De hjoeddeistige status en trends fan SiC-waferferwurkingstechnology

As in tredde generaasje healgeleidersubstraatmateriaal,silisiumkarbid (SiC)Ienkristal hat brede tapassingsperspektiven yn 'e fabrikaazje fan hege-frekwinsje en hege-krêft elektroanyske apparaten. De ferwurkingstechnology fan SiC spilet in beslissende rol yn 'e produksje fan substraatmaterialen fan hege kwaliteit. Dit artikel yntrodusearret de hjoeddeistige steat fan ûndersyk nei SiC-ferwurkingstechnologyen sawol yn Sina as yn it bûtenlân, en analysearret en fergeliket de meganismen fan snij-, slyp- en polearprosessen, lykas de trends yn waferflakheid en oerflakrûchheid. It wiist ek op 'e besteande útdagings yn SiC-waferferwurking en besprekt takomstige ûntwikkelingsrjochtingen.

Silisiumkarbid (SiC)wafers binne krityske basismaterialen foar healgeliederapparaten fan 'e tredde generaasje en hawwe in wichtich belang en merkpotinsjeel yn fjilden lykas mikro-elektroanika, krêftelektroanika en healgeliederferljochting. Fanwegen de ekstreem hege hurdens en gemyske stabiliteit fanSiC ienkele kristallen, tradisjonele healgeleiderferwurkingsmetoaden binne net hielendal geskikt foar har ferwurking. Hoewol in protte ynternasjonale bedriuwen wiidweidich ûndersyk dien hawwe nei de technysk easken ferwurking fan SiC-ienkristallen, wurde relevante technologyen strikt fertroulik hâlden.

Yn 'e lêste jierren hat Sina har ynspanningen ferhege yn 'e ûntwikkeling fan SiC-ienkristalmaterialen en -apparaten. De foarútgong fan SiC-apparaattechnology yn it lân wurdt lykwols op it stuit beheind troch beheiningen yn ferwurkingstechnologyen en waferkwaliteit. Dêrom is it essensjeel foar Sina om de SiC-ferwurkingsmooglikheden te ferbetterjen om de kwaliteit fan SiC-ienkristalsubstraten te ferbetterjen en har praktyske tapassing en massaproduksje te berikken.

De wichtichste ferwurkingstappen omfetsje: snijden → grof slypjen → fyn slypjen → rûch polearjen (meganysk polearjen) → fyn polearjen (gemysk meganysk polearjen, CMP) → ynspeksje.

Snijden fan SiC-ienkristallen

Yn 'e ferwurking fanSiC ienkele kristallen, snijden is de earste en in tige krityske stap. De bûging, ferfoarming en totale diktefariaasje (TTV) fan 'e wafer dy't resultearje út it snijproses bepale de kwaliteit en effektiviteit fan neifolgjende slyp- en polearoperaasjes.

Snijgereedschap kin op foarm wurde yndield yn diamantseagen mei binnendiameter (ID), bûtendiameterseagen (OD), bandseagen en triedseagen. Triedseagen kinne op har beurt wurde yndield op basis fan har bewegingstype yn heen en wer geane en lus- (einleaze) triedsystemen. Op basis fan it snijmeganisme fan it abrasive middel kinne triedseage-snijtechniken wurde ferdield yn twa typen: frije abrasive triedseagen en fêste abrasive diamant triedseagen.

1.1 Tradisjonele snijmetoaden

De snijdiepte fan seagen mei bûtenste diameter (OD) wurdt beheind troch de diameter fan it blêd. Tidens it snijproses is it blêd gefoelich foar trillingen en ôfwikingen, wat resulteart yn hege lûdsnivo's en minne styfheid. Seagen mei binnenste diameter (ID) brûke diamant-skuormiddels op 'e binnenste omtrek fan it blêd as de snijrâne. Dizze blêden kinne sa tin wêze as 0,2 mm. Tidens it snijden draait it ID-blêd mei hege snelheid, wylst it te snijen materiaal radiaal beweecht relatyf oan it sintrum fan it blêd, wêrtroch't snijden troch dizze relative beweging berikt wurdt.

Diamantbandseagen fereaskje faak stops en omkearingen, en de snijsnelheid is tige leech - typysk net mear as 2 m/s. Se hawwe ek lêst fan wichtige meganyske slijtage en hege ûnderhâldskosten. Fanwegen de breedte fan it seageblêd kin de snijradius net te lyts wêze, en is mearslice-snijden net mooglik. Dizze tradisjonele seage-ark wurde beheind troch de styfheid fan 'e basis en kinne gjin kromme sneden meitsje of hawwe beheinde draairadii. Se binne allinich by steat ta rjochte sneden, produsearje brede kerven, hawwe in lege opbringst, en binne dus net geskikt foar it snijen.SiC-kristallen.

