SiC пластиналарын иштетүү технологиясынын учурдагы абалы жана тенденциялары

Үчүнчү муундагы жарым өткөргүч субстрат материалы катары,кремний карбиди (SiC)Монокристалдын жогорку жыштыктагы жана жогорку кубаттуулуктагы электрондук түзүлүштөрдү өндүрүүдө кеңири колдонуу келечеги бар. SiC иштетүү технологиясы жогорку сапаттагы субстрат материалдарын өндүрүүдө чечүүчү ролду ойнойт. Бул макалада Кытайда жана чет өлкөлөрдө SiC иштетүү технологиялары боюнча изилдөөлөрдүн учурдагы абалы, кесүү, майдалоо жана жылтыратуу процесстеринин механизмдери, ошондой эле пластиналардын тегиздиги жана бетинин оройлугу боюнча тенденциялар талданып жана салыштырылып көрсөтүлөт. Ошондой эле, SiC пластиналарын иштетүүдөгү учурдагы кыйынчылыктар белгиленип, келечектеги өнүгүү багыттары талкууланат.

Кремний карбиди (SiC)Пластиналар үчүнчү муундагы жарым өткөргүч түзүлүштөр үчүн маанилүү фундаменталдык материалдар болуп саналат жана микроэлектроника, энергетикалык электроника жана жарым өткөргүч жарыктандыруу сыяктуу тармактарда олуттуу мааниге жана рыноктук потенциалга ээ. Өтө жогорку катуулугу жана химиялык туруктуулугунан уламSiC монокристалдары, салттуу жарым өткөргүчтөрдү иштетүү ыкмалары аларды иштетүүгө толугу менен ылайыктуу эмес. Көптөгөн эл аралык компаниялар SiC монокристаллдарын техникалык жактан татаал иштетүү боюнча кеңири изилдөөлөрдү жүргүзгөнү менен, тиешелүү технологиялар катуу купуя сакталат.

Акыркы жылдары Кытай SiC монокристалл материалдарын жана түзүлүштөрүн иштеп чыгуу боюнча күч-аракетин күчөттү. Бирок, өлкөдө SiC түзүлүш технологиясынын өнүгүшү учурда кайра иштетүү технологияларынын жана пластиналардын сапатынын чектөөлөрү менен чектелип келет. Ошондуктан, Кытай үчүн SiC монокристалл субстраттарынын сапатын жогорулатуу жана аларды практикалык колдонууга жана массалык түрдө өндүрүүгө жетишүү үчүн SiC кайра иштетүү мүмкүнчүлүктөрүн жакшыртуу өтө маанилүү.

Негизги иштетүү кадамдары төмөнкүлөрдү камтыйт: кесүү → орой майдалоо → майда майдалоо → орой жылтыратуу (механикалык жылтыратуу) → майда жылтыратуу (химиялык механикалык жылтыратуу, CMP) → текшерүү.

SiC монокристаллдарын кесүү

кайра иштетүүдөSiC монокристалдары, кесүү биринчи жана өтө маанилүү кадам болуп саналат. Кесүү процессинен келип чыккан пластинанын жаасы, кыйшайышы жана жалпы калыңдыгынын өзгөрүшү (TTV) кийинки майдалоо жана жылтыратуу операцияларынын сапатын жана натыйжалуулугун аныктайт.

Кесүүчү шаймандарды формасы боюнча алмаз ички диаметрлүү (ID) араалар, сырткы диаметрлүү (OD) араалар, тилкелүү араалар жана зым араалар деп бөлүүгө болот. Зым араалар, өз кезегинде, кыймылынын түрү боюнча өз ара аракеттенүүчү жана циклдүү (чексиз) зым системаларына бөлүнүшү мүмкүн. Абразивдүү кесүү механизмине жараша, зым араа менен кесүү ыкмаларын эки түргө бөлүүгө болот: эркин абразивдүү зым араалоо жана бекитилген абразивдүү алмаз зым араалоо.

1.1 Салттуу кесүү ыкмалары

Сырткы диаметрдеги (СД) араалардын кесүү тереңдиги бычактын диаметри менен чектелет. Кесүү процессинде бычак титирөөгө жана четтөөгө жакын болот, бул ызы-чуунун жогорку деңгээлине жана начар катуулукка алып келет. Ички диаметрдеги (ИД) араалар бычактын ички айланасына кесүүчү кыр катары алмаз абразивдерди колдонушат. Бул бычактар ​​0,2 ммге чейин жука болушу мүмкүн. Кесүү учурунда СД бычагы жогорку ылдамдыкта айланат, ал эми кесиле турган материал бычактын борборуна карата радиалдык кыймылдайт жана бул салыштырмалуу кыймыл аркылуу кесүүгө жетишет.

Алмаз тилкелүү араалар тез-тез токтоп, артка бурулууну талап кылат, ал эми кесүү ылдамдыгы өтө төмөн — адатта 2 м/с ашпайт. Алар ошондой эле механикалык эскирүүдөн жана тейлөөнүн жогорку чыгымдарынан жапа чегишет. Араанын мизинин туурасынан улам, кесүү радиусу өтө кичинекей болушу мүмкүн эмес жана көп кесимдүү кесүү мүмкүн эмес. Бул салттуу араа шаймандары негиздин катуулугу менен чектелген жана ийри кесүүлөрдү жасай албайт же бурулуш радиустары чектелген. Алар түз кесүүлөрдү гана жасай алышат, кең бурчтарды чыгарышат, төмөн түшүмдүүлүккө ээ жана ошондуктан кесүүгө жараксыз.SiC кристаллдары.

