SiC Wafer иштетүү технологиясынын учурдагы абалы жана тенденциялары

Үчүнчү муундагы жарым өткөргүч субстрат материалы катары,кремний карбиди (SiC)монокристаллдын 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 да, чет өлкөлөрдө да SiC иштетүү технологиялары боюнча изилдөөлөрдүн учурдагы абалы, кесүү, майдалоо жана жылмалоо процесстеринин механизмдерин талдоо жана салыштыруу, ошондой эле пластинанын тегиздиги жана бетинин тегиздиги тенденциялары көрсөтүлөт. Ал ошондой эле SiC пластинкасын иштетүүдөгү көйгөйлөрдү белгилейт жана келечектеги өнүгүү багыттарын талкуулайт.

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 ээ жана рыноктук потенциалга ээ. Өтө жогорку катуулугуна жана химиялык туруктуулугуна байланыштууSiC монокристаллдары, салттуу жарым өткөргүчтөрдү иштетүү ыкмалары аларды иштетүү үчүн толугу менен ылайыктуу эмес. Көптөгөн эл аралык компаниялар SiC монокристаллдарын техникалык жактан талап кылынган кайра иштетүү боюнча кеңири изилдөөлөрдү жүргүзүшкөнү менен, тиешелүү технологиялар катуу жашыруун сакталат.

Акыркы жылдары Кытай SiC монокристалл материалдарын жана аппараттарын иштеп чыгуу боюнча аракеттерди көбөйттү. Бирок, өлкөдө SiC аппаратынын технологиясын өркүндөтүү учурда иштетүү технологиялары жана пластинка сапаты боюнча чектөөлөр менен чектелген. Ошондуктан, Кытай үчүн SiC монокристаллдык субстраттарынын сапатын жогорулатуу жана аларды практикалык колдонууга жана массалык өндүрүшкө жетишүү үчүн SiC иштетүү мүмкүнчүлүктөрүн жакшыртуу зарыл.

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

SiC монокристаллдарын кесүү

кайра иштетүүдөSiC монокристаллдары, кесүү биринчи жана өтө маанилүү кадам болуп саналат. Кесүү процессинен келип чыккан вафлидин жаа, ийри жана жалпы калыңдыгынын өзгөрүшү (TTV) кийинки майдалоо жана жылмалоо операцияларынын сапатын жана натыйжалуулугун аныктайт.

Кесүүчү шаймандар формасы боюнча алмаздын ички диаметри (ID) араалары, тышкы диаметри (ОД) араалары, тилкелүү араалар жана зым арааларга бөлүнөт. Зым араа, өз кезегинде, алардын кыймыл түрү боюнча поршендик жана илмек (чексиз) зым системасына классификацияланышы мүмкүн. Абразивдик кесүү механизминин негизинде зым арааны кесүү ыкмалары эки түргө бөлүнөт: эркин абразивдүү зымды кесүү жана туруктуу абразивдүү алмаз зым менен кесүү.

1.1 Салттуу кесүү ыкмалары

Сырткы диаметри (ОД) араалардын кесүү тереңдиги бычактын диаметри менен чектелет. Кесүү процессинде бычак титирөөгө жана четтөөлөргө жакын болот, натыйжада ызы-чуунун деңгээли жогору жана катуулугу начар болот. Ички диаметри (ID) арааларда кесүүчү жээк катары бычактын ички айланасында алмаз абразивдери колдонулат. Бул бычактар ​​0,2 мм жука болушу мүмкүн. Кесүү учурунда ID бычак жогорку ылдамдыкта айланат, ал эми кесилүүчү материал бычактын борборуна салыштырмалуу радиалдык кыймылда болуп, бул салыштырмалуу кыймыл аркылуу кесүүгө жетишет.

Алмаз тилкелүү араалар тез-тез токтоп турууларды жана тескери жүрүүнү талап кылат, ал эми кесүү ылдамдыгы өтө төмөн — эреже катары, 2 м/с ашпайт. Алар ошондой эле олуттуу механикалык эскирүү жана жогорку тейлөө чыгымдарын азап. Араа тилкесинин кеңдигине байланыштуу кесүү радиусу өтө кичине болушу мүмкүн эмес жана көп тилкелүү кесүү мүмкүн эмес. Бул салттуу араа куралдары базанын катуулугу менен чектелет жана ийри кесилген же чектелген бурулуу радиустарына ээ боло албайт. Алар түз кесүүгө гана жөндөмдүү, кенен кескичтерди жаратат, түшүмдүүлүгү төмөн, ошондуктан кесүүгө жараксызSiC кристаллдары.

1.2 Free Abrasive Wire Saw Multi-Wire кесүү

Акысыз абразивдүү зымды кесүү техникасы зымдын тез кыймылын колдонуп, керфке шламды ташып, материалды алып салууга мүмкүндүк берет. Ал биринчи кезекте поршендик түзүлүштү колдонот жана азыркы учурда бир кристалл кремнийди эффективдүү көп пластинкалуу кесүү үчүн жетилген жана кеңири колдонулган ыкма. Бирок, анын SiC кесүүдө колдонулушу азыраак изилденген.