1.2 Fergese abrasive triedsaag multi-tried snijden

De frije abrasive triedseage-snijtechnyk brûkt de rappe beweging fan 'e tried om slurry yn 'e kerf te dragen, wêrtroch materiaalferwidering mooglik is. It brûkt benammen in heen en wer geanende struktuer en is op it stuit in folwoeksen en breed brûkte metoade foar effisjint multi-wafer snijden fan ienkristal silisium. De tapassing dêrfan yn SiC-snijden is lykwols minder útwreide bestudearre.

Frije abrasive triedseagen kinne wafers ferwurkje mei diktes fan minder as 300 μm. Se biede leech ferlies fan kerfs, feroarsaakje selden chipping, en resultearje yn relatyf goede oerflakkwaliteit. Fanwegen it materiaalferwideringsmeganisme - basearre op it rôljen en yndrukken fan abrasiven - hat it waferoerflak lykwols de neiging om wichtige restspanning, mikroskeuren en djippere skealagen te ûntwikkeljen. Dit liedt ta waferferfoarming, makket it lestich om de krektens fan it oerflakprofyl te kontrolearjen, en fergruttet de lading op folgjende ferwurkingstappen.

De snijprestaasjes wurde sterk beynfloede troch de slurry; it is needsaaklik om de skerpte fan 'e skuurmiddels en de konsintraasje fan 'e slurry te behâlden. Slurrybehanneling en recycling binne djoer. By it snijen fan grutte blokken hawwe skuurmiddels muoite om djippe en lange kerven te penetrearjen. Under deselde skuurkorrelgrutte is it kerfferlies grutter as dat fan fêste skuurdraadseagen.

1.3 Fêste abrasive diamanttriedsaach meardere triedden snijden

Fêste abrasive diamanttriedseagen wurde typysk makke troch it ynbêdzjen fan diamantdieltsjes op in stieldriedsubstraat troch elektroplating, sintering of harsbindingsmetoaden. Elektroplatearre diamanttriedseagen biede foardielen lykas smelle kerven, bettere snijkwaliteit, hegere effisjinsje, legere fersmoarging en de mooglikheid om materialen mei hege hurdens te snijen.

De heen en wer bewegende elektroplateare diamanttriedseage is op it stuit de meast brûkte metoade foar it snijen fan SiC. Figuer 1 (hjir net werjûn) yllustrearret de oerflakflakheid fan SiC-wafers dy't mei dizze technyk snien binne. As it snijden foarútgiet, nimt de kromming fan 'e wafer ta. Dit komt om't it kontaktgebiet tusken de tried en it materiaal tanimt as de tried nei ûnderen beweecht, wêrtroch't de wjerstân en trilling fan 'e tried tanimt. As de tried de maksimale diameter fan 'e wafer berikt, is de trilling op syn hichtepunt, wat resulteart yn maksimale kromming.

Yn 'e lettere stadia fan it snijden, trochdat de tried fersnelling, beweging mei stabile snelheid, fertraging, stopjen en omkearing ûndergiet, tegearre mei swierrichheden by it fuortheljen fan pún mei de koelmiddel, nimt de oerflakkwaliteit fan 'e wafer efterút. Triedomkearing en snelheidsfluktuaasjes, lykas grutte diamantdieltsjes op 'e tried, binne de primêre oarsaken fan oerflakkrassen.

1.4 Kâlde skiedingstechnology

Kâlde skieding fan SiC-ienkristallen is in ynnovatyf proses op it mêd fan ferwurking fan healgeleidermateriaal fan 'e tredde generaasje. Yn 'e lêste jierren hat it wichtige oandacht lutsen fanwegen syn opmerklike foardielen by it ferbetterjen fan opbringst en it ferminderjen fan materiaalferlies. De technology kin analysearre wurde fanút trije aspekten: wurkprinsipe, prosesstream en kearnfoardielen.

Bepaling fan kristaloriïntaasje en slypjen fan 'e bûtenste diameter: Foarôfgeand oan ferwurking moat de kristaloriïntaasje fan 'e SiC-baar bepaald wurde. De baar wurdt dan foarme ta in silindryske struktuer (meastal in SiC-puck neamd) troch slypjen fan 'e bûtenste diameter. Dizze stap leit de basis foar it folgjende rjochtingssnijden en snijden.

Meardraadsnijden: Dizze metoade brûkt abrasive dieltsjes yn kombinaasje mei snijdraden om de silindryske ingots te snijen. It hat lykwols lêst fan flinke kerfferlies en problemen mei ûngelikensens yn it oerflak.

Lasersnijtechnology: In laser wurdt brûkt om in oanpaste laach binnen it kristal te foarmjen, wêrfan tinne plakjes losmakke wurde kinne. Dizze oanpak ferminderet materiaalferlies en ferbetteret de ferwurkingseffisjinsje, wêrtroch it in beloftefolle nije rjochting is foar it snijden fan SiC-wafers.

Optimalisaasje fan snijproses

Fêste abrasive multi-wire cutting: Dit is op it stuit de mainstream technology, goed geskikt foar de hege hurdens skaaimerken fan SiC.

Elektryske ûntladingsbewerking (EDM) en kâlde skiedingstechnology: Dizze metoaden biede ferskaat oan oplossingen dy't oanpast binne oan spesifike easken.

Polijstproses: It is essensjeel om de materiaalferwideringssnelheid en oerflakskea yn lykwicht te bringen. Gemysk-mechanysk polijsten (CMP) wurdt brûkt om de oerflakuniformiteit te ferbetterjen.

Real-time monitoring: Online ynspeksjetechnologyen wurde yntrodusearre om oerflakruwheid yn real-time te kontrolearjen.

Lasersnijden: Dizze technyk ferminderet kerfferlies en ferkoartet ferwurkingssyklussen, hoewol de termysk beynfloede sône in útdaging bliuwt.

Hybride ferwurkingstechnologyen: It kombinearjen fan meganyske en gemyske metoaden ferbetteret de ferwurkingseffisjinsje.

Dizze technology hat al yndustriële tapassingen fûn. Infineon hat bygelyks SILTECTRA oernommen en hat no kearnpatinten dy't massaproduksje fan 8-inch wafers stypje. Yn Sina hawwe bedriuwen lykas Delong Laser in útfiereffisjinsje fan 30 wafers per ingot berikt foar 6-inch waferferwurking, wat in ferbettering fan 40% is yn ferliking mei tradisjonele metoaden.

Mei de tanimmende groei fan 'e produksje fan húshâldlike apparatuer wurdt ferwachte dat dizze technology de mainstream-oplossing wurdt foar SiC-substraatferwurking. Mei de tanimmende diameter fan healgeleidermaterialen binne tradisjonele snijmetoaden ferâldere rekke. Under de hjoeddeistige opsjes lit de technology foar it werom- en weromsnijen fan diamanttriedseagen de meast beloftefolle tapassingsperspektiven sjen. Lasersnijden, as in opkommende technyk, biedt wichtige foardielen en wurdt ferwachte dat it yn 'e takomst de primêre snijmetoade wurdt.

2.SiC ienkristal slypjen

As fertsjintwurdiger fan healgeleiders fan 'e tredde generaasje biedt silisiumkarbid (SiC) wichtige foardielen fanwegen syn brede bandgap, hege trochbraakelektrysk fjild, hege saturaasje-elektrondriftsnelheid en poerbêste termyske geliedingsfermogen. Dizze eigenskippen meitsje SiC benammen foardielich yn hege-spanning tapassingen (bygelyks 1200V-omjouwings). De ferwurkingstechnology foar SiC-substraten is in fûneminteel ûnderdiel fan apparaatfabrikaasje. De oerflakkwaliteit en presyzje fan it substraat beynfloedzje direkt de kwaliteit fan 'e epitaksiale laach en de prestaasjes fan it definitive apparaat.

It primêre doel fan it slypproses is om oerflakseage-marken en skea-lagen te ferwiderjen dy't feroarsake binne by it snijden, en om deformaasje te korrigearjen dy't feroarsake wurdt troch it snijproses. Mei't SiC de ekstreem hege hurdens hat, fereasket slypjen it gebrûk fan hurde skuormiddels lykas boorkarbid of diamant. Konvinsjoneel slypjen wurdt typysk ferdield yn grof slypjen en fyn slypjen.

2.1 Grof en fyn slypjen

Slypjen kin wurde kategorisearre op basis fan abrasive dieltsjegrutte:

Grof slypjen: Brûkt gruttere skuurmiddels benammen om seagemarken en skealagen te ferwiderjen dy't feroarsake binne by it snijden, wêrtroch't de ferwurkingseffisjinsje ferbettere wurdt.

