным дыяметрам круціцца з высокай хуткасцю, у той час як матэрыял, які трэба разрэзаць, рухаецца радыяльна адносна цэнтра дыска, дасягаючы рэзання за кошт гэтага адноснага руху.

Алмазныя стужкавыя пілы патрабуюць частых прыпынкаў і паваротаў, а хуткасць рэзання вельмі нізкая — звычайна не перавышае 2 м/с. Яны таксама пакутуюць ад значнага механічнага зносу і высокіх выдаткаў на абслугоўванне. З-за шырыні пільнага дыска радыус рэзання не можа быць занадта малым, і шматпластавая рэзка немагчымая. Гэтыя традыцыйныя пільныя інструменты абмежаваныя калянасцю асновы і не могуць рабіць крывалінейныя разрэзы або маюць абмежаваныя радыусы павароту. Яны здольныя толькі на прамыя разрэзы, ствараюць шырокія прапілы, маюць нізкі ўзровень цякучасці матэрыялу і таму не падыходзяць для рэзання.Крышталі SiC.

1.2 Бясплатная абразіўная дроцяная піла для рэзкі некалькіх дротаў

Тэхніка рэзкі свабоднай абразіўнай дроцяной пілой выкарыстоўвае хуткі рух дроту для пераносу пульпы ў прапіл, што дазваляе выдаляць матэрыял. У асноўным яна выкарыстоўвае зваротна-паступальную структуру і ў цяперашні час з'яўляецца развітым і шырока выкарыстоўваным метадам эфектыўнай рэзкі некалькіх пласцін монакрышталічнага крэмнію. Аднак яе прымяненне ў рэзцы SiC вывучана менш шырока.

Абразіўныя дроцяныя пілы могуць апрацоўваць пласціны таўшчынёй менш за 300 мкм. Яны забяспечваюць нізкія страты пры прапілоўцы, рэдка выклікаюць сколы і забяспечваюць адносна добрую якасць паверхні. Аднак з-за механізму выдалення матэрыялу, заснаванага на качэнні і ўцісканні абразіваў, на паверхні пласціны звычайна ўтвараюцца значныя рэшткавыя напружанні, мікратрэшчыны і больш глыбокія пласты пашкоджанняў. Гэта прыводзіць да дэфармацыі пласціны, абцяжарвае кантроль дакладнасці профілю паверхні і павялічвае нагрузку на наступныя этапы апрацоўкі.

На прадукцыйнасць рэзання моцна ўплывае суспензія; неабходна падтрымліваць вастрыню абразіваў і канцэнтрацыю суспензіі. Апрацоўка і перапрацоўка суспензіі з'яўляюцца дарагімі. Пры рэзанні вялікіх зліткаў абразівы з цяжкасцю пранікаюць у глыбокія і доўгія прапілы. Пры тым жа памеры зерня абразіва страты ў прапіле большыя, чым у дроцяных піл з фіксаваным абразівам.

1.3 Фіксаваная абразіўная алмазная дроцяная піла для шматдротавай рэзкі

Фіксаваныя абразіўныя алмазныя дроцяныя пілы звычайна вырабляюцца шляхам нанясення алмазных часціц на сталёвую дроцяную падкладку з дапамогай гальванічнага пакрыцця, спякання або звязвання смалой. Гальванічныя алмазныя дроцяныя пілы маюць такія перавагі, як вузейшыя прапілы, лепшая якасць рэзкі, больш высокая эфектыўнасць, меншае забруджванне і магчымасць рэзаць матэрыялы высокай цвёрдасці.

У цяперашні час найбольш шырока выкарыстоўваецца метад рэзкі карбіду крэмнію (Sc) з дапамогай алмазнага дроту з гальванізацыяй. На малюнку 1 (тут не паказаны) паказана роўнасць паверхні пласцін SiC, выразаных з дапамогай гэтай тэхнікі. Па меры рэзкі дэфармацыя пласціны павялічваецца. Гэта адбываецца таму, што плошча кантакту паміж дротам і матэрыялам павялічваецца па меры руху дроту ўніз, павялічваючы супраціўленне і вібрацыю дроту. Калі дрот дасягае максімальнага дыяметра пласціны, вібрацыя дасягае піка, што прыводзіць да максімальнай дэфармацыі.