Бекер абразивдүү зым араалар калыңдыгы 300 мкмден ашпаган пластиналарды иштете алат. Алар тиштин аз жоголушун сунуштайт, сейрек чипти пайда кылат жана салыштырмалуу жакшы беттин сапатына алып келет. Бирок, материалды алып салуу механизми — абразивдердин жылдырылышына жана чегинишине негизделгендиктен, пластинка бетинде олуттуу калдык стресс, микро жаракалар жана тереңирээк зыян катмарлары пайда болот. Бул пластинкалардын бузулушуна алып келет, беттин профилинин тактыгын көзөмөлдөөнү кыйындатат жана кийинки иштетүү баскычтарында жүктү жогорулатат.

кесүү аткаруу катуу суспензия таасир этет; абразивдердин курчтугун жана шламдын концентрациясын сактоо зарыл. Шламды тазалоо жана кайра иштетүү кымбатка турат. Чоң өлчөмдөгү куймаларды кесүүдө абразивдик заттар терең жана узун керфтерге кире албай кыйналышат. Ошол эле абразивдүү бүртүкчөлөрдүн өлчөмүндө, керф жоготуу туруктуу абразивдүү зым арааларга караганда көбүрөөк болот.

1.3 Fixed Abrasive Diamond Wire Saw Multi-Wire кесүү

Туруктуу абразивдүү алмаз зым араалары, адатта, алмаз бөлүкчөлөрүн болот зым субстратына электропластика, агломерациялоо же чайыр менен бириктирүү ыкмалары аркылуу жасалат. Электр жалатылган алмаз зым араалары кууш тилкелер, жакшыраак кесим сапаты, жогорку эффективдүүлүк, азыраак булгануу жана жогорку катуулуктагы материалдарды кесүү мүмкүнчүлүгү сыяктуу артыкчылыктарды сунуштайт.

Алмаз зым араасы азыркы учурда SiC кесүү үчүн эң кеңири колдонулган ыкма болуп саналат. 1-сүрөт (бул жерде көрсөтүлгөн эмес) бул ыкманы колдонуу менен кесилген SiC пластинкаларынын бетинин тегиздигин көрсөтөт. Кесүү процесси жүрүп жаткан кезде пластинкалардын бузулушу көбөйөт. Себеби зым ылдыйга жылган сайын зым менен материалдын ортосундагы контакт аянты чоңоюп, каршылык жана зым титирөө күчөйт. Зым пластинанын максималдуу диаметрине жеткенде, титирөө эң жогорку чегинде болот, натыйжада максималдуу бузулуу болот.

Кесүүнүн кийинки этаптарында зым тездетүү, стабилдүү ылдамдыктагы кыймыл, жайлоо, токтоп калуу жана тескери бурулуп, муздаткыч менен таштандыларды алып салуудагы кыйынчылыктардан улам пластинанын беттик сапаты начарлайт. Зымдын тескери жылышы жана ылдамдыктын өзгөрүшү, ошондой эле зымдагы чоң алмаз бөлүкчөлөрү беттик чийиктердин негизги себептери болуп саналат.

1.4 Муздак бөлүү технологиясы

SiC монокристаллдарын муздак бөлүү - үчүнчү муундагы жарым өткөргүч материалдарды кайра иштетүү тармагындагы инновациялык процесс. Акыркы жылдары түшүмдүүлүктү жогорулатууда жана материалдык коромжулукту азайтууда көрүнүктүү артыкчылыктары менен олуттуу көңүл бурду. Технологияны үч аспектиден анализдөөгө болот: иштөө принциби, процесстин агымы жана негизги артыкчылыктары.

Кристаллдын багытын аныктоо жана сырткы диаметрин майдалоо: иштетүүдөн мурун SiC куймасынын кристаллдык багытын аныктоо керек. Андан кийин куйма сырткы диаметри майдалоо аркылуу цилиндрдик түзүлүшкө (адатта SiC шайба деп аталат) калыптанат. Бул кадам кийинки багыттуу кесүү жана кесүү үчүн негиз түзөт.

Multi-Wire Кесүү: Бул ыкма цилиндрдик куйманы кесүү үчүн кесүүчү зымдар менен бириктирилген абразивдүү бөлүкчөлөрдү колдонот. Бирок, ал олуттуу kerf жоготуу жана жер бетиндеги тегиздик маселелеринен жапа чегип келет.

Лазердик кесүү технологиясы: Лазер кристаллдын ичинде өзгөртүлгөн катмарды түзүү үчүн колдонулат, андан ичке тилкелерди ажыратууга болот. Бул ыкма материалдык жоготууларды азайтат жана кайра иштетүү натыйжалуулугун жогорулатат, аны SiC пластинкасын кесүү үчүн келечектүү жаңы багыт кылат.