Fijn slypjen: Brûkt finer skuurmiddels om de skealaach dy't oerbleaun is troch grof slypjen te ferwiderjen, oerflakruwheid te ferminderjen en de oerflakkwaliteit te ferbetterjen.

In protte húshâldlike SiC-substratfabrikanten brûke grutskalige produksjeprosessen. In mienskiplike metoade omfettet dûbelsidich slypjen mei in getten izeren plaat en monokristallijne diamantslurry. Dit proses ferwideret effektyf de skealaach dy't efterlitten is troch triedseagjen, korrigearret de waferfoarm en ferminderet TTV (Total Thickness Variation), Bow en Warp. De materiaalferwideringssnelheid is stabyl en berikt typysk 0,8-1,2 μm/min. It resultearjende waferoerflak is lykwols mat mei relatyf hege rûchheid - typysk om de 50 nm hinne - wat hegere easken stelt oan de folgjende polearstappen.

2.2 Iensidich slypjen

Iensidich slypjen ferwurket mar ien kant fan 'e wafer tagelyk. Tidens dit proses wurdt de wafer mei waaks op in stielen plaat monteard. Under oanbrochte druk ûndergiet it substraat in lichte deformaasje, en wurdt it boppeste oerflak flak makke. Nei it slypjen wurdt it ûnderste oerflak lyk makke. As de druk fuorthelle wurdt, hat it boppeflak de neiging om werom te gean nei syn oarspronklike foarm, wat ek ynfloed hat op it al slypte ûnderste oerflak - wêrtroch't beide kanten kromtrekken en yn flakheid degradearje.

Boppedat kin de slypplaat yn koarte tiid konkav wurde, wêrtroch't de wafer konveks wurdt. Om de flakheid fan 'e plaat te behâlden, is faak ôfslypjen nedich. Fanwegen de lege effisjinsje en minne flakheid fan 'e wafer is iensidich slypjen net geskikt foar massaproduksje.

Typysk wurde #8000 slypskiven brûkt foar fyn slypjen. Yn Japan is dit proses relatyf folwoeksen en brûkt it sels #30000 polijstskiven. Hjirtroch kin de oerflakteruwheid fan 'e ferwurke wafers ûnder 2 nm komme, wêrtroch't de wafers klear binne foar definitive CMP (Chemical Mechanical Polishing) sûnder ekstra ferwurking.

2.3 Iensidige ferdunningstechnology

Diamant Single-Sided Thinning Technology is in nije metoade foar iensidich slypjen. Lykas yllustrearre yn figuer 5 (hjir net werjûn), brûkt it proses in diamantbondele slypplaat. De wafer wurdt fêstmakke fia fakuümadsorpsje, wylst sawol de wafer as it diamantslypwiel tagelyk draaie. It slypwiel beweecht stadichoan nei ûnderen om de wafer te ferdunnen ta in doeldikte. Nei't ien kant klear is, wurdt de wafer omdraaid om de oare kant te ferwurkjen.

Nei it útdunnen kin in wafer fan 100 mm it folgjende berikke:

Bôge < 5 μm

TTV < 2 μm

Oerflak rûchheid < 1 nm

Dizze ferwurkingsmetoade mei ien wafer biedt hege stabiliteit, poerbêste konsistinsje en in hege materiaalferwideringssnelheid. Yn ferliking mei konvinsjoneel dûbelsidich slypjen ferbetteret dizze technyk de slypeffisjinsje mei mear as 50%.

2.4 Dûbelsidich slypjen

Dûbelsidich slypjen brûkt sawol in boppeste as in ûnderste slypplaat om beide kanten fan it substraat tagelyk te slypjen, wêrtroch't oan beide kanten in poerbêste oerflakkwaliteit ûntstiet.

Tidens it proses oefenje de slypplaten earst druk út op 'e heechste punten fan it wurkstik, wêrtroch't deformaasje en stadige materiaalferwidering op dy punten ûntstiet. As de hege plakken gelykmakke wurde, wurdt de druk op it substraat stadichoan unifoarmer, wat resulteart yn in konsekwinte deformaasje oer it heule oerflak. Dit makket it mooglik om sawol de boppeste as de ûnderste oerflakken evenredich te slypjen. Sadree't it slypjen foltôge is en de druk frijlitten is, herstelt elk diel fan it substraat unifoarm troch de gelikense druk dy't it ûnderfûn hat. Dit liedt ta minimale kromming en goede flakheid.