На пазнейшых этапах рэзання, з-за паскарэння дроту, руху са стабільнай хуткасцю, запаволення, спынення і рэверсу, а таксама цяжкасцей з выдаленнем смецця з дапамогай астуджальнай вадкасці, якасць паверхні пласціны пагаршаецца. Рэверс дроту і ваганні хуткасці, а таксама буйныя алмазныя часціцы на дроце з'яўляюцца асноўнымі прычынамі драпін на паверхні.

1.4 Тэхналогія халоднага падзелу

Халоднае падзеленне монакрышталяў SiC — гэта інавацыйны працэс у галіне апрацоўкі паўправадніковых матэрыялаў трэцяга пакалення. У апошнія гады ён прыцягнуў значную ўвагу дзякуючы сваім прыкметным перавагам у павышэнні выхаду і скарачэнні страт матэрыялу. Тэхналогію можна прааналізаваць з трох бакоў: прынцып працы, тэхналагічны працэс і асноўныя перавагі.

Вызначэнне арыентацыі крышталяў і шліфаванне па вонкавым дыяметры: перад апрацоўкай неабходна вызначыць арыентацыю крышталяў злітка SiC. Затым злітак атрымлівае цыліндрычную форму (звычайна званую SiC-шайбай) шляхам шліфавання па вонкавым дыяметры. Гэты этап закладвае аснову для наступнага накіраванага рэзання і нарэзкі.

Шматдротавая рэзка: гэты метад выкарыстоўвае абразіўныя часціцы ў спалучэнні з рэжучымі дротамі для рэзкі цыліндрычнага злітка. Аднак ён мае значныя страты прапілу і праблемы з няроўнасцю паверхні.

Тэхналогія лазернай рэзкі: Лазер выкарыстоўваецца для фарміравання мадыфікаванага пласта ўнутры крышталя, ад якога можна аддзяляць тонкія пласціны. Гэты падыход памяншае страты матэрыялу і павышае эфектыўнасць апрацоўкі, што робіць яго перспектыўным новым напрамкам рэзкі пласцін SiC.

Аптымізацыя працэсу рэзання

Фіксаваная абразіўная шматдротавая рэзка: у цяперашні час гэта асноўная тэхналогія, якая добра падыходзіць для высокіх характарыстык цвёрдасці SiC.

Электраэрозіённая апрацоўка (EDM) і тэхналогія халоднага падзелу: гэтыя метады забяспечваюць разнастайныя рашэнні, адаптаваныя да канкрэтных патрабаванняў.

Працэс паліроўкі: Важна збалансаваць хуткасць выдалення матэрыялу і пашкоджанне паверхні. Для паляпшэння аднастайнасці паверхні выкарыстоўваецца хімічна-механічная паліроўка (ХМП).

Маніторынг у рэжыме рэальнага часу: укараняюцца тэхналогіі онлайн-інспекцыі для кантролю шурпатасці паверхні ў рэжыме рэальнага часу.

Лазерная рэзка: гэтая тэхніка памяншае страты на прапіле і скарачае цыклы апрацоўкі, хоць зона тэрмічнага ўздзеяння застаецца праблемай.

Гібрыдныя тэхналогіі апрацоўкі: спалучэнне механічных і хімічных метадаў павышае эфектыўнасць апрацоўкі.

Гэтая тэхналогія ўжо знайшла прамысловае прымяненне. Напрыклад, Infineon набыла SILTECTRA і цяпер валодае асноўнымі патэнтамі, якія падтрымліваюць масавую вытворчасць 8-цалевых пласцін. У Кітаі такія кампаніі, як Delong Laser, дасягнулі эфектыўнасці вытворчасці 30 пласцін на злітак пры апрацоўцы 6-цалевых пласцін, што на 40% больш, чым традыцыйныя метады.

Па меры паскарэння вытворчасці айчыннага абсталявання чакаецца, што гэтая тэхналогія стане асноўным рашэннем для апрацоўкі падложак з карбіду крэмнію. З павелічэннем дыяметра паўправадніковых матэрыялаў традыцыйныя метады рэзкі састарэлі. Сярод існуючых варыянтаў тэхналогія алмазнай рэзкі з сабяным паступальным рухам мае найбольш перспектыўныя перспектывы прымянення. Лазерная рэзка, як новая тэхналогія, прапануе значныя перавагі і, як чакаецца, стане асноўным метадам рэзкі ў будучыні.