Кесүү процессин оптималдаштыруу

Туруктуу Abrasive Multi-Wire Кесүү: Бул учурда SiC жогорку катуулук мүнөздөмөлөрү үчүн жакшы ылайыктуу негизги технология болуп саналат.

Электрдик разрядды иштетүү (EDM) жана муздак бөлүү технологиясы: Бул ыкмалар конкреттүү талаптарга ылайыкташтырылган түрдүү чечимдерди камсыз кылат.

Жылтыратуу процесси: Материалды алып салуу ылдамдыгын жана беттик зыянды тең салмактоо зарыл. Химиялык механикалык жылтыратуу (CMP) беттин бирдейлигин жакшыртуу үчүн колдонулат.

Реалдуу убакытта мониторинг: онлайн текшерүү технологиялары реалдуу убакыт режиминде бетинин тегиздигин көзөмөлдөө үчүн киргизилген.

Лазердик кесүү: Бул ыкма жиптин жоголушун азайтат жана иштетүү циклдерин кыскартат, бирок термикалык таасир эткен аймак кыйын бойдон калууда.

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

Бул технология буга чейин өнөр жай колдонууга жетишкен. Мисалы, Infineon SILTECTRA компаниясын сатып алды жана азыр 8 дюймдук пластиналарды массалык түрдө өндүрүүнү колдогон негизги патенттерге ээ. Кытайда, Delong Laser сыяктуу компаниялар 6 дюймдук пластинкаларды иштетүү үчүн куймага 30 пластинка чыгаруунун натыйжалуулугуна жетишти, бул салттуу ыкмаларга караганда 40% жакшырды.

Ата мекендик жабдууларды өндүрүү ылдамдаган сайын, бул технология SiC субстратын иштетүү үчүн негизги чечим болуп калат деп күтүлүүдө. Жарым өткөргүч материалдардын диаметринин өсүшү менен кесүү салттуу ыкмалары эскирип калды. Учурдагы варианттардын арасында алмаз зым араа технологиясы абдан келечектүү колдонуу келечегин көрсөтөт. Лазердик кесүү жаңы пайда болгон ыкма катары олуттуу артыкчылыктарды сунуш кылат жана келечекте негизги кесүү ыкмасы болуп калат деп күтүлүүдө.

2、SiC Single Crystal майдалоо

Үчүнчү муундагы жарым өткөргүчтөрдүн өкүлү катары кремний карбиди (SiC) анын кең тилкеси, жогорку бузулуу электр талаасы, жогорку каныккан электрондордун дрейф ылдамдыгы жана эң сонун жылуулук өткөрүмдүүлүгү менен олуттуу артыкчылыктарды сунуш кылат. Бул касиеттери SiC өзгөчө жогорку вольттуу колдонмолордо (мисалы, 1200V чөйрөдө) пайдалуу кылат. SiC субстраттарын иштетүү технологиясы аппаратты жасоонун негизги бөлүгү болуп саналат. Субстраттын бетинин сапаты жана тактыгы эпитаксиалдык катмардын сапатына жана акыркы аппараттын иштешине түздөн-түз таасир этет.

Майдалоо процессинин негизги максаты – кесүү процессинде пайда болгон беттик араалардын изин жана зыян катмарларын жок кылуу жана кесүү процессинен келип чыккан деформацияны оңдоо. SiC өтө жогорку катуулугун эске алуу менен, майдалоо бор карбиди же алмаз сыяктуу катуу абразивдерди колдонууну талап кылат. Кадимки майдалоо, адатта, орой майдалоо жана майда майдалоо болуп бөлүнөт.

2.1 Оор жана майда майдалоо

Майдалоо абразивдүү бөлүкчөлөрдүн өлчөмүнө жараша бөлүнөт:

Орой майдалоо: Кесүү учурунда пайда болгон араа тактарын жана зыян катмарларын жок кылуу үчүн ири абразивдерди колдонот, кайра иштетүүнүн натыйжалуулугун жогорулатат.

Майда майдалоо: Оор майдалоодон калган зыян катмарын жок кылуу, беттин тегиздигин азайтуу жана беттин сапатын жогорулатуу үчүн майдараак абразивдерди колдонот.

Көптөгөн ата мекендик SiC субстрат өндүрүүчүлөр ири өндүрүш процесстерин колдонушат. Кеңири таралган ыкма чоюн табак жана монокристаллдуу алмаз шламын колдонуу менен эки тараптуу майдалоону камтыйт. Бул процесс зым менен кесүүдөн калган зыян катмарын эффективдүү түрдө жок кылат, пластинанын формасын оңдоп, TTV (жалпы калыңдыктын өзгөрүүсү), жаа жана ийрүүнү азайтат. Материалды алып салуу ылдамдыгы туруктуу, адатта 0,8–1,2 мкм/мин жетет. Бирок, пайда болгон вафли бети жалтырабаган, салыштырмалуу жогорку тегиздикке ээ (адатта болжол менен 50 нм), бул кийинки жылтыратуу кадамдарына жогорку талаптарды коёт.