De oerflakteruwheid fan 'e wafer nei it slypjen hinget ôf fan 'e grutte fan 'e abrasive dieltsjes - lytsere dieltsjes jouwe glêdere oerflakken. By it brûken fan 5 μm abrasiven foar dûbelsidich slypjen, kin de flakheid en diktefariaasje fan 'e wafer binnen 5 μm kontroleare wurde. Atoomkrêftmikroskopie (AFM) mjittingen litte in oerflakteruwheid (Rq) sjen fan sawat 100 nm, mei slypputten oant 380 nm djip en sichtbere lineêre merken feroarsake troch abrasive aksje.

In mear avansearre metoade omfettet dûbelsidich slypjen mei polyurethaanskuimpads yn kombinaasje mei polykristallijne diamantslurry. Dit proses produseart wafers mei in heul lege oerflakteruwheid, wêrby't Ra < 3 nm berikt wurdt, wat tige foardielich is foar it neifolgjende polearjen fan SiC-substraten.

It krassen op it oerflak bliuwt lykwols in ûnoplost probleem. Derneist wurdt de polykristallijne diamant dy't yn dit proses brûkt wurdt produsearre fia eksplosive synteze, wat technysk útdaagjend is, lege hoemannichten oplevert en ekstreem djoer is.

Polyskjen fan SiC ienkelkristallen

Om in heechweardich gepolijst oerflak op silisiumkarbid (SiC) wafers te berikken, moat by it polijsten slypputten en nanometerskaal oerflakgolvingen folslein fuortsmiten wurde. It doel is om in glêd, defektfrij oerflak te produsearjen sûnder fersmoarging of degradaasje, gjin skea oan 'e ûndergrûn en gjin oerbleaune oerflakspanning.

3.1 Mechanysk polearjen en CMP fan SiC-wafers

Nei de groei fan in SiC ienkristal-baar foarkomme oerflakdefekten dat it direkt brûkt wurdt foar epitaksiale groei. Dêrom is fierdere ferwurking fereaske. De baar wurdt earst foarme ta in standert silindryske foarm troch rûnjen, dan yn wafers snien mei triedsnijden, folge troch kristallografyske oriïntaasjeferifikaasje. Polijsten is in krityske stap yn it ferbetterjen fan de waferkwaliteit, it oanpakken fan potinsjele oerflakskea feroarsake troch kristalgroeidefekten en foarôfgeande ferwurkingstappen.

Der binne fjouwer haadmetoaden foar it fuortheljen fan oerflakskea-lagen op SiC:

Mechanysk polijsten: Ienfâldich mar lit krassen efter; geskikt foar it earste polijsten.

Gemysk Mechanysk Polijsten (CMP): Ferwideret krassen fia gemysk etsen; geskikt foar presyzjepolijsten.

Wetterstofetsen: Fereasket komplekse apparatuer, dy't faak brûkt wurdt yn HTCVD-prosessen.

Plasma-assistearre polearjen: Kompleks en selden brûkt.

Allinnich meganysk polijsten hat de neiging om krassen te feroarsaakjen, wylst allinnich gemysk polijsten kin liede ta ûngelikense etsing. CMP kombinearret beide foardielen en biedt in effisjinte, kosten-effektive oplossing.

CMP-wurkprinsipe

CMP wurket troch de wafer ûnder in ynstelde druk te draaien tsjin in rotearjende polijstkussen. Dizze relative beweging, kombinearre mei meganyske slypmiddelen fan nanogrutte yn 'e slurry en de gemyske aksje fan reaktive aginten, berikt oerflakplanarisaasje.

Wichtige brûkte materialen:

Polijstmiddel: Befettet skuurmiddels en gemyske reagentia.

Polijstkussen: Slijt ôf tidens gebrûk, wêrtroch't de poargrutte en de effisjinsje fan 'e slurrylevering ferminderet. Regelmjittich poetsen, typysk mei in diamantpoetser, is nedich om de rûchheid te herstellen.

Typysk CMP-proses

Skuurmiddel: 0,5 μm diamantslurry

Rûchheid fan it doeloppervlak: ~0,7 nm

Gemysk Mechanysk Polijsten:

Polijstapparatuer: AP-810 iensidich polijstapparaat

Druk: 200 g/cm²

Plaatsnelheid: 50 rpm

Keramyske hâldersnelheid: 38 rpm

Slurry-komposysje:

SiO₂ (30 gew.%, pH = 10.15)

0–70 gewichts% H₂O₂ (30 gewichts%, reagenskwaliteit)

Pas de pH oan op 8,5 mei 5 gewichts% KOH en 1 gewichts% HNO₃

Slurrystreamsnelheid: 3 L/min, resirkulearre

Dit proses ferbetteret de kwaliteit fan SiC-wafers effektyf en foldocht oan de easken foar downstream-prosessen.