1.2 Көп зымдуу кесүү үчүн акысыз абразивдүү зым араа

Эркин абразивдүү зым араа менен кесүү ыкмасы зымдын тез кыймылын колдонуп, шламды кесилген жерге ташыйт, бул материалды алып салууга мүмкүндүк берет. Ал негизинен өз ара аракеттенүүчү түзүлүштү колдонот жана учурда монокристаллдык кремнийди көп пластиналуу натыйжалуу кесүү үчүн жетилген жана кеңири колдонулган ыкма болуп саналат. Бирок, анын SiC кесүүдөгү колдонулушу анчалык кеңири изилденген эмес.

Эркин абразивдүү зым араалар калыңдыгы 300 мкмден аз болгон пластиналарды иштете алат. Алар ийриликтин аз жоголушун камсыз кылат, сейрек учурларда сынып калат жана беттин сапаты салыштырмалуу жакшы болот. Бирок, абразивдүү материалдардын тоголонушуна жана оюлушуна негизделген материалды алып салуу механизминен улам, пластинанын бетинде калдык чыңалуу, микрожарыктар жана тереңирээк бузулуу катмарлары пайда болот. Бул пластинанын кыйшайышына алып келет, беттин профилинин тактыгын көзөмөлдөөнү кыйындатат жана кийинки иштетүү кадамдарына жүктөмдү көбөйтөт.

Кесүү натыйжалуулугуна суспензия чоң таасир этет; абразивдердин курчтугун жана суспензиянын концентрациясын сактоо зарыл. Шламды иштетүү жана кайра иштетүү кымбатка турат. Чоң өлчөмдөгү куймаларды кескенде, абразивдер терең жана узун кесилген жерлерге кирүүдө кыйынчылыкка туш болушат. Бирдей абразивдүү дандын өлчөмүндө кесилген жер жоголушу бекитилген абразивдүү зым арааларга караганда көбүрөөк болот.

1.3 Бекитилген абразивдүү алмаз зым араа көп зымдуу кесүү

Бекитилген абразивдүү алмаз зым араалар, адатта, алмаз бөлүкчөлөрүн болот зым негизине электрокаптоо, бышыруу же чайыр менен байланыштыруу ыкмалары аркылуу жайгаштыруу аркылуу жасалат. Электрокаптоо менен капталган алмаз зым араалар кууш керфтер, жакшыраак кесим сапаты, жогорку натыйжалуулук, аз булгануу жана жогорку катуулуктагы материалдарды кесүү мүмкүнчүлүгү сыяктуу артыкчылыктарды сунуштайт.

Учурда SiC кесүүнүн эң кеңири колдонулган ыкмасы катары өз ара электр менен капталган алмаз зым араа колдонулат. 1-сүрөттө (бул жерде көрсөтүлгөн эмес) ушул ыкманы колдонуу менен кесилген SiC пластиналарынын бетинин тегиздиги көрсөтүлгөн. Кесүү процесси жүрүп жатканда пластинанын кыйшайышы жогорулайт. Себеби, зым ылдый жылган сайын зым менен материалдын ортосундагы тийүү аянты көбөйүп, каршылыкты жана зымдын термелүүсүн жогорулатат. Зым пластинанын максималдуу диаметрине жеткенде, термелүү эң жогорку чегине жетет, натыйжада максималдуу кыйшайуу пайда болот.

Кесүүнүн кийинки этаптарында зымдын ылдамдануусунан, туруктуу ылдамдыкта кыймылынан, басаңдашынан, токтошунан жана артка чегинүүсүнөн, ошондой эле муздатуучу суюктук менен таштандыларды алып салуудагы кыйынчылыктардан улам пластинанын бетинин сапаты начарлайт. Зымдын артка чегинүүсү жана ылдамдыктын өзгөрүшү, ошондой эле зымдагы чоң алмаз бөлүкчөлөрү беттин чийилишинин негизги себептери болуп саналат.

1.4 Муздак бөлүү технологиясы

SiC монокристаллдарын муздак бөлүү үчүнчү муундагы жарым өткөргүч материалдарды иштетүү жаатындагы инновациялык процесс болуп саналат. Акыркы жылдары ал түшүмдүүлүктү жогорулатуу жана материалдык жоготууларды азайтуудагы көрүнүктүү артыкчылыктарынан улам олуттуу көңүл бурду. Технологияны үч аспект боюнча талдоого болот: иштөө принциби, процесстин агымы жана негизги артыкчылыктар.

Кристаллдын багытын аныктоо жана сырткы диаметрин майдалоо: Иштетүүдөн мурун, SiC куймасынын кристаллдык багытын аныктоо керек. Андан кийин куйма сырткы диаметрин майдалоо аркылуу цилиндр формасындагы түзүлүшкө (көбүнчө SiC шайбасы деп аталат) формаланат. Бул кадам кийинки багыттуу кесүү жана кесүү үчүн негиз түзөт.