2.2 Бир тараптуу майдалоо

Бир жактуу майдалоо бир убакта пластинанын бир тарабын гана иштетет. Бул процесстин жүрүшүндө вафли болот пластинкага мом менен орнотулат. Колдонулган басым астында субстрат бир аз деформацияга дуушар болуп, үстүнкү бети тегиздеп калат. Майдалоодон кийин астыңкы бети тегизделет. Басым алынып салынганда, үстүнкү бет баштапкы формасына келүүгө умтулат, бул ансыз деле майдаланган астыңкы бетке да таасирин тийгизет — эки тарап тең ийилип, тегиздигин начарлатат.

Мындан тышкары, майдалоочу табак кыска убакыттын ичинде оюп, пластинка томпок болуп калышы мүмкүн. Пластинанын тегиздигин сактоо үчүн тез-тез таңуу керек. Төмөн эффективдүү жана начар пластинка тегиздигинен улам, бир тараптуу майдалоо массалык өндүрүш үчүн ылайыктуу эмес.

Адатта, #8000 майдалоочу дөңгөлөктөр жакшы майдалоо үчүн колдонулат. Японияда бул процесс салыштырмалуу жетилген жана ал тургай #30000 жылмалоо дөңгөлөктөрүн колдонот. Бул кайра иштетилген пластинкалардын бетинин тегиздигинин 2 нмден төмөн болушуна мүмкүндүк берип, пластиналарды кошумча иштетүүсүз акыркы CMP (Химиялык механикалык жылтыратуу) үчүн даяр кылат.

2.3 Бир тараптуу суюлтуу технологиясы

Алмаздын бир жактуу жукартуу технологиясы бир тараптуу майдалоонун жаңы ыкмасы. 5-сүрөттө көрсөтүлгөндөй (бул жерде көрсөтүлгөн эмес), процесс алмаз менен бириктирилген майдалоочу плитаны колдонот. Вафли вакуумдук адсорбция аркылуу бекитилет, ал эми вафли да, алмазды майдалоочу дөңгөлөк да бир убакта айланат. Жаргылчак дөңгөлөк акырындык менен ылдый карай жылып, пластинаны максаттуу калыңдыкка чейин жукарат. Бир жагы бүткөндөн кийин, вафли экинчи тарабын иштетүү үчүн которулат.

Суюлтулгандан кийин 100 мм пластинка төмөнкү натыйжаларга жетише алат:

Жаа < 5 мкм

TTV < 2 мкм

Беттин тегиздиги < 1 нм

Бул жалгыз пластинкалуу иштетүү ыкмасы жогорку туруктуулукту, эң сонун ырааттуулукту жана жогорку материалды алып салуу ылдамдыгын сунуш кылат. Кадимки эки тараптуу майдалоо менен салыштырганда, бул ыкма майдалоонун натыйжалуулугун 50% дан жогору жакшыртат.

2.4 Эки тараптуу майдалоо

Эки тараптуу майдалоо бир эле убакта субстраттын эки тарабын тең майдалоо үчүн үстүнкү жана төмөнкү майдалоочу плитаны колдонот, бул эки тараптан тең эң сонун беттин сапатын камсыз кылат.

Процесстин жүрүшүндө майдалоочу плиталар адегенде даярдалган тетиктин эң жогорку чекиттерине басым жасап, ал жерлерде деформацияны жана акырындык менен материалды алып салышат. Бийик тактар ​​тегизделген сайын, субстраттагы басым акырындык менен бирдей болуп, бүт бетинде ырааттуу деформацияга алып келет. Бул үстүнкү жана астыңкы беттердин бирдей жер болушуна мүмкүндүк берет. Майдалоо аяктагандан жана басым бошотулгандан кийин, субстраттын ар бир бөлүгү бирдей басымдын натыйжасында бирдей калыбына келет. Бул минималдуу ийри жана жакшы тегиздикке алып келет.

Майдалоодон кийин пластинанын бетинин бүдүрлүүлүгү абразивдүү бөлүкчөлөрдүн өлчөмүнө жараша болот — кичине бөлүкчөлөр жылмакай беттерди берет. Эки тараптуу майдалоо үчүн 5 мкм абразивдерди колдонгондо, пластинкалардын тегиздигин жана калыңдыгынын өзгөрүшүн 5 мкм ичинде башкарууга болот. Атомдук күч микроскопунун (AFM) өлчөөлөрү 380 нм тереңдикке чейин майдалоочу чуңкурлар менен 100 нмге жакын беттик тегиздикти (Rq) көрсөтөт жана абразивдүү таасирден улам пайда болгон көзгө көрүнгөн сызыктуу белгилер бар.

Бир кыйла өркүндөтүлгөн ыкма поликристаллдуу алмаз шламы менен айкалышкан полиуретан пенопласттарын колдонуу менен эки тараптуу майдалоону камтыйт. Бул процесс SiC субстраттарын кийинки жылтыратуу үчүн абдан пайдалуу Ra <3 нмге жеткен, өтө төмөн беттик тегиздиктеги пластиналарды чыгарат.