Technyske útdagings yn meganysk polijsten

SiC, as in healgeleider mei in brede bângap, spilet in essensjele rol yn 'e elektroanika-yndustry. Mei poerbêste fysike en gemyske eigenskippen binne SiC-ienkristallen geskikt foar ekstreme omjouwings, lykas hege temperatuer, hege frekwinsje, hege krêft en strielingsresistinsje. Syn hurde en brosse aard presintearret lykwols grutte útdagings foar it slypjen en polijsten.

Wylst liedende wrâldwide fabrikanten oerstappe fan 6-inch nei 8-inch wafers, binne problemen lykas barsten en waferskea tidens de ferwurking wichtiger wurden, wat in wichtige ynfloed hat op 'e opbringst. It oanpakken fan 'e technyske útdagings fan 8-inch SiC-substraten is no in wichtige benchmark foar de foarútgong fan 'e yndustry.

Yn it 8-inch-tiidrek stiet SiC-waferferwurking foar ferskate útdagings:

Wafer-skalering is needsaaklik om de chipútfier per batch te ferheegjen, râneferlies te ferminderjen en produksjekosten te ferleegjen - foaral sjoen de tanimmende fraach yn tapassingen fan elektryske auto's.

Wylst de groei fan 8-inch SiC-ienkristallen folwoeksen wurden is, hawwe efterprosessen lykas slypjen en polyskjen noch altyd te krijen mei knelpunten, wat resulteart yn lege opbringsten (mar 40-50%).

Gruttere wafers ûnderfine kompleksere drukferdielingen, wêrtroch't it lestich is om polearstress en opbringstkonsistinsje te behearskjen.

Hoewol de dikte fan 8-inch wafers dy fan 6-inch wafers benaderet, binne se gefoeliger foar skea by behanneling troch stress en kromtrekken.

Om snijrelatearre stress, kromming en barsten te ferminderjen, wurdt lasersnijden hieltyd faker brûkt. Lykwols:

Lange-golflingte lasers feroarsaakje termyske skea.

Koarte-golflingte lasers generearje swier pún en ferdjipje de skealaach, wêrtroch't de kompleksiteit fan it polijsten tanimt.

Mechanyske polijstworkflow foar SiC

De algemiene prosesstream omfettet:

Oriïntaasje snijden

Grof slypjen

Fyn slypjen

Mechanysk polearjen

Gemysk-mechanysk polijsten (CMP) as lêste stap

De kar fan CMP-metoade, ûntwerp fan prosesrûtes en optimalisaasje fan parameters binne krúsjaal. Yn 'e produksje fan healgeleiders is CMP de beslissende stap foar it produsearjen fan SiC-wafers mei ultra-glêde, defektfrije en skeafrije oerflakken, dy't essensjeel binne foar epitaksiale groei fan hege kwaliteit.

(a) Nim de SiC-staaf út 'e kroes;

(b) Fier de earste foarmjouwing út mei slypjen fan 'e bûtenste diameter;

(c) Bepale de kristaloriïntaasje mei help fan útrjochtingsflakken of kerven;

(d) Snij de ingots yn tinne wafers mei meardraadsseagjen;

(e) Berikke in spegeleftige oerflakglêdens troch slyp- en polearstappen.

Nei it foltôgjen fan de searje ferwurkingstappen wurdt de bûtenste râne fan 'e SiC-wafer faak skerp, wat it risiko op ôfbrokkeljen by it behanneljen of gebrûk fergruttet. Om sokke fragiliteit te foarkommen, is râneslypjen fereaske.

Neist tradisjonele snijprosessen omfettet in ynnovative metoade foar it tarieden fan SiC-wafers bondingtechnology. Dizze oanpak makket waferfabrikaasje mooglik troch in tinne SiC-ienkristallaach te binen oan in heterogeen substraat (stipe-substraat).

Figuer 3 yllustrearret de prosesstream:

Earst wurdt in delaminaasjelaach foarme op in spesifike djipte op it oerflak fan it SiC-ienkristal fia wetterstofionymplantaasje of ferlykbere techniken. It ferwurke SiC-ienkristal wurdt dan ferbûn oan in flak stipesubstraat en ûnderwurpen oan druk en waarmte. Dit makket suksesfolle oerdracht en skieding fan 'e SiC-ienkristallaach op it stipesubstraat mooglik.