2.Шліфаванне монакрышталяў SiC

Як прадстаўнік паўправаднікоў трэцяга пакалення, карбід крэмнію (SiC) прапануе значныя перавагі дзякуючы шырокай забароненай зоне, высокаму прабойнаму электрычнаму полю, высокай хуткасці дрэйфу электронаў насычэння і выдатнай цеплаправоднасці. Гэтыя ўласцівасці робяць SiC асабліва выгадным у прымяненні ў высокім напружанні (напрыклад, у асяроддзі 1200 В). Тэхналогія апрацоўкі падложак з SiC з'яўляецца фундаментальнай часткай вырабу прылад. Якасць паверхні і дакладнасць падложкі непасрэдна ўплываюць на якасць эпітаксіяльнага пласта і прадукцыйнасць канчатковай прылады.

Асноўная мэта працэсу шліфавання — выдаленне паверхневых слядоў ад пілы і пашкоджаных слаёў, якія ўзніклі падчас рэзкі, а таксама карэкцыя дэфармацыі, выкліканай працэсам рэзання. Улічваючы надзвычай высокую цвёрдасць карбіду крэмнію, шліфаванне патрабуе выкарыстання цвёрдых абразіваў, такіх як карбід бору або алмаз. Звычайнае шліфаванне звычайна падзяляецца на грубае і дробнае шліфаванне.

2.1 Грубае і дробнае памолванне

Шліфаванне можна класіфікаваць у залежнасці ад памеру абразіўных часціц:

Грубае шліфаванне: выкарыстоўвае больш буйныя абразівы ў асноўным для выдалення слядоў ад пілы і пашкоджанняў, якія ўзніклі падчас рэзкі, што павышае эфектыўнасць апрацоўкі.

Дробнае шліфаванне: выкарыстоўвае больш дробныя абразівы для выдалення пашкоджанага пласта, пакінутага грубым шліфаваннем, памяншэння шурпатасці паверхні і паляпшэння яе якасці.

Многія айчынныя вытворцы падложак з карбіду крэмнію выкарыстоўваюць маштабныя вытворчыя працэсы. Распаўсюджаны метад прадугледжвае двухбаковае шліфаванне з выкарыстаннем чыгуннай пласціны і монакрышталічнага алмазнага шламу. Гэты працэс эфектыўна выдаляе пашкоджаны пласт, пакінуты пасля распілоўвання дротам, карэктуе форму пласціны і памяншае TTV (агульную варыяцыю таўшчыні), дэфармацыю і дэфармацыю. Хуткасць выдалення матэрыялу стабільная і звычайна дасягае 0,8–1,2 мкм/мін. Аднак атрыманая паверхня пласціны матавая з адносна высокай шурпатасцю — звычайна каля 50 нм — што накладвае больш высокія патрабаванні на наступныя этапы паліроўкі.

2.2 Аднабаковае шліфаванне

Аднабаковае шліфаванне апрацоўвае толькі адзін бок пласціны за раз. Падчас гэтага працэсу пласціна мацуецца на сталёвую пласціну з дапамогай воску. Пад уздзеяннем ціску падкладка нязначна дэфармуецца, і верхняя паверхня выраўноўваецца. Пасля шліфавання ніжняя паверхня выраўноўваецца. Калі ціск здымаецца, верхняя паверхня, як правіла, аднаўляе сваю першапачатковую форму, што таксама ўплывае на ўжо адшліфаваную ніжнюю паверхню — прыводзіць да дэфармацыі і пагаршэння плоскасці абодвух бакоў.

Акрамя таго, шліфавальная пласціна можа за кароткі час стаць увагнутай, у выніку чаго пласціна стане выпуклай. Для падтрымання роўнасці пласціны патрабуецца частая праўка. З-за нізкай эфектыўнасці і дрэннай роўнасці пласціны аднабаковае шліфаванне не падыходзіць для масавай вытворчасці.

Звычайна для тонкага шліфавання выкарыстоўваюцца шліфавальныя кругі № 8000. У Японіі гэты працэс адносна развіты і нават выкарыстоўвае паліравальныя кругі № 30000. Гэта дазваляе дасягнуць шурпатасці паверхні апрацаваных пласцін ніжэй за 2 нм, што робіць іх гатовымі да канчатковай хіміка-механічнай паліроўкі (CMP) без дадатковай апрацоўкі.