Көп зымдуу кесүү: Бул ыкма цилиндрдик куйманы кесүү үчүн абразивдүү бөлүкчөлөрдү кесүүчү зымдар менен айкалыштырат. Бирок, ал кесилиш жоголушуна жана беттин тегиз эместигине байланыштуу олуттуу көйгөйлөргө дуушар болот.

Лазер менен кесүү технологиясы: Лазер кристаллдын ичинде модификацияланган катмарды түзүү үчүн колдонулат, андан жука кесимдерди бөлүп алууга болот. Бул ыкма материалдын жоголушун азайтат жана иштетүүнүн натыйжалуулугун жогорулатат, бул аны SiC пластинасын кесүү үчүн келечектүү жаңы багытка айлантат.

Кесүү процессин оптималдаштыруу

Бекитилген абразивдүү көп зымдуу кесүү: Бул учурда SiC жогорку катуулук мүнөздөмөлөрүнө ылайыктуу негизги технология.

Электр разряддоо машиналары (ЭРМ) жана муздак бөлүү технологиясы: Бул ыкмалар белгилүү бир талаптарга ылайыкташтырылган ар түрдүү чечимдерди камсыз кылат.

Жылтыратуу процесси: Материалды алып салуу ылдамдыгы менен беттин бузулушунун ортосундагы тең салмактуулукту сактоо маанилүү. Химиялык-механикалык жылтыратуу (ХМЖ) беттин бирдейлигин жакшыртуу үчүн колдонулат.

Реалдуу убакыт режиминде мониторинг жүргүзүү: Беттин тегиз эместигин реалдуу убакыт режиминде көзөмөлдөө үчүн онлайн текшерүү технологиялары киргизилген.

Лазердик кесүү: Бул ыкма кесилген жерлердин жоголушун азайтат жана иштетүү циклдерин кыскартат, бирок жылуулук таасир эткен зона дагы эле кыйынчылык жаратууда.

Гибриддик иштетүү технологиялары: Механикалык жана химиялык ыкмаларды айкалыштыруу иштетүүнүн натыйжалуулугун жогорулатат.

Бул технология буга чейин өнөр жайлык колдонууга жетишкен. Мисалы, Infineon SILTECTRA компаниясын сатып алган жана азыр 8 дюймдук пластиналарды массалык түрдө өндүрүүнү колдогон негизги патенттерге ээ. Кытайда Delong Laser сыяктуу компаниялар 6 дюймдук пластиналарды иштетүү үчүн бир куймага 30 пластина чыгаруу натыйжалуулугуна жетишти, бул салттуу ыкмаларга салыштырмалуу 40% жакшырууну билдирет.

Ата мекендик жабдууларды өндүрүү тездеген сайын, бул технология SiC субстратын иштетүү үчүн негизги чечимге айланат деп күтүлүүдө. Жарым өткөргүч материалдардын диаметринин өсүшү менен салттуу кесүү ыкмалары эскирип калды. Учурдагы варианттардын ичинен поршеньдүү алмаз зым араа технологиясы колдонуунун эң келечектүү келечегин көрсөтүп турат. Лазердик кесүү, жаңыдан пайда болуп жаткан ыкма катары, олуттуу артыкчылыктарды сунуштайт жана келечекте негизги кесүү ыкмасы болуп калат деп күтүлүүдө.

2,SiC бир кристаллдуу майдалоо

Үчүнчү муундагы жарым өткөргүчтөрдүн өкүлү катары, кремний карбиди (SiC) кең тилкелүү аралыгы, жогорку бөлүнүү электр талаасы, жогорку каныккан электрондордун дрейф ылдамдыгы жана эң сонун жылуулук өткөрүмдүүлүгү менен олуттуу артыкчылыктарды сунуштайт. Бул касиеттер SiCди жогорку чыңалуудагы колдонмолордо (мисалы, 1200V чөйрөлөрдө) өзгөчө артыкчылыктуу кылат. SiC субстраттарын иштетүү технологиясы түзүлүштөрдү жасоонун негизги бөлүгү болуп саналат. Субстраттын бетинин сапаты жана тактыгы эпитаксиалдык катмардын сапатына жана акыркы түзүлүштүн иштешине түздөн-түз таасир этет.

Майдалоо процессинин негизги максаты - кесүү учурунда пайда болгон беттик араанын издерин жана бузулуу катмарларын кетирүү жана кесүү процессинен келип чыккан деформацияны оңдоо. SiC өтө жогорку катуулугун эске алганда, майдалоо үчүн бор карбиди же алмаз сыяктуу катуу абразивдерди колдонуу талап кылынат. Кадимки майдалоо, адатта, орой жана майда майдалоо болуп бөлүнөт.

2.1 Ири жана майда майдалоо

Майдалоочу материалдарды абразивдик бөлүкчөлөрдүн өлчөмүнө жараша бөлүүгө болот:

Кесилген майдалоо: негизинен кесүү учурунда пайда болгон араанын издерин жана бузулуу катмарларын кетирүү үчүн чоң абразивдерди колдонот, бул иштетүүнүн натыйжалуулугун жогорулатат.

Майда майдалоо: Кескин майдалоодон калган бузулуу катмарын кетирүү, беттин оройлугун азайтуу жана беттин сапатын жакшыртуу үчүн майда абразивдерди колдонот.

Көптөгөн ата мекендик SiC субстрат өндүрүүчүлөрү ири масштабдуу өндүрүш процесстерин колдонушат. Көп колдонулган ыкма чоюн плитаны жана монокристаллдык алмаз аралашмасын колдонуп, эки тараптуу майдалоону камтыйт. Бул процесс зым араалоодон калган бузулуу катмарын натыйжалуу жок кылат, пластинанын формасын оңдойт жана TTV (жалпы калыңдыктын өзгөрүшү), ийилгендикти жана ийилгендикти азайтат. Материалды алып салуу ылдамдыгы туруктуу, адатта 0,8–1,2 мкм/мин жетет. Бирок, алынган пластинанын бети салыштырмалуу жогорку оройлукка ээ күңүрт болот - адатта 50 нмдин тегерегинде - бул кийинки жылтыратуу кадамдарына жогорку талаптарды коет.

2.2 Бир тараптуу майдалоо

Бир тараптуу майдалоо пластинанын бир гана тарабын иштетет. Бул процессте пластина болот плитага мом менен орнотулат. Басым астында негиз бир аз деформацияга дуушар болот жана үстүнкү бети тегизделет. Майдалагандан кийин астыңкы бети тегизделет. Басым алынганда, үстүнкү бет баштапкы формасына кайтып келет, бул ошондой эле мурунтан эле жерге түшүрүлгөн астыңкы бетке да таасирин тийгизет — эки тарап тең кыйшайып, тегиз болуп калат.

Мындан тышкары, майдалоочу пластина кыска убакыттын ичинде оюк болуп, пластина томпок болуп калышы мүмкүн. Пластинанын тегиздигин сактоо үчүн тез-тез майлоо талап кылынат. Төмөн натыйжалуулукка жана пластинанын тегиздигинин начардыгынан улам, бир тараптуу майдалоо массалык өндүрүш үчүн ылайыктуу эмес.

Адатта, майда майдалоо үчүн №8000 жылмалоочу дөңгөлөктөр колдонулат. Японияда бул процесс салыштырмалуу жетилген жана ал тургай №30000 жылмалоочу дөңгөлөктөрдү да колдонот. Бул иштетилген пластиналардын бетинин тегиздигин 2 нмден төмөн түшүрүүгө мүмкүндүк берет, бул пластиналарды кошумча иштетүүсүз акыркы CMP (химиялык механикалык жылмалоо) үчүн даярдайт.

2.3 Бир тараптуу суюлтуу технологиясы

Алмаз менен бир тараптуу суюлтуу технологиясы - бир тараптуу майдалоонун жаңы ыкмасы. 5-сүрөттө көрсөтүлгөндөй (бул жерде көрсөтүлгөн эмес), бул процессте алмаз менен байланышкан майдалоочу пластина колдонулат. Пластинка вакуумдук адсорбция аркылуу бекитилет, ал эми пластина да, алмаз менен майдалоочу дөңгөлөк да бир убакта айланат. Майдалоочу дөңгөлөк акырындык менен ылдый жылат жана пластинаны максаттуу калыңдыкка чейин суюлтат. Бир тарабы бүткөндөн кийин, пластина экинчи тарабын иштетүү үчүн оодарылат.

100 мм пластинаны жукарткандан кийин, төмөнкүлөргө жетишүүгө болот:

Жаа < 5 мкм

TTV < 2 мкм

Беттин оройлугу < 1 нм

Бул бир пластиналуу иштетүү ыкмасы жогорку туруктуулукту, эң сонун консистенцияны жана материалды жогорку деңгээлде алып салуу ылдамдыгын камсыз кылат. Кадимки эки тараптуу майдалоого салыштырмалуу, бул ыкма майдалоонун натыйжалуулугун 50% дан ашык жогорулатат.

2.4 Эки тараптуу майдалоо

Эки тараптуу майдалоодо үстүнкү жана астыңкы майдалоочу пластиналар бир эле учурда негиздин эки тарабын тең майдалоо үчүн колдонулат, бул эки тараптын тең эң сонун беттик сапатын камсыз кылат.

Процесстин жүрүшүндө майдалоочу пластиналар алгач даяр бөлүктүн эң жогорку чекиттерине басым жасап, деформацияга жана ал жерлерде материалдын акырындык менен алынып кетишине алып келет. Жогорку чекиттер тегизделген сайын, негизге басым акырындык менен бирдей болуп, бүт бетте ырааттуу деформацияга алып келет. Бул үстүнкү жана астыңкы беттерди бирдей майдалоого мүмкүндүк берет. Майдалоо аяктагандан жана басым чыгарылгандан кийин, негиздин ар бир бөлүгү башынан өткөргөн бирдей басымдын аркасында бирдей калыбына келет. Бул минималдуу кыйшайууга жана жакшы тегиздикке алып келет.

Майдалоодон кийинки пластинанын бетинин тегиздиги абразивдик бөлүкчөлөрдүн өлчөмүнө жараша болот — майда бөлүкчөлөр жылмакай беттерди берет. Эки тараптуу майдалоо үчүн 5 мкм абразивдерди колдонгондо, пластинанын тегиздигин жана калыңдыгынын өзгөрүшүн 5 мкм чегинде көзөмөлдөөгө болот. Атомдук күч микроскопиясынын (AFM) өлчөөлөрү беттин тегиздигин (Rq) болжол менен 100 нм көрсөтөт, майдалоо чуңкурлары 380 нмге чейин тереңдикте жана абразивдик аракеттен улам пайда болгон көрүнүктүү сызыктуу издер бар.

Өркүндөтүлгөн ыкма полиуретан көбүктүү жаздыкчаларды поликристаллдык алмаз аралашмасы менен айкалыштырып, эки тараптуу майдалоону камтыйт. Бул процесс бетинин өтө төмөн тегиз эместиги менен пластиналарды өндүрөт, алар Ra < 3 нмге жетишет, бул SiC негиздерин кийинки жылтыратуу үчүн абдан пайдалуу.

Бирок, беттин чийилиши чечилбеген маселе бойдон калууда. Мындан тышкары, бул процессте колдонулган поликристаллдык алмаз жарылуучу синтез аркылуу өндүрүлөт, бул техникалык жактан татаал, аз көлөмдө өндүрүлөт жана өтө кымбат.

SiC монокристаллдарын жылтыратуу

Кремний карбидинин (SiC) пластиналарында жогорку сапаттагы жылмаланган бетке жетүү үчүн, жылмалоо майдалоо чуңкурларын жана нанометрдик масштабдагы беттик толкундарды толугу менен алып салышы керек. Максат - булгануу же бузулуу жок, жер астындагы зыян келтирилбеген жана калдык беттик чыңалуу жок жылмакай, кемчиликсиз бетти түзүү.

3.1 SiC пластиналарын механикалык жылтыратуу жана CMP

SiC монокристалл куймасын өстүргөндөн кийин, беттик кемчиликтер аны эпитаксиалдык өстүрүү үчүн түздөн-түз колдонууга тоскоол болот. Ошондуктан, андан ары иштетүү талап кылынат. Куйма алгач тегеректөө аркылуу стандарттуу цилиндр формасында жасалат, андан кийин зым менен кесүү аркылуу пластиналарга кесилет, андан кийин кристаллографиялык багытын текшерүү жүргүзүлөт. Жылтыратуу пластинанын сапатын жакшыртууда, кристаллдын өсүү кемчиликтеринен келип чыккан мүмкүн болгон беттик зыянды жоюуда жана мурунку иштетүү кадамдарында маанилүү кадам болуп саналат.

SiCдеги беттик бузулуу катмарларын алып салуунун төрт негизги ыкмасы бар:

Механикалык жылтыратуу: Жөнөкөй, бирок чийик калтырат; баштапкы жылтыратуу үчүн ылайыктуу.

Химиялык механикалык жылтыратуу (ХМЖ): Химиялык оюу аркылуу чийилген жерлерди кетирет; так жылтыратуу үчүн ылайыктуу.

Суутек менен оюу: HTCVD процесстеринде кеңири колдонулган татаал жабдууларды талап кылат.

Плазма жардамы менен жылтыратуу: татаал жана сейрек колдонулат.

Механикалык жол менен гана жылтыратуу көбүнчө чийиктерди пайда кылат, ал эми химиялык жол менен гана жылтыратуу тегиз эмес оюуга алып келиши мүмкүн. CMP эки артыкчылыкты тең айкалыштырат жана натыйжалуу жана үнөмдүү чечимди сунуштайт.

CMP иштөө принциби

CMP айлануучу жылтыраткыч төшөккө каршы белгиленген басым астында пластинаны айландыруу менен иштейт. Бул салыштырмалуу кыймыл, шламдагы наноөлчөмдөгү абразивдерден механикалык сүрүлүү жана реактивдүү агенттердин химиялык таасири менен айкалышып, беттин тегизделишине жетишет.

Колдонулган негизги материалдар:

Жылтыраткыч шлам: Курамында абразивдер жана химиялык реагенттер бар.

Жылтыраткыч төшөк: Колдонуу учурунда эскирип, тешикчелердин өлчөмүн жана шыбак жеткирүүнүн натыйжалуулугун төмөндөтөт. Кесилген жерлерди калыбына келтирүү үчүн, адатта, бриллиант шкафты колдонуу менен, үзгүлтүксүз иштетип туруу талап кылынат.

Типтүү CMP процесси

Абразивдүү: 0,5 мкм алмаз суспензиясы

Максаттуу беттин кесектиги: ~0,7 нм

Химиялык механикалык жылтыратуу:

Жылтыраткыч жабдуулар: AP-810 бир тараптуу жылтыраткыч

Басым: 200 г/см²

Пластинанын ылдамдыгы: 50 айн/мин

Керамикалык кармагычтын ылдамдыгы: 38 айн/мин

Суюктуктун курамы:

SiO₂ (30 салмактык%, рН = 10.15)

0–70 салмактык % H₂O₂ (30 салмактык %, реагенттин сапаты)

5 салмактык % KOH жана 1 салмактык % HNO₃ колдонуп, рН деңгээлин 8,5ке чейин тууралаңыз

Шламдын агым ылдамдыгы: 3 л/мин, кайра циркуляцияланган

Бул процесс SiC пластинасынын сапатын натыйжалуу жакшыртат жана кийинки агымдык процесстердин талаптарына жооп берет.

Механикалык жылтыратуудагы техникалык кыйынчылыктар

SiC, кең тилкелүү жарым өткөргүч катары, электроника өнөр жайында маанилүү ролду ойнойт. Эң сонун физикалык жана химиялык касиеттери менен SiC монокристалдары жогорку температура, жогорку жыштык, жогорку кубаттуулук жана радиацияга туруктуулук сыяктуу экстремалдык чөйрөлөргө ылайыктуу. Бирок, анын катуу жана морт мүнөзү майдалоо жана жылтыратуу үчүн чоң кыйынчылыктарды жаратат.

Дүйнөлүк алдыңкы өндүрүүчүлөр 6 дюймдук пластиналардан 8 дюймдук пластиналарга өтүп жаткандыктан, иштетүү учурунда жаракалар жана пластиналардын бузулушу сыяктуу көйгөйлөр ого бетер күчөп, түшүмдүүлүккө олуттуу таасирин тийгизүүдө. 8 дюймдук SiC субстраттарынын техникалык көйгөйлөрүн чечүү азыр тармактын өнүгүшү үчүн негизги эталон болуп саналат.

8 дюймдук доордо SiC пластинасын иштетүү көптөгөн кыйынчылыктарга туш болот:

Пластинаны масштабдоо ар бир партиядагы чиптин чыгышын көбөйтүү, четтеринин жоголушун азайтуу жана өндүрүш чыгымдарын төмөндөтүү үчүн зарыл, айрыкча электромобилдерди колдонуудагы суроо-талаптын өсүшүн эске алганда.

8 дюймдук SiC монокристаллдарынын өсүшү жетилгени менен, майдалоо жана жылтыратуу сыяктуу арткы процесстер дагы эле тоскоолдуктарга туш болуп, натыйжада түшүмдүүлүк төмөн (болгону 40–50%).

Чоңураак пластиналар басымдын бөлүштүрүлүшүн татаалдаштырат, бул жылтыратуу стрессин жана түшүмдүн консистенциясын башкарууну кыйындатат.

8 дюймдук пластиналардын калыңдыгы 6 дюймдук пластиналардыкына жакындап калганы менен, алар кармоо учурунда стресстен жана кыйшайуудан улам бузулууга көбүрөөк дуушар болушат.

Кесүүгө байланыштуу чыңалууну, кыйшайууну жана жаракаларды азайтуу үчүн лазердик кесүү барган сайын көбүрөөк колдонулууда. Бирок:

Узун толкундуу лазерлер термикалык зыян келтирет.

Кыска толкундуу лазерлер оор таштандыларды пайда кылат жана бузулуу катмарын тереңдетип, жылтыратуу татаалдыгын жогорулатат.

SiC үчүн механикалык жылтыратуу жумуш агымы

Жалпы процесстин агымы төмөнкүлөрдү камтыйт:

Багыттоо кесүү

Чоң майдалоо

Майда майдалоо

Механикалык жылтыратуу

Химиялык механикалык жылтыратуу (ХМЖ) акыркы кадам катары

CMP ыкмасын тандоо, процесстин маршрутун долбоорлоо жана параметрлерди оптималдаштыруу абдан маанилүү. Жарым өткөргүчтөрдү өндүрүүдө CMP жогорку сапаттагы эпитаксиалдык өсүү үчүн маанилүү болгон өтө жылмакай, кемчиликсиз жана бузулбаган беттери бар SiC пластиналарын өндүрүү үчүн аныктоочу кадам болуп саналат.

(а) SiC куймасын тигельден алып салыңыз;

(b) Сырткы диаметрди майдалоо менен баштапкы формага келтирүү;

(в) Кристаллдын багытын тегиздөөчү тегиздиктерди же оюктарды колдонуп аныктоо;

(d) Көп зымдуу араа менен куйманы жука пластиналарга кесиңиз;

(e) Жылмалоо жана жылтыратуу кадамдары аркылуу күзгүдөй жылмакай бетке жетишүү.

Бир катар иштетүү кадамдарын аяктагандан кийин, SiC пластинасынын сырткы чети көп учурда курч болуп калат, бул кармоо же колдонуу учурунда сынып кетүү коркунучун жогорулатат. Мындай морттуктан качуу үчүн четин майдалоо талап кылынат.

Салттуу кесүү процесстеринен тышкары, SiC пластиналарын даярдоонун инновациялык ыкмасы байланыштыруу технологиясын камтыйт. Бул ыкма жука SiC монокристалл катмарын гетерогендик субстратка (колдоочу субстрат) байланыштыруу менен пластина жасоого мүмкүндүк берет.

3-сүрөттө процесстин жүрүшү көрсөтүлгөн:

Алгач, SiC монокристалынын бетинде белгилүү бир тереңдикте суутек ионун имплантациялоо же ушул сыяктуу ыкмалар аркылуу деламинация катмары пайда болот. Андан кийин иштетилген SiC монокристалы жалпак таяныч субстратка жабышып, басымга жана ысыкка дуушар болот. Бул SiC монокристалл катмарын таяныч субстратка ийгиликтүү өткөрүп берүүгө жана бөлүүгө мүмкүндүк берет.

Бөлүнгөн SiC катмары керектүү тегиздикке жетүү үчүн беттик иштетүүдөн өтөт жана кийинки байланыштыруу процесстеринде кайра колдонулушу мүмкүн. SiC кристаллдарын салттуу кесүүгө салыштырмалуу, бул ыкма кымбат материалдарга болгон суроо-талапты азайтат. Техникалык кыйынчылыктар сакталып турганы менен, арзаныраак пластина өндүрүүгө мүмкүндүк берүү үчүн изилдөөлөр жана иштеп чыгуулар активдүү түрдө алга жылууда.

SiC жогорку катуулугун жана химиялык туруктуулугун эске алганда, ал бөлмө температурасында реакцияларга туруктуу кылат, ошондуктан майда майдалоо чуңкурларын кетирүү, беттин бузулушун азайтуу, чийиктерди, чуңкурчаларды жана апельсин кабыгынын кемчиликтерин жок кылуу, беттин оройлугун азайтуу, тегиздигин жакшыртуу жана беттин сапатын жакшыртуу үчүн механикалык жылтыратуу талап кылынат.

Жогорку сапаттагы жылмаланган бетти алуу үчүн төмөнкүлөр зарыл:

Абразивдүү түрлөрүн тууралаңыз,

Бөлүкчөлөрдүн өлчөмүн азайтуу,

Процесстин параметрлерин оптималдаштыруу,

Жетиштүү катуулугу бар жылтыраткыч материалдарды жана төшөмөлөрдү тандаңыз.

7-сүрөттө 1 мкм абразивдер менен эки тараптуу жылтыратуу 10 мкм ичинде тегиздиктин жана калыңдыктын өзгөрүшүн көзөмөлдөй алары жана беттин оройлугун болжол менен 0,25 нмге чейин азайта алары көрсөтүлгөн.

3.2 Химиялык механикалык жылтыратуу (ХМЖ)

Химиялык механикалык жылтыратуу (ХМЖ) иштетилип жаткан материалдын үстүндө жылмакай, тегиз бетти түзүү үчүн өтө майда бөлүкчөлөрдү абразиялоону химиялык оюу менен айкалыштырат. Негизги принцип:

Жылтыраткыч суспензия менен пластинанын бетинин ортосунда химиялык реакция жүрүп, жумшак катмар пайда болот.

Абразивдүү бөлүкчөлөр менен жумшак катмардын ортосундагы сүрүлүү материалды жок кылат.

CMP артыкчылыктары:

Таза механикалык же химиялык жылтыратуунун кемчиликтерин жоёт,

Глобалдык жана жергиликтүү пландаштырууга жетишет,

Жогорку тегиздиктеги жана төмөнкү оройлуктагы беттерди түзөт,

Жер бетине же жер астына эч кандай зыян келтирбейт.

Кененирээк:

Вафли басым астында жылтыраткычка салыштырмалуу жылат.

Шламдагы нанометрдик масштабдагы абразивдер (мисалы, SiO₂) кесүүгө катышат, Si–C коваленттик байланыштарын алсыратат жана материалдын алынып салынышын күчөтөт.

CMP ыкмаларынын түрлөрү:

Эркин абразивдүү жылтыратуу: Абразивдер (мисалы, SiO₂) шламда илип коюлат. Материалды алып салуу үч денелүү абразив (пластина-поддон-абразив) аркылуу жүргүзүлөт. Бирдейликти жакшыртуу үчүн абразивдин өлчөмү (адатта 60–200 нм), рН жана температура так көзөмөлдөнүшү керек.

Бекитилген абразивдүү жылтыратуу: Абразивдер агломерациянын алдын алуу үчүн жылтыратуу аянтчасына орнотулган — бул жогорку тактыктагы иштетүү үчүн идеалдуу.

Жылтыратуудан кийинки тазалоо:

Жылтыратылган пластиналар төмөнкүлөргө дуушар болушат:

Химиялык тазалоо (анын ичинде DI суусун жана шлам калдыктарын тазалоо),

DI суу менен чайкоо жана

Ысык азот менен кургатуу

беттик булгоочу заттарды минималдаштыруу үчүн.

Беттин сапаты жана иштеши

Беттин оройлугун Ra < 0,3 нмге чейин азайтууга болот, бул жарым өткөргүч эпитаксия талаптарына жооп берет.

Глобалдык тегиздөө: Химиялык жумшартуунун жана механикалык алып салуунун айкалышы чийиктерди жана тегиз эмес оюуларды азайтып, таза механикалык же химиялык ыкмалардан жакшы натыйжа берет.

Жогорку эффективдүүлүк: SiC сыяктуу катуу жана морт материалдар үчүн ылайыктуу, материалды алып салуу ылдамдыгы саатына 200 нмден жогору.

Башка жаңыдан пайда болуп жаткан жылтыратуу ыкмалары

CMPден тышкары, төмөнкүлөрдү камтыган альтернативдүү ыкмалар сунушталган:

Электрохимиялык жылтыратуу, катализатордун жардамы менен жылтыратуу же оюу, жана

Трибохимиялык жылтыратуу.

Бирок, бул ыкмалар дагы эле изилдөө баскычында жана SiCнин татаал материалдык касиеттеринен улам жай өнүккөн.

Акыр-аягы, SiC иштетүү - бул беттин сапатын жакшыртуу үчүн кыйшайууну жана оройлукту азайтуунун акырындык менен жүрүүчү процесси, мында ар бир этапта тегиздик жана оройлукту көзөмөлдөө абдан маанилүү.

Кайра иштетүү технологиясы

Вафли майдалоо этабында, пластинаны керектүү тегиздикке жана беттин оройлугуна чейин майдалоо үчүн ар кандай бөлүкчө өлчөмдөрү бар алмаз шламы колдонулат. Андан кийин зыянсыз жылтыратылган кремний карбиди (SiC) пластиналарын алуу үчүн механикалык жана химиялык механикалык жылтыратуу (CMP) ыкмаларын колдонуу менен жылтыратуу жүргүзүлөт.

Жылтыратылгандан кийин, SiC пластиналары бардык техникалык параметрлер талап кылынган стандарттарга жооп берерин текшерүү үчүн оптикалык микроскоптор жана рентген дифрактометрлери сыяктуу аспаптарды колдонуу менен катуу сапатты текшерүүдөн өтөт. Акырында, жылтыратылган пластиналар беттик булгоочу заттарды кетирүү үчүн атайын тазалоочу каражаттар жана өтө таза суу менен тазаланат. Андан кийин алар өтө жогорку тазалыктагы азот газы жана айланма кургаткычтар менен кургатылат, бул бүтүндөй өндүрүш процессин аяктайт.

Көп жылдык аракеттерден кийин, Кытайдын ичинде SiC монокристаллдарын иштетүүдө олуттуу ийгиликтерге жетишилди. Өлкө ичинде 100 мм легирленген жарым изоляциялык 4H-SiC монокристалдары ийгиликтүү иштелип чыкты, ал эми n-типтеги 4H-SiC жана 6H-SiC монокристалдарын эми партиялар менен өндүрүүгө болот. TankeBlue жана TYST сыяктуу компаниялар буга чейин 150 мм SiC монокристаллдарын иштеп чыгышкан.

SiC пластиналарын иштетүү технологиясы жагынан алганда, ата мекендик мекемелер кристаллдарды кесүү, майдалоо жана жылтыратуу процесстеринин шарттарын жана жолдорун алдын ала изилдеп чыгышкан. Алар негизинен түзмөктөрдү жасоо талаптарына жооп берген үлгүлөрдү чыгара алышат. Бирок, эл аралык стандарттарга салыштырмалуу, ата мекендик пластиналардын беттик иштетүү сапаты дагы эле бир топ артта калууда. Бир нече көйгөйлөр бар:

Эл аралык SiC теориялары жана иштетүү технологиялары бекем корголгон жана аларга жетүү оңой эмес.

Теориялык изилдөөлөр жана процесстерди өркүндөтүү жана оптималдаштыруу боюнча колдоо жетишсиз.

Чет элдик жабдууларды жана компоненттерди импорттоонун баасы жогору.

Жабдууларды долбоорлоо, иштетүүнүн тактыгы жана материалдар боюнча ата мекендик изилдөөлөр эл аралык деңгээлдерге салыштырмалуу дагы эле олуттуу айырмачылыктарды көрсөтүп турат.

Учурда Кытайда колдонулган жогорку тактыктагы шаймандардын көпчүлүгү импорттолот. Сыноо жабдуулары жана методологиялары дагы андан ары өркүндөтүүнү талап кылат.

Үчүнчү муундагы жарым өткөргүчтөрдүн өнүгүшү менен SiC монокристаллдык субстраттарынын диаметри туруктуу түрдө өсүп жатат, ошондой эле беттик иштетүү сапатына жогорку талаптар коюлууда. SiC монокристаллдык өстүрүүдөн кийинки пластина иштетүү технологиясы техникалык жактан эң татаал кадамдардын бири болуп калды.

Кайра иштетүүдөгү учурдагы көйгөйлөрдү чечүү үчүн кесүү, майдалоо жана жылтыратуу механизмдерин андан ары изилдөө, ошондой эле SiC пластиналарын өндүрүү үчүн ылайыктуу процесстик ыкмаларды жана жолдорду изилдөө зарыл. Ошол эле учурда, жогорку сапаттагы субстраттарды өндүрүү үчүн алдыңкы эл аралык кайра иштетүү технологияларынан сабак алуу жана заманбап өтө так иштетүү ыкмаларын жана жабдууларын колдонуу зарыл.

Пластинанын өлчөмү чоңойгон сайын, кристаллдарды өстүрүү жана иштетүү кыйынчылыгы да жогорулайт. Бирок, кийинки агымдык түзүлүштөрдүн өндүрүштүк натыйжалуулугу бир топ жогорулайт жана бирдиктин баасы төмөндөйт. Учурда дүйнө жүзү боюнча SiC пластинасынын негизги жеткирүүчүлөрү диаметри 4 дюймдан 6 дюймга чейинки продукцияларды сунушташат. Cree жана II-VI сыяктуу алдыңкы компаниялар 8 дюймдук SiC пластинасын өндүрүү линияларын иштеп чыгууну пландаштыра башташты.