De skieden SiC-laach ûndergiet in oerflakbehanneling om de fereaske flakheid te berikken en kin opnij brûkt wurde yn folgjende bondingprosessen. Yn ferliking mei it tradisjonele snijden fan SiC-kristallen ferminderet dizze technyk de fraach nei djoere materialen. Hoewol't technyske útdagings bliuwe, binne ûndersyk en ûntwikkeling aktyf dwaande om goedkeapere waferproduksje mooglik te meitsjen.

Mei it each op de hege hurdens en gemyske stabiliteit fan SiC - wat it resistint makket tsjin reaksjes by keamertemperatuer - is meganysk polijsten nedich om fyn slypputten te ferwiderjen, oerflakskea te ferminderjen, krassen, puttsjes en sinaasappelskildefekten te eliminearjen, oerflakrûchheid te ferminderjen, flakheid te ferbetterjen en de oerflakkwaliteit te ferbetterjen.

Om in heechweardige gepolijste oerflak te krijen, is it nedich om:

Oanpasse skuorjende soarten,

Ferminderje dieltsjegrutte,

Optimalisearje prosesparameters,

Kies poetsmaterialen en pads mei foldwaande hurdens.

Figuer 7 lit sjen dat dûbelsidich polijsten mei 1 μm skuurmiddels de flakens en diktefariaasje binnen 10 μm kin kontrolearje, en de oerflakteruwheid kin ferminderje nei sawat 0,25 nm.

3.2 Gemysk Mechanysk Polijsten (CMP)

Gemysk-mechanysk polijsten (CMP) kombinearret ultrafijne dieltsjesferwurking mei gemysk etsen om in glêd, flak oerflak te foarmjen op it materiaal dat ferwurke wurdt. It basisprinsipe is:

In gemyske reaksje fynt plak tusken de polearslurry en it waferoerflak, wêrtroch in sêfte laach ûntstiet.

Wriuwing tusken de abrasive dieltsjes en de sêfte laach ferwideret it materiaal.

CMP-foardielen:

Oerwint de neidielen fan suver meganysk of gemysk polearjen,

Berikt sawol globale as lokale planarisaasje,

Produsearret oerflakken mei hege flakheid en lege rûchheid,

Lit gjin skea oan it oerflak of ûndergrûn achter.

Yn detail:

De wafer beweecht ûnder druk relatyf oan it polijstkussen.

Skuormiddels op nanometerskaal (bygelyks SiO₂) yn 'e slurry dogge mei oan it skuorjen, ferswakje Si-C kovalente biningen en ferbetterje materiaalferwidering.

Soarten CMP-techniken:

Frij skuorjend polijsten: Skuurmiddels (bygelyks SiO₂) wurde yn in slurry ophongen. Materiaalferwidering bart troch trije-lichemsskuur (wafer-pad-skuormiddel). De skuormiddelgrutte (meastal 60-200 nm), pH en temperatuer moatte presys kontroleare wurde om de uniformiteit te ferbetterjen.

Fêst skurend polijsten: Skuurmiddels binne ynbêde yn 'e polijstpad om agglomeraasje te foarkommen - ideaal foar hege-presyzje ferwurking.

Reiniging nei it poetsen:

Gepoleerde wafers ûndergeane:

Gemyske reiniging (ynklusyf it fuortheljen fan DI-wetter en it fuortheljen fan slykresten),

DI wetter spielje, en

Droegjen mei waarme stikstof

om oerflakfersmoarging te minimalisearjen.

Oerflakkwaliteit en prestaasjes

Oerflakrûchheid kin wurde fermindere nei Ra < 0,3 nm, wêrtroch't foldocht oan de easken fan healgeleider-epitaxy.

Globale planarisaasje: De kombinaasje fan gemyske fersêfting en meganyske ferwidering ferminderet krassen en ûngelikense etsing, en presteart better as suvere meganyske of gemyske metoaden.

Hege effisjinsje: Geskikt foar hurde en brosse materialen lykas SiC, mei materiaalferwideringssnelheden boppe 200 nm/o.

Oare opkommende polijsttechniken

Neist CMP binne alternative metoaden foarsteld, ynklusyf:

Elektrochemysk polijsten, katalysator-assistearre polijsten of etsen, en

Tribochemysk polearjen.

Dizze metoaden binne lykwols noch yn 'e ûndersyksfaze en hawwe har stadich ûntwikkele fanwegen de útdaagjende materiaaleigenskippen fan SiC.

Uteinlik is SiC-ferwurking in stadichoan proses fan it ferminderjen fan kromming en rûchheid om de oerflakkwaliteit te ferbetterjen, wêrby't flakheid en rûchheidskontrôle yn elke faze kritysk binne.

Ferwurkingstechnology

Tidens it slypjen fan 'e wafer wurdt diamantslurry mei ferskillende dieltsjegruttes brûkt om de wafer te slypjen oant de fereaske flakheid en oerflakteruwheid. Dit wurdt folge troch polijsten, mei sawol meganyske as gemysk-mechanyske polijsttechniken (CMP) om skeafrije gepoleerde silisiumkarbide (SiC) wafers te produsearjen.

Nei it polearjen ûndergeane de SiC-wafers strange kwaliteitsynspeksje mei ynstruminten lykas optyske mikroskopen en röntgendiffraktometers om te soargjen dat alle technyske parameters foldogge oan de fereaske noarmen. Uteinlik wurde de polearre wafers skjinmakke mei spesjalisearre reinigingsmiddels en ultrasuver wetter om oerflakfersmoarging te ferwiderjen. Se wurde dan droege mei ultra-heechsuver stikstofgas en centrifugedrogers, wêrtroch it heule produksjeproses foltôge wurdt.

Nei jierren fan ynspanning is der wichtige foarútgong boekt yn 'e ferwurking fan SiC-ienkristallen yn Sina. Yn eigen lân binne 100 mm dopearre heal-isolearjende 4H-SiC-ienkristallen mei súkses ûntwikkele, en n-type 4H-SiC- en 6H-SiC-ienkristallen kinne no yn batches produsearre wurde. Bedriuwen lykas TankeBlue en TYST hawwe al 150 mm SiC-ienkristallen ûntwikkele.

Wat de technology foar ferwurking fan SiC-wafers oanbelanget, hawwe ynlânske ynstellingen foarôfgeand oan it ûndersiikjen fan prosesbetingsten en rûtes foar it snijden, slypjen en polijsten fan kristal. Se binne by steat om samples te produsearjen dy't yn prinsipe foldogge oan 'e easken foar apparaatfabrikaasje. Yn ferliking mei ynternasjonale noarmen bliuwt de kwaliteit fan 'e oerflakferwurking fan ynlânske wafers lykwols noch flink efter. D'r binne ferskate problemen:

Ynternasjonale SiC-teoryen en ferwurkingstechnologyen binne strak beskerme en net maklik tagonklik.

Der is in gebrek oan teoretysk ûndersyk en stipe foar prosesferbettering en optimalisaasje.

De kosten foar it ymportearjen fan bûtenlânske apparatuer en ûnderdielen binne heech.

Binnenlânsk ûndersyk nei apparatuerûntwerp, ferwurkingspresyzje en materialen lit noch altyd wichtige tekoarten sjen yn ferliking mei ynternasjonale nivo's.

Op it stuit wurde de measte hege-presyzje-ynstruminten dy't yn Sina brûkt wurde ymportearre. Testapparatuer en metodyk moatte ek fierder ferbettere wurde.

Mei de trochgeande ûntwikkeling fan healgeleiders fan 'e tredde generaasje nimt de diameter fan SiC-ienkristalsubstraten stadichoan ta, tegearre mei hegere easken foar oerflakferwurkingskwaliteit. Waferferwurkingstechnology is ien fan 'e technysk meast útdaagjende stappen wurden nei SiC-ienkristalgroei.

Om besteande útdagings yn ferwurking oan te pakken, is it essensjeel om de meganismen dy't belutsen binne by snijden, slypjen en polijsten fierder te bestudearjen, en om geskikte prosesmetoaden en rûtes foar it produsearjen fan SiC-wafers te ûndersiikjen. Tagelyk is it needsaaklik om te learen fan avansearre ynternasjonale ferwurkingstechnologyen en state-of-the-art ultra-presyzje ferwurkingstechniken en apparatuer te brûken om substraten fan hege kwaliteit te produsearjen.

As de wafergrutte tanimt, nimt ek de muoite fan kristalgroei en ferwurking ta. De produksjeeffisjinsje fan downstream-apparaten ferbetteret lykwols signifikant, en de kosten per ienheid wurde fermindere. Op it stuit biede de wichtichste SiC-waferleveransiers wrâldwiid produkten oan mei in diameter fan 4 inch oant 6 inch. Liedende bedriuwen lykas Cree en II-VI binne al begûn mei it plannen fan 'e ûntwikkeling fan 8-inch SiC-waferproduksjelinen.