2.3 Тэхналогія аднабаковага разрэджвання

Тэхналогія аднабаковага алмазнага танчэйшага шліфавання — гэта новы метад аднабаковага шліфавання. Як паказана на малюнку 5 (тут не паказаны), у працэсе выкарыстоўваецца шліфавальная пласціна з алмазнай звязкай. Пласціна фіксуецца з дапамогай вакуумнай адсорбцыі, пры гэтым адначасова круцяцца і пласціна, і алмазны шліфавальны круг. Шліфавальны круг паступова рухаецца ўніз, каб танчэйшыць пласціну да патрэбнай таўшчыні. Пасля завяршэння апрацоўкі аднаго боку пласціна пераварочваецца для апрацоўкі другога боку.

Пасля прарэджвання пласціна таўшчынёй 100 мм можа дасягнуць:

Дуга < 5 мкм

TTV < 2 мкм

Шурпатасць паверхні < 1 нм

Гэты метад апрацоўкі адной пласціны забяспечвае высокую стабільнасць, выдатную кансістэнцыю і высокую хуткасць выдалення матэрыялу. У параўнанні з традыцыйным двухбаковым шліфаваннем, гэтая тэхніка павышае эфектыўнасць шліфавання больш чым на 50%.

2.4 Двухбаковае шліфаванне

Двухбаковае шліфаванне выкарыстоўвае як верхнюю, так і ніжнюю шліфавальныя пласціны для адначасовага шліфавання абодвух бакоў падкладкі, што забяспечвае выдатную якасць паверхні з абодвух бакоў.

Падчас працэсу шліфавальныя пласціны спачатку аказваюць ціск на самыя высокія кропкі апрацоўванай дэталі, выклікаючы дэфармацыю і паступовае выдаленне матэрыялу ў гэтых кропках. Па меры выраўноўвання высокіх кропак ціск на падкладку паступова становіцца больш раўнамерным, што прыводзіць да паслядоўнай дэфармацыі па ўсёй паверхні. Гэта дазваляе раўнамерна шліфаваць як верхнюю, так і ніжнюю паверхні. Пасля завяршэння шліфавання і зняцця ціску кожная частка падкладкі аднаўляецца раўнамерна дзякуючы аднолькаваму ціску, які яна адчувала. Гэта прыводзіць да мінімальнай дэфармацыі і добрай роўнасці.

Шурпатасць паверхні пласціны пасля шліфавання залежыць ад памеру абразіўных часціц — меншыя часціцы даюць больш гладкую паверхню. Пры выкарыстанні абразіваў з памерам 5 мкм для двухбаковага шліфавання, плоскасць і змяненне таўшчыні пласціны можна кантраляваць у межах 5 мкм. Вымярэнні з дапамогай атамна-сілавой мікраскапіі (АСМ) паказваюць шурпатасць паверхні (Rq) каля 100 нм, з шліфавальнымі ямкамі глыбінёй да 380 нм і бачнымі лінейнымі слядамі, выкліканымі абразіўным уздзеяннем.

Больш прасунуты метад прадугледжвае двухбаковае шліфаванне з выкарыстаннем поліўрэтанавых пенапластаў у спалучэнні з полікрышталічнай алмазнай суспензіяй. Гэты працэс дазваляе атрымліваць пласціны з вельмі нізкай шурпатасцю паверхні, дасягаючы Ra < 3 нм, што вельмі карысна для наступнай паліроўкі SiC-падложак.

Аднак праблема падрапання паверхні застаецца нявырашанай. Акрамя таго, полікрышталічны алмаз, які выкарыстоўваецца ў гэтым працэсе, вырабляецца шляхам выбуховага сінтэзу, што тэхнічна складана, дае невялікія вынікі і з'яўляецца надзвычай дарагім.

Паліроўка монакрышталяў SiC

Каб дасягнуць высакаякаснай паліраванай паверхні пласцін карбіду крэмнію (SiC), паліроўка павінна цалкам выдаліць шліфавальныя ямкі і нанаметровыя няроўнасці паверхні. Мэта складаецца ў тым, каб стварыць гладкую паверхню без дэфектаў, забруджванняў або дэградацыі, без падпаверхневых пашкоджанняў і без рэшткавых паверхневых напружанняў.

3.1 Механічная паліроўка і CMP пласцін SiC

Пасля вырошчвання монакрышталічнага злітка SiC паверхневыя дэфекты перашкаджаюць яго непасрэднаму выкарыстанню для эпітаксіяльнага росту. Таму патрабуецца далейшая апрацоўка. Спачатку злітку надаюць стандартную цыліндрычную форму шляхам акруглення, затым ён разразаецца на пласціны з дапамогай дроту, пасля чаго правяраецца крышталаграфічная арыентацыя. Паліроўка з'яўляецца найважнейшым этапам паляпшэння якасці пласцін, ліквідацыі патэнцыйных пашкоджанняў паверхні, выкліканых дэфектамі росту крышталяў і папярэднімі этапамі апрацоўкі.

Існуе чатыры асноўныя метады выдалення паверхневых пашкоджаных слаёў на SiC:

Механічная паліроўка: простая, але пакідае драпіны; падыходзіць для пачатковай паліроўкі.

Хіміка-механічная паліроўка (ХМП): выдаляе драпіны з дапамогай хімічнага травлення; падыходзіць для дакладнай паліроўкі.

Траўленне вадародам: патрабуе складанага абсталявання, звычайна выкарыстоўваецца ў працэсах HTCGVD.

Плазменная паліроўка: складаная і рэдка выкарыстоўваецца.

Механічная паліроўка звычайна выклікае драпіны, у той час як хімічная паліроўка можа прывесці да нераўнамернага травлення. CMP спалучае ў сабе абедзве перавагі і прапануе эфектыўнае і эканамічна выгаднае рашэнне.

Прынцып працы CMP

CMP працуе шляхам кручэння пласціны пад зададзеным ціскам адносна круцільнай паліравальнай падушачкі. Гэты адносны рух у спалучэнні з механічным сціраннем ад нанапамерных абразіўных рэчываў у суспензіі і хімічным уздзеяннем рэактыўных рэчываў дасягае планарізацыі паверхні.

Асноўныя выкарыстаныя матэрыялы:

Паліравальная суспензія: утрымлівае абразівы і хімічныя рэагенты.

Паліравальная накладка: зношваецца падчас выкарыстання, памяншаючы памер пор і эфектыўнасць падачы пульпы. Для аднаўлення шурпатасці патрабуецца рэгулярная праўка, звычайна з выкарыстаннем алмазнага праўляльніка.

Тыповы працэс CMP

Абразіў: алмазная суспензія 0,5 мкм

Шурпатасць паверхні мішэні: ~0,7 нм

Хіміка-механічная паліроўка:

Паліравальнае абсталяванне: аднабаковая паліравальная машынка AP-810

Ціск: 200 г/см²

Хуткасць пласціны: 50 абаротаў у хвіліну

Хуткасць кручэння керамічнага трымальніка: 38 абаротаў у хвіліну

Склад пульпы:

SiO₂ (30% па вазе, pH = 10,15)

0–70% па вазе H₂O₂ (30% па вазе, рэагентнай якасці)

Давядзіце pH да 8,5, выкарыстоўваючы 5% раствора KOH і 1% раствора HNO₃.

Хуткасць патоку пульпы: 3 л/мін, рэцыркуляцыя

Гэты працэс эфектыўна паляпшае якасць пласцін SiC і адпавядае патрабаванням для наступных працэсаў.

Тэхнічныя праблемы механічнай паліроўкі

Карбід крэмнію (SiC), як паўправаднік з шырокай забароненай зонай, адыгрывае жыццёва важную ролю ў электроннай прамысловасці. Дзякуючы выдатным фізічным і хімічным уласцівасцям, монакрышталі SiC падыходзяць для экстрэмальных умоў, такіх як высокая тэмпература, высокая частата, высокая магутнасць і радыяцыйная ўстойлівасць. Аднак яго цвёрдая і далікатная прырода стварае сур'ёзныя праблемы пры шліфоўцы і паліроўцы.

Па меры таго, як вядучыя сусветныя вытворцы пераходзяць з 6-цалевых на 8-цалевыя пласціны, такія праблемы, як расколіны і пашкоджанне пласцін падчас апрацоўкі, сталі больш прыкметнымі, што істотна ўплывае на выхад прадукцыі. Вырашэнне тэхнічных праблем 8-цалевых падложак з карбіду крэмнію цяпер з'яўляецца ключавым арыенцірам для развіцця галіны.

У эпоху 8-цалевых пласцін апрацоўка карбіду крэмнію сутыкаецца з шматлікімі праблемамі:

Маштабаванне пласцін неабходна для павелічэння аб'ёму вытворчасці чыпаў на партыю, памяншэння страт на рэбрах і зніжэння вытворчых выдаткаў, асабліва ўлічваючы рост попыту ў галіне электрамабіляў.

Нягледзячы на ​​тое, што вырошчванне 8-цалевых монакрышталяў SiC ужо паспяхова развіваецца, такія працэсы, як шліфоўка і паліроўка, усё яшчэ сутыкаюцца з вузкімі месцамі, што прыводзіць да нізкага выхаду (толькі 40-50%).

Большыя пласціны маюць больш складанае размеркаванне ціску, што павялічвае цяжкасці кіравання напружаннем паліроўкі і стабільнасцю цякучасці.

Нягледзячы на ​​тое, што таўшчыня 8-цалевых пласцін набліжаецца да 6-цалевых, яны больш схільныя да пашкоджанняў падчас апрацоўкі з-за напружання і дэфармацыі.

Каб паменшыць напружанне, звязанае з рэзаннем, дэфармацыю і расколіны, усё часцей выкарыстоўваецца лазерная рэзка. Аднак:

Даўгахвалевыя лазеры выклікаюць тэрмічнае пашкоджанне.

Кароткахвалевыя лазеры ствараюць цяжкія забруджванні і паглыбляюць пашкоджаны пласт, што павялічвае складанасць паліроўкі.

Працоўны працэс механічнай паліроўкі SiC

Агульны працэс уключае ў сябе:

Арыентацыйнае рэзанне

Грубы памол

Дробнае памолванне

Механічная паліроўка

Хіміка-механічная паліроўка (ХМП) як заключны этап

Выбар метаду CMP, распрацоўка тэхналагічнага маршруту і аптымізацыя параметраў маюць вырашальнае значэнне. У вытворчасці паўправаднікоў CMP з'яўляецца вызначальным этапам для атрымання пласцін SiC з ультрагладкімі, бездэфектнымі і без пашкоджанняў паверхнямі, якія неабходныя для высакаякаснага эпітаксіяльнага росту.

(a) Выміце злітак карбіду крэмнію з тыгля;

(b) Выканаць пачатковую форму з дапамогай шліфавання па вонкавым дыяметры;

(c) Вызначыць арыентацыю крышталя з дапамогай выраўноўвальных плоскіх ліштваў або надрэзаў;

(d) Нарэжце злітак на тонкія пласціны з дапамогай шматдротавай пілкі;

(e) Дасягненне люстраной гладкасці паверхні шляхам шліфоўкі і паліроўкі.

Пасля завяршэння серыі этапаў апрацоўкі вонкавы край пласціны SiC часта становіцца вострым, што павялічвае рызыку сколаў падчас апрацоўкі або выкарыстання. Каб пазбегнуць такой далікатнасці, неабходна шліфаваць краю.

Акрамя традыцыйных працэсаў нарэзкі, інавацыйны метад падрыхтоўкі пласцін SiC прадугледжвае тэхналогію злучэння. Гэты падыход дазваляе вырабляць пласціны шляхам злучэння тонкага пласта монакрышталічнага SiC з гетэрагеннай падкладкай (апорнай падкладкай).

На малюнку 3 паказаны працэс:

Спачатку на паверхні монакрышталя SiC на зададзенай глыбіні фармуецца пласт расслаення з дапамогай імплантацыі іонаў вадароду або падобных метадаў. Затым апрацаваны монакрышталь SiC злучаецца з плоскай падкладкай і падвяргаецца ўздзеянню ціску і цяпла. Гэта дазваляе паспяхова перанесці і аддзяліць пласт монакрышталя SiC на падкладку.

Аддзелены пласт SiC праходзіць павярхоўную апрацоўку для дасягнення неабходнай плоскасці і можа быць паўторна выкарыстаны ў наступных працэсах злучэння. У параўнанні з традыцыйнай нарэзкай крышталяў SiC, гэтая тэхніка зніжае попыт на дарагія матэрыялы. Нягледзячы на ​​тое, што тэхнічныя праблемы застаюцца, даследаванні і распрацоўкі актыўна развіваюцца, каб забяспечыць больш танную вытворчасць пласцін.

Улічваючы высокую цвёрдасць і хімічную стабільнасць SiC, што робіць яго ўстойлівым да рэакцый пры пакаёвай тэмпературы, патрабуецца механічная паліроўка для выдалення дробных шліфавальных кропак, памяншэння пашкоджанняў паверхні, ліквідацыі драпін, кропкавай плямы і дэфектаў «апельсінавай скарынкі», зніжэння шурпатасці паверхні, паляпшэння плоскаснасці і павышэння якасці паверхні.

Каб атрымаць якасную паліраваную паверхню, неабходна:

Адрэгулюйце тыпы абразіўных матэрыялаў,

Паменшыць памер часціц,

Аптымізацыя параметраў працэсу,

Выбірайце паліравальныя матэрыялы і дыскі з адпаведнай цвёрдасцю.

На малюнку 7 паказана, што двухбаковая паліроўка абразівамі памерам 1 мкм можа кантраляваць плоскасць і варыяцыі таўшчыні ў межах 10 мкм, а таксама зніжаць шурпатасць паверхні прыкладна да 0,25 нм.

3.2 Хіміка-механічная паліроўка (ХМП)

Хіміка-механічная паліроўка (ХМП) спалучае ў сабе абразіўнае ўздзеянне ультратонкіх часціц з хімічным травленнем для ўтварэння гладкай, плоскай паверхні апрацоўванага матэрыялу. Асноўны прынцып:

Паміж паліравальнай суспензіяй і паверхняй пласціны адбываецца хімічная рэакцыя, утвараючы мяккі пласт.

Трэнне паміж абразіўнымі часціцамі і мяккім пластом выдаляе матэрыял.

Перавагі CMP:

Пераадольвае недахопы чыста механічнай або хімічнай паліроўкі,

Дасягае як глабальнай, так і лакальнай планарызацыі,

Атрымлівае паверхні з высокай плоскасцю і нізкай шурпатасцю,

Не пакідае пашкоджанняў на паверхні або пад паверхняй.

Падрабязней:

Пласціна рухаецца адносна паліравальнай падушачкі пад ціскам.

Нанаметровыя абразівы (напрыклад, SiO₂) у суспензіі ўдзельнічаюць у зруху, аслабляючы кавалентныя сувязі Si-C і паляпшаючы выдаленне матэрыялу.

Тыпы метадаў CMP:

Паліроўка свабодным абразівам: абразівы (напрыклад, SiO₂) суспендуюцца ў суспензіі. Выдаленне матэрыялу адбываецца шляхам трохцелавай абразіі (пласціна-падушачка-абразіў). Памер абразіва (звычайна 60–200 нм), pH і тэмпература павінны дакладна кантралявацца для паляпшэння аднастайнасці.

Паліроўка фіксаваным абразіўным матэрыялам: абразівы ўбудаваны ў паліравальную падушку, каб прадухіліць агламерацыю — ідэальна падыходзіць для высокадакладнай апрацоўкі.

Ачыстка пасля паліроўкі:

Паліраваныя пласціны праходзяць:

Хімічная ачыстка (у тым ліку выдаленне дэіянізаванай вады і рэшткаў шламу),

Прамыванне дэіянаванай вадой і

Сушка гарачым азотам

каб мінімізаваць паверхневыя забруджванні.

Якасць і прадукцыйнасць паверхні

Шурпатасць паверхні можна паменшыць да Ra < 0,3 нм, што адпавядае патрабаванням паўправадніковай эпітаксіі.

Глабальная планарызацыя: спалучэнне хімічнага размякчэння і механічнага выдалення памяншае драпіны і нераўнамернае травленне, пераўзыходзячы чыста механічныя або хімічныя метады.

Высокая эфектыўнасць: падыходзіць для цвёрдых і далікатных матэрыялаў, такіх як SiC, з хуткасцю выдалення матэрыялу больш за 200 нм/г.

Іншыя новыя метады паліроўкі

Акрамя CMP, былі прапанаваны альтэрнатыўныя метады, у тым ліку:

Электрахімічная паліроўка, паліроўка або травленне з дапамогай каталізатара, і

Трыбахімічная паліроўка.

Аднак гэтыя метады ўсё яшчэ знаходзяцца на стадыі даследаванняў і развіваюцца павольна з-за складаных уласцівасцей SiC.

У канчатковым рахунку, апрацоўка карбіду крэмнію — гэта паступовы працэс памяншэння дэфармацыі і шурпатасці для паляпшэння якасці паверхні, дзе кантроль плоскасці і шурпатасці мае вырашальнае значэнне на кожным этапе.

Тэхналогія апрацоўкі

Падчас шліфавання пласцін выкарыстоўваецца алмазная суспензія з рознымі памерамі часціц для надання ім неабходнай роўнасці і шурпатасці паверхні. Затым праводзіцца паліроўка з выкарыстаннем як механічных, так і хіміка-механічных метадаў паліроўкі (ХММ) для атрымання бездакорных паліраваных пласцін карбіду крэмнію (SiC).

Пасля паліроўкі пласціны карбіду крэмнію праходзяць строгую праверку якасці з выкарыстаннем такіх прыбораў, як аптычныя мікраскопы і рэнтгенаўскія дыфрактометры, каб гарантаваць адпаведнасць усіх тэхнічных параметраў неабходным стандартам. Нарэшце, паліраваныя пласціны ачышчаюцца з дапамогай спецыялізаваных ачышчальных сродкаў і звышчыстай вады для выдалення паверхневых забруджванняў. Затым яны сушацца з дапамогай звышчыстага газападобнага азоту і сушылак, што завяршае ўвесь вытворчы працэс.

Пасля шматгадовых намаганняў у Кітаі дасягнуты значны прагрэс у апрацоўцы монакрышталяў SiC. Унутры краіны былі паспяхова распрацаваны легаваныя паўізаляцыйныя монакрышталі 4H-SiC памерам 100 мм, а монакрышталі n-тыпу 4H-SiC і 6H-SiC цяпер могуць вырабляцца партыямі. Такія кампаніі, як TankeBlue і TYST, ужо распрацавалі монакрышталі SiC памерам 150 мм.

Што тычыцца тэхналогіі апрацоўкі пласцін SiC, айчынныя ўстановы папярэдне вывучылі тэхналагічныя ўмовы і маршруты для нарэзкі, шліфоўкі і паліроўкі крышталяў. Яны здольныя вырабляць узоры, якія ў асноўным адпавядаюць патрабаванням для вырабу прылад. Аднак у параўнанні з міжнароднымі стандартамі якасць апрацоўкі паверхні айчынных пласцін усё яшчэ значна адстае. Ёсць некалькі праблем:

Міжнародныя тэорыі і тэхналогіі апрацоўкі SiC строга абаронены і не з'яўляюцца лёгкадаступнымі.

Не хапае тэарэтычных даследаванняў і падтрымкі для ўдасканалення і аптымізацыі працэсаў.

Кошт імпарту замежнага абсталявання і камплектуючых высокі.

Айчынныя даследаванні ў галіне канструкцыі абсталявання, дакладнасці апрацоўкі і матэрыялаў усё яшчэ паказваюць значныя адступленні ад міжнароднага ўзроўню.

У цяперашні час большасць высокадакладных прыбораў, якія выкарыстоўваюцца ў Кітаі, імпартуюцца. Выпрабавальнае абсталяванне і методыкі таксама патрабуюць далейшага ўдасканалення.

З далейшым развіццём паўправаднікоў трэцяга пакалення дыяметр падложак з монакрышталяў SiC пастаянна павялічваецца, а таксама ўзрастаюць патрабаванні да якасці апрацоўкі паверхні. Тэхналогія апрацоўкі пласцін стала адным з самых тэхнічна складаных этапаў пасля вырошчвання монакрышталяў SiC.

Для вырашэння існуючых праблем у апрацоўцы неабходна далей вывучаць механізмы рэзкі, шліфоўкі і паліроўкі, а таксама вывучыць прыдатныя тэхналагічныя метады і маршруты для вытворчасці пласцін SiC. Адначасова неабходна вучыцца на перадавых міжнародных тэхналогіях апрацоўкі і ўкараняць найноўшыя звышдакладныя метады апрацоўкі і абсталяванне для вытворчасці высакаякасных падложак.

Па меры павелічэння памеру пласцін таксама ўзрастае складанасць вырошчвання і апрацоўкі крышталяў. Аднак эфектыўнасць вытворчасці наступных прылад значна паляпшаецца, а сабекошт адзінкі зніжаецца. У цяперашні час асноўныя пастаўшчыкі пласцін SiC па ўсім свеце прапануюць прадукцыю дыяметрам ад 4 да 6 цаляў. Вядучыя кампаніі, такія як Cree і II-VI, ужо пачалі планаваць распрацоўку вытворчых ліній па вытворчасці 8-цалевых пласцін SiC.