Status Ayeuna sareng Tren Téhnologi Pangolahan Wafer SiC

Salaku bahan substrat semikonduktor generasi katilu,silikon karbida (SiC)Kristal tunggal mibanda prospek aplikasi anu lega dina manufaktur alat éléktronik frékuénsi luhur sareng kakuatan luhur. Téhnologi pamrosésan SiC maénkeun peran anu penting dina produksi bahan substrat anu kualitasna luhur. Artikel ieu ngenalkeun kaayaan panalungtikan ayeuna ngeunaan téknologi pamrosésan SiC boh di Cina boh di luar negeri, nganalisis sareng ngabandingkeun mékanisme prosés motong, ngagiling, sareng ngagosok, ogé tren dina kerataan wafer sareng karasana permukaan. Éta ogé nunjukkeun tantangan anu aya dina pamrosésan wafer SiC sareng ngabahas arah pamekaran ka hareup.

Silikon karbida (SiC)wafer mangrupikeun bahan dasar anu penting pikeun alat semikonduktor generasi katilu sareng gaduh pentingna anu signifikan sareng poténsi pasar dina widang sapertos mikroéléktronika, éléktronika daya, sareng pencahayaan semikonduktor. Kusabab karasana anu luhur pisan sareng stabilitas kimiawi tinaKristal tunggal SiC, métode pamrosésan semikonduktor tradisional henteu sagemblengna cocog pikeun pamrosésanana. Sanaos seueur perusahaan internasional parantos ngalaksanakeun panalungtikan anu éksténsif ngeunaan pamrosésan kristal tunggal SiC anu nungtut sacara téknis, téknologi anu relevan dijaga karahasiaanana.

Dina sababaraha taun ka pengker, Cina parantos ningkatkeun usaha dina pamekaran bahan sareng alat kristal tunggal SiC. Nanging, kamajuan téknologi alat SiC di nagara éta ayeuna diwatesan ku watesan dina téknologi pamrosésan sareng kualitas wafer. Ku alatan éta, penting pisan pikeun Cina pikeun ningkatkeun kamampuan pamrosésan SiC pikeun ningkatkeun kualitas substrat kristal tunggal SiC sareng ngahontal aplikasi praktis sareng produksi massalna.

Léngkah-léngkah pamrosésan utama kalebet: motong → grinding kasar → grinding halus → poles kasar (poles mékanis) → poles halus (poles mékanis kimiawi, CMP) → pamariksaan.

Motong Kristal Tunggal SiC

Dina ngolahKristal tunggal SiC, motong mangrupikeun léngkah anu munggaran sareng penting pisan. Busur, lungsin, sareng variasi ketebalan total (TTV) wafer anu dihasilkeun tina prosés motong nangtukeun kualitas sareng efektivitas operasi ngagiling sareng ngagosok salajengna.

Pakakas motong bisa dikategorikeun dumasar kana bentukna kana gergaji diaméter jero inten (ID), gergaji diaméter luar (OD), gergaji pita, jeung gergaji kawat. Gergaji kawat, kahareupna, bisa diklasifikasikeun dumasar kana jinis gerakanana kana sistem kawat reciprocating jeung loop (teu aya tungtungna). Dumasar kana mékanisme motong abrasif, téknik ngiris gergaji kawat bisa dibagi jadi dua jenis: gergaji kawat abrasif bébas jeung gergaji kawat inten abrasif tetep.

1.1 Métode Motong Tradisional

Jero motong gergaji diaméter luar (OD) diwatesan ku diaméter bilahna. Salila prosés motong, bilahna rentan ka geter sareng panyimpangan, anu ngahasilkeun tingkat noise anu luhur sareng kaku anu goréng. Gergaji diaméter jero (ID) nganggo abrasif inten dina keliling jero bilah salaku ujung motong. Bilah ieu tiasa ipis dugi ka 0,2 mm. Salila ngiris, bilah ID muter dina kecepatan anu luhur sedengkeun bahan anu bade dipotong gerak sacara radial relatif ka puseur bilah, ngahasilkeun ngiris ngaliwatan gerakan relatif ieu.