Бирок, үстүн тырмап салуу чечилбеген маселе бойдон калууда. Кошумчалай кетсек, бул процессте колдонулган поликристаллдуу алмаз жарылуучу синтез аркылуу өндүрүлөт, ал техникалык жактан татаал, аз өлчөмдөгү түшүм берет жана өтө кымбат.

SiC монокристаллдарын жылтыратуу

Кремний карбидинин (SiC) пластинкаларында жогорку сапаттагы жылмаланган бетке жетүү үчүн жылтыратуу майдалоочу чуңкурларды жана нанометрдик масштабдагы беттик толкундарды толугу менен жок кылышы керек. Максаты - булгануусу же бузулуусу, жер астына зыян келтирилбеген жана беттик стресстин калдыктары жок жылмакай, кемчиликсиз бетти өндүрүү.

3.1 SiC Wafers механикалык жылтыратуу жана CMP

SiC монокристалл куймасы өскөндөн кийин, беттик кемчиликтер аны эпитаксиалдык өсүш үчүн түздөн-түз колдонууга жол бербейт. Ошондуктан, андан ары кайра иштетүү талап кылынат. Куйма адегенде тегеректөө аркылуу стандарттуу цилиндр формасында калыптанат, андан кийин зым кесүү аркылуу пластинкаларга кесилет, андан кийин кристаллографиялык ориентация текшерүүдөн өтөт. Жылтыратуу пластинанын сапатын жакшыртууда, кристаллдын өсүшүнүн кемчиликтеринен жана мурунку кайра иштетүү кадамдарынан улам келип чыккан потенциалдуу беттик зыянды чечүүдөгү маанилүү кадам болуп саналат.

SiC боюнча беттик зыян катмарларды алып салуу үчүн төрт негизги ыкмалары бар:

Механикалык жылмалоо: Жөнөкөй, бирок чийиктерди калтырат; баштапкы жылмалоо үчүн ылайыктуу.

Химиялык механикалык жылтыратуу (CMP): Химиялык оюу аркылуу чийиктерди жок кылат; так жылмалоо үчүн ылайыктуу.

Суутек оюгу: HTCVD процесстеринде көбүнчө колдонулган татаал жабдууларды талап кылат.

Плазманын жардамы менен жылтыратуу: Татаал жана сейрек колдонулат.

Механикалык гана жылтыратуу чийиктерди пайда кылат, ал эми химиялык гана жылтыратуу бир калыпта эмес оюп чыгууга алып келиши мүмкүн. CMP эки артыкчылыкты айкалыштырат жана натыйжалуу, үнөмдүү чечимди сунуш кылат.

CMP иштөө принциби

CMP вафлиди айлануучу жылмалоочу аянтка каршы белгиленген басым астында айлантуу менен иштейт. Бул салыштырмалуу кыймыл, шламдагы нано-өлчөмдүү абразивдердин механикалык сүрүлүшү жана реактивдүү агенттердин химиялык аракети менен айкалышып, беттик планаризацияга жетишет.

Колдонулган негизги материалдар:

Жылтыратуучу шлам: Абразивдерди жана химиялык реагенттерди камтыйт.

Жылтыратуучу аянтча: Колдонуу учурунда эскирип, тешикчелердин өлчөмүн жана шламды жеткирүүнүн натыйжалуулугун азайтат. Кедирди калыбына келтирүү үчүн, адатта, бриллианттарды колдонуу менен үзгүлтүксүз таңуу керек.

Кадимки CMP процесси

Abrasive: 0,5 мкм алмаз шламы

Максаттуу беттин оройлугу: ~0,7 нм

Химиялык механикалык жылмалоо:

Жылмалоочу жабдуулар: AP-810 бир жактуу жылмалоочу

Басым: 200 г/см²

Пластинанын ылдамдыгы: 50 rpm

Керамикалык кармагычтын ылдамдыгы: 38 rpm

Шламдын курамы:

SiO₂ (30 масса%, рН = 10,15)

0–70 масса% H₂O₂ (30 масса%, реагент сорту)

5 масса% KOH жана 1 wt% HNO₃ менен рНды 8,5ке тууралаңыз

Шламдын агымынын ылдамдыгы: 3 л/мүнөт, рециркуляцияланган

Бул процесс SiC пластинкасынын сапатын натыйжалуу жакшыртат жана төмөнкү процесстерге коюлган талаптарга жооп берет.

Механикалык жылмалоодо техникалык кыйынчылыктар

SiC кең тилкелүү жарым өткөргүч катары электроника тармагында маанилүү роль ойнойт. Мыкты физикалык жана химиялык касиеттери менен SiC монокристаллдары жогорку температура, жогорку жыштык, жогорку кубаттуулук жана радиацияга туруктуулук сыяктуу экстремалдык чөйрөлөр үчүн ылайыктуу. Бирок, анын катуу жана морт мүнөзү майдалоо жана жылмалоо үчүн чоң кыйынчылыктарды жаратат.

Алдыңкы дүйнөлүк өндүрүүчүлөр 6 дюймдук пластинкадан 8 дюймдук пластинкага өтүшү менен, кайра иштетүүдө жарылып кетүү жана пластинкалардын бузулушу сыяктуу маселелер көрүнүктүү болуп, түшүмдүүлүккө олуттуу таасирин тийгизди. 8 дюймдук SiC субстраттарынын техникалык көйгөйлөрүн чечүү азыр тармактын өнүгүүсүнүн негизги көрсөткүчү болуп саналат.

8 дюймдук доордо, SiC пластинасын иштетүү көптөгөн кыйынчылыктарга дуушар болот:

Вафли масштабы бир партияга чип чыгарууну көбөйтүү, четиндеги жоготууларды азайтуу жана өндүрүштүк чыгымдарды төмөндөтүү үчүн зарыл - өзгөчө электр унааларына суроо-талаптын өсүшүн эске алуу менен.

8 дюймдук SiC монокристаллдарынын өсүшү бышып жетилгени менен, майдалоо жана жылмалоо сыяктуу арткы процесстер дагы эле кыйынчылыктарга дуушар болуп, аз түшүмдүүлүккө алып келет (40–50% гана).

Чоңураак пластиналар басымдын татаал бөлүштүрүлүшүнө туш болушат, бул жылмалоо стрессин башкаруу кыйынчылыгын жана түшүмдүн ырааттуулугун жогорулатат.

8 дюймдук пластинкалардын калыңдыгы 6 дюймдук пластинкалардын жоондугуна жакындап калганына карабастан, алар стресстен жана ийрилгендиктен иштөө учурунда бузулууга көбүрөөк жакын болушат.

Кесүү менен байланышкан стрессти, бузулууну жана жаракаларды азайтуу үчүн лазердик кесүү барган сайын колдонулат. Бирок:

Узун толкундуу лазерлер термикалык зыян келтирет.

Кыска толкун узундуктагы лазерлер оор калдыктарды жаратып, зыян катмарын тереңдетип, жылмалоо татаалдыгын жогорулатат.

SiC үчүн механикалык жылмалоо процесси

Процесстин жалпы агымы төмөнкүлөрдү камтыйт:

Багыттоо кесүү

Орой майдалоо

Майда майдалоо

Механикалык жылмалоо

Химиялык механикалык жылтыратуу (CMP) акыркы кадам катары

CMP ыкмасын тандоо, процесстин маршрутун долбоорлоо жана параметрлерди оптималдаштыруу чечүүчү мааниге ээ. Жарым өткөргүч өндүрүшүндө CMP жогорку сапаттагы эпитаксиалдык өсүш үчүн зарыл болгон өтө жылмакай, дефектсиз жана зыянсыз беттери бар SiC пластинкаларын өндүрүү үчүн чечүүчү кадам болуп саналат.

(а) Тигельден SiC куймасын алып салуу;

(б) сырткы диаметри майдалоону колдонуу менен баштапкы калыптандырууну жүргүзүү;

(c) кристаллдын багытын тегиздөө жалпактары же оюкчалары аркылуу аныктоо;

(г) Көп сымдуу арааны колдонуу менен куйманы жука пластинкаларга кесиңиз;

(e) Майдалоо жана жылмалоо кадамдары аркылуу күзгү сымал беттин жылмакайдыгына жетишүү.

Иштетүү кадамдарынын сериясын аяктагандан кийин, SiC пластинкасынын сырткы чети көбүнчө курч болуп калат, бул иштетүү же колдонуу учурунда чип кетүү коркунучун жогорулатат. Мындай морттуктун алдын алуу үчүн, четтерин майдалоо керек.

Салттуу кесүү процесстеринен тышкары, SiC пластинкаларын даярдоонун инновациялык ыкмасы байланыш технологиясын камтыйт. Бул ыкма жука SiC монокристалл катмарын гетерогендик субстратка (колдоочу субстрат) туташтыруу аркылуу пластинкаларды жасоого мүмкүндүк берет.

3-сүрөт процесстин жүрүшүн көрсөтөт:

Биринчиден, суутек иондорун имплантациялоо же ушул сыяктуу ыкмалар аркылуу SiC монокристаллынын бетинде белгиленген тереңдикте деламинация катмары түзүлөт. Иштелип чыккан SiC монокристалл андан кийин жалпак колдоочу субстрат менен байланып, басымга жана жылуулукка дуушар болот. Бул SiC монокристалл катмарын колдоочу субстратка ийгиликтүү өткөрүп берүүгө жана бөлүүгө мүмкүндүк берет.

Бөлүнгөн SiC катмары талап кылынган тегиздикке жетүү үчүн беттик тазалоодон өтөт жана кийинки байланыш процесстеринде кайра колдонулушу мүмкүн. SiC кристаллдарын салттуу кесүү менен салыштырганда, бул ыкма кымбат материалдарга болгон суроо-талапты азайтат. Техникалык кыйынчылыктар дагы деле болсо дагы, изилдөө жана иштеп чыгуулар арзан баада пластинка өндүрүүнү камсыз кылуу үчүн жигердүү өнүгүүдө.

SiC жогорку катуулук жана химиялык туруктуулугун эске алуу менен, бул аны бөлмө температурасында реакцияларга туруктуу кылат - майда майдалоочу чуңкурларды жок кылуу, беттин бузулушун азайтуу, чийиктерди, чуңкурларды жана апельсин кабыгынын кемчиликтерин жоюу, беттин тегиздигин төмөндөтүү, тегиздикти жакшыртуу жана беттин сапатын жогорулатуу үчүн механикалык жылмалоо талап кылынат.

Жогорку сапаттагы жылмаланган бетке жетүү үчүн төмөнкүлөр зарыл:

Абразивдик түрлөрүн тууралоо,

Бөлүкчөлөрдүн өлчөмүн азайтуу,

Процесс параметрлерин оптималдаштыруу,

Адекваттуу катуулугу менен жылмалоочу материалдарды жана жаздыктарды тандаңыз.

7-сүрөттө 1 мкм абразивдер менен эки тараптуу жылмалоо 10 мкм ичиндеги тегиздиктин жана калыңдыктын өзгөрүшүн көзөмөлдөй алаарын жана беттин тегиздигин 0,25 нмге чейин азайта аларын көрсөтүп турат.

3.2 Химиялык механикалык жылтыратуу (CMP)

Химиялык механикалык жылтыратуу (CMP) иштетилип жаткан материалда жылмакай, тегиз бетти пайда кылуу үчүн өтө майда бөлүкчөлөрдүн абразиясын химиялык оюу менен айкалыштырат. негизги принцип болуп саналат:

Жылмалоочу шлам менен вафли бетинин ортосунда жумшак катмарды пайда кылуучу химиялык реакция пайда болот.

Абразивдүү бөлүкчөлөр менен жумшак катмардын ортосундагы сүрүлүү материалды жок кылат.

CMP артыкчылыктары:

Таза механикалык же химиялык жылтыратуунун кемчиликтерин жеңет,

Глобалдык жана жергиликтүү планаризацияга жетишет,

Жогорку тегиздик жана аз бүдүрлүктүү беттерди чыгарат,

Жер үстүндөгү же жер астындагы зыянды калтырбайт.

майда-чүйдөсүнө чейин:

Вафли басым астында жылмалоочу аянтка салыштырмалуу жылыйт.

Шламдагы нанометрдик масштабдагы абразивдер (мисалы, SiO₂) кыркууга катышат, Si–C коваленттик байланыштарды алсыратат жана материалды кетирүүнү күчөтөт.

CMP техникасынын түрлөрү:

Акысыз абразивдүү жылтыратуу: абразивдер (мисалы, SiO₂) суспензияда илинген. Материалды алып салуу үч дененин абразиясы аркылуу ишке ашат (вафли-под-абразив). Абразивдик өлчөмү (адатта 60–200 нм), рН жана температура бирдейликти жакшыртуу үчүн так көзөмөлгө алынышы керек.

Туруктуу абразивдүү жылтыратуу: абразивдер агломерацияны болтурбоо үчүн жылтыратуучу аянтка киргизилет — жогорку тактыкта ​​иштетүү үчүн идеалдуу.

Жылтыратуудан кийинки тазалоо:

Жылтыратылган вафлилер:

Химиялык тазалоо (анын ичинде DI суусун жана шламдын калдыктарын жок кылуу),

DI суу чайкоо, жана

Ысык азот кургатуу

жер үстүндөгү булгоочу заттарды азайтуу үчүн.

Беттин сапаты жана аткаруу

Жарым өткөргүчтүн эпитаксисинин талаптарына жооп берген беттик тегиздик Ra < 0,3 нмге чейин азайтылышы мүмкүн.

Глобалдык планаризация: Химиялык жумшартуу менен механикалык тазалоонун айкалышы чийиктерди жана тегиз эмес оюп түшүрүүнү азайтып, таза механикалык же химиялык ыкмалардан ашып түшөт.

Жогорку эффективдүүлүк: SiC сыяктуу катуу жана морт материалдар үчүн ылайыктуу, материалды алып салуу ылдамдыгы 200 нм/сааттан жогору.

Башка өнүгүп келе жаткан жылтыратуу техникалары

CMPден тышкары, альтернативалуу методдор сунушталды, анын ичинде:

Электрохимиялык жылтыратуу, Катализатордун жардамы менен жылтыратуу же оюу, жана

Трибохимиялык жылмалоо.

Бирок, бул ыкмалар дагы эле изилдөө стадиясында жана SiC татаал материалдык касиеттеринен улам жай өнүккөн.

Акыр-аягы, SiC кайра иштетүү беттин сапатын жакшыртуу үчүн ийкемдүүлүктү жана бүдүрлүктү азайтуунун акырындык процесси болуп саналат, мында ар бир этапта тегиздик жана бүдүрлүктү көзөмөлдөө маанилүү.

Кайра иштетүү технологиясы

Вафлиди майдалоо стадиясында вафлиди талап кылынган тегиздикке жана беттик тегиздикке чейин майдалоо үчүн түрдүү бөлүкчөлөрдүн өлчөмүндөгү алмаз шламы колдонулат. Андан кийин механикалык жана химиялык механикалык жылмалоо (CMP) ыкмаларын колдонуп, зыянсыз жылтыратылган кремний карбид (SiC) пластинкаларын өндүрүү үчүн жылтыратуу жүргүзүлөт.

Жылмалоодон кийин, SiC пластиналар бардык техникалык параметрлери талап кылынган стандарттарга жооп бериши үчүн оптикалык микроскоптор жана рентгендик дифрактометрлер сыяктуу аспаптардын жардамы менен сапатты катуу текшерүүдөн өтөт. Акыр-аягы, жылмаланган пластиналар беттик булгоочу заттарды тазалоо үчүн атайын тазалоочу каражаттарды жана өтө таза сууну колдонуу менен тазаланат. Алар андан кийин бүт өндүрүш процессин аяктап, өтө жогорку тазалыктагы азот газы жана спиндик кургаткычтар менен кургатылат.

Көп жылдык аракеттерден кийин Кытайда SiC монокристаллдарын иштетүүдө олуттуу прогресске жетишилди. Ата мекендик жактан 100 мм кошулмаланган жарым изоляциялоочу 4H-SiC монокристаллдары ийгиликтүү иштелип чыккан жана n-типтеги 4H-SiC жана 6H-SiC монокристаллдары эми партия менен чыгарыла алат. TankeBlue жана TYST сыяктуу компаниялар буга чейин 150 мм SiC монокристаллдарын иштеп чыгышкан.

SiC пластинкасын иштетүү технологиясы жагынан ата мекендик институттар кристаллдарды кесүү, майдалоо жана жылтыратуунун процесстеринин шарттарын жана жолдорун алдын ала изилдеп чыгышты. Алар негизинен аппаратты даярдоо үчүн талаптарга жооп берген үлгүлөрдү чыгарууга жөндөмдүү. Бирок, эл аралык стандарттарга салыштырмалуу ата мекендик пластинкалардын үстүн иштетүү сапаты дагы эле бир топ артта калууда. Бир нече маселелер бар:

Эл аралык SiC теориялары жана иштетүү технологиялары катуу корголгон жана оңой жетүүгө мүмкүн эмес.

Процесстерди жакшыртуу жана оптималдаштыруу боюнча теориялык изилдөөлөр жана колдоолор жетишсиз.

Чет өлкөлүк жабдууларды жана тетиктерди алып келүүнүн баасы жогору.

Жабдууларды долбоорлоо, кайра иштетүү тактыгы жана материалдар боюнча ата мекендик изилдөөлөр дагы эле эл аралык деңгээлге салыштырмалуу олуттуу боштуктарды көрсөтүп турат.

Учурда Кытайда колдонулган жогорку тактыктагы аспаптардын көбү сырттан алынып келинет. Сыноо жабдуулары жана методологиялары дагы мындан ары жакшыртууну талап кылат.

Үчүнчү муундагы жарым өткөргүчтөрдүн тынымсыз өнүгүшү менен SiC монокристаллдык субстраттарынын диаметри тынымсыз өсүп жатат, ошондой эле үстүн иштетүүнүн сапатына жогорку талаптар коюлууда. Wafer иштетүү технологиясы SiC монокристаллынын өсүшүнөн кийин эң техникалык жактан татаал кадамдардын бири болуп калды.

Кайра иштетүүдө болгон көйгөйлөрдү чечүү үчүн кесүү, майдалоо жана жылмалоо механизмдерин андан ары изилдөө жана SiC пластинкасын өндүрүү үчүн жарактуу процесс ыкмаларын жана жолдорун изилдөө зарыл. Ошол эле учурда, алдыңкы эл аралык кайра иштетүү технологияларын үйрөнүү жана жогорку сапаттагы субстраттарды өндүрүү үчүн заманбап ультра тактыктагы иштетүү ыкмаларын жана жабдууларын кабыл алуу зарыл.

Вафлидин көлөмү чоңойгон сайын кристаллдын өсүшү жана кайра иштетүү кыйынчылыгы да жогорулайт. Бирок, ылдыйкы агымдагы аппараттардын өндүрүшүнүн натыйжалуулугу кыйла жакшырып, бирдиктин өздүк наркы төмөндөйт. Азыркы учурда, негизги SiC пластинка берүүчүлөр дүйнө жүзү боюнча диаметри 4 дюймдан 6 дюймга чейин өнүмдөрдү сунушташат. Cree жана II-VI сыяктуу алдыңкы компаниялар 8 дюймдук SiC пластинкаларын өндүрүү линияларын иштеп чыгууну пландаштыра башташты.