Gergaji pita inten merlukeun eureun sareng pambalikan anu sering, sareng kecepatan motongna rendah pisan—biasana henteu ngaleuwihan 2 m/s. Éta ogé ngalaman karusakan mékanis anu signifikan sareng biaya perawatan anu luhur. Kusabab lébar bilah gergaji, radius motong henteu tiasa alit teuing, sareng motong sababaraha irisan henteu mungkin. Pakakas gergaji tradisional ieu diwatesan ku kaku dasar sareng henteu tiasa ngadamel potongan melengkung atanapi gaduh radius puteran anu terbatas. Éta ngan ukur tiasa motong lempeng, ngahasilkeun kerf anu lega, gaduh tingkat hasil anu handap, sareng ku kituna henteu cocog pikeun motong.Kristal SiC.

1.2 Gergaji Kawat Abrasif Gratis pikeun Motong Multi-Kawat

Téhnik ngiris kawat abrasif bébas ngagunakeun gerakan kawat anu gancang pikeun mawa bubur kana kerf, ngamungkinkeun panyabutan bahan. Téhnik ieu utamina ngagunakeun struktur reciprocating sareng ayeuna mangrupikeun metode anu dewasa sareng seueur dianggo pikeun motong multi-wafer silikon kristal tunggal anu efisien. Nanging, aplikasi na dina motong SiC kirang ditalungtik sacara éksténsif.

Gergaji kawat abrasif bébas tiasa ngolah wafer kalayan ketebalan kirang ti 300 μm. Éta nawiskeun leungitna kerf anu handap, jarang nyababkeun chipping, sareng ngahasilkeun kualitas permukaan anu relatif saé. Nanging, kusabab mékanisme panyabutan bahan — dumasar kana gulungan sareng lekukan abrasif — permukaan wafer condong ngembangkeun setrés sésa anu signifikan, microcracks, sareng lapisan karusakan anu langkung jero. Ieu nyababkeun wafer warping, ngajantenkeun hésé pikeun ngontrol akurasi profil permukaan, sareng ningkatkeun beban dina léngkah pamrosésan salajengna.

Kinerja motong dipangaruhan pisan ku bubur; perlu pikeun ngajaga seukeutna bahan abrasif sareng konsentrasi bubur. Pangolahan sareng daur ulang bubur téh mahal. Nalika motong ingot ukuran ageung, bahan abrasif hésé nembus liang anu jero sareng panjang. Dina ukuran butir abrasif anu sami, leungitna liang langkung ageung tibatan gergaji kawat abrasif tetep.

1.3 Gergaji Kawat Inten Abrasif Tetep Motong Multi-Kawat

Gergaji kawat inten abrasif anu tetep biasana didamel ku cara nyelapkeun partikel inten kana substrat kawat baja ngalangkungan metode electroplating, sintering, atanapi beungkeutan résin. Gergaji kawat inten anu dielektroplasi nawiskeun kaunggulan sapertos kerf anu langkung heureut, kualitas irisan anu langkung saé, efisiensi anu langkung luhur, kontaminasi anu langkung handap, sareng kamampuan pikeun motong bahan anu karasana luhur.

Gergaji kawat inten éléktroplasi reciprocating ayeuna mangrupikeun metode anu paling seueur dianggo pikeun motong SiC. Gambar 1 (henteu dipidangkeun di dieu) ngagambarkeun kerataan permukaan wafer SiC anu dipotong nganggo téknik ieu. Nalika motong maju, warpage wafer ningkat. Ieu kusabab daérah kontak antara kawat sareng bahan ningkat nalika kawat bergerak ka handap, ningkatkeun résistansi sareng getaran kawat. Nalika kawat ngahontal diaméter maksimum wafer, getaran aya dina puncakna, anu ngahasilkeun warpage maksimum.

Dina tahapan motong salajengna, kusabab kawat ngalaman akselerasi, gerakan kecepatan stabil, deselerasi, eureun, sareng pambalikan, sajaba ti kasusah dina miceun runtah nganggo cairan pendingin, kualitas permukaan wafer turun. Pambalikan kawat sareng fluktuasi kecepatan, ogé partikel inten ageung dina kawat, mangrupikeun panyabab utama goresan permukaan.

1.4 Téhnologi Pamisahan Tiis

Pamisahan tiis kristal tunggal SiC mangrupikeun prosés inovatif dina widang pamrosésan bahan semikonduktor generasi katilu. Dina sababaraha taun ka pengker, éta parantos narik perhatian anu signifikan kusabab kaunggulan anu penting dina ningkatkeun hasil sareng ngirangan karugian bahan. Téhnologi ieu tiasa dianalisis tina tilu aspék: prinsip kerja, aliran prosés, sareng kaunggulan inti.

Nangtukeun Orientasi Kristal sareng Ngagiling Diaméter Luar: Sateuacan diprosés, orientasi kristal ingot SiC kedah ditangtukeun. Ingot teras dibentuk janten struktur silinder (biasana disebut keping SiC) ngalangkungan ngagiling diaméter luar. Léngkah ieu neundeun pondasi pikeun motong sareng ngiris arah salajengna.

Motong Multi-Kawat: Métode ieu ngagunakeun partikel abrasif anu digabungkeun sareng kawat motong pikeun ngiris ingot silinder. Nanging, éta ngalaman kaleungitan kerf anu signifikan sareng masalah permukaan anu henteu rata.

Téhnologi Motong Laser: Laser dianggo pikeun ngabentuk lapisan anu dimodifikasi dina kristal, anu tiasa dipisahkeun tina irisan ipis. Pendekatan ieu ngirangan karugian bahan sareng ningkatkeun efisiensi pamrosésan, jantenkeun arah énggal anu ngajangjikeun pikeun motong wafer SiC.

Optimasi Prosés Motong

Motong Multi-Kawat Abrasif Tetep: Ieu mangrupikeun téknologi umum ayeuna, cocog pikeun karakteristik karasa SiC anu luhur.

Mesin Pangosongan Listrik (EDM) sareng Téhnologi Pamisahan Tiis: Métode-métode ieu nyayogikeun solusi anu beragam anu disaluyukeun pikeun sarat khusus.

Prosés Poles: Penting pisan pikeun ngimbangan laju miceun bahan sareng karusakan permukaan. Poles Kimia Mékanis (CMP) dianggo pikeun ningkatkeun keseragaman permukaan.

Pemantauan Waktos Nyata: Téhnologi pamariksaan online diwanohkeun pikeun ngawas karasana permukaan sacara real-time.

Laser Slicing: Téhnik ieu ngurangan leungitna kerf sareng ngirangan siklus pamrosésan, sanaos zona anu kapangaruhan termal tetep janten tantangan.

Téhnologi Pangolahan Hibrida: Ngagabungkeun metode mékanis sareng kimia ningkatkeun efisiensi pamrosésan.

Téhnologi ieu parantos ngahontal aplikasi industri. Infineon, contona, ngagaleuh SILTECTRA sareng ayeuna gaduh patén inti anu ngadukung produksi massal wafer 8 inci. Di Cina, perusahaan sapertos Delong Laser parantos ngahontal efisiensi kaluaran 30 wafer per ingot pikeun pamrosésan wafer 6 inci, anu ngawakilan paningkatan 40% dibandingkeun metode tradisional.

Sabot manufaktur alat-alat domestik beuki gancang, téknologi ieu diperkirakeun bakal janten solusi utama pikeun pamrosésan substrat SiC. Kalayan ningkatna diaméter bahan semikonduktor, metode motong tradisional parantos janten teu relevan. Di antara pilihan ayeuna, téknologi gergaji kawat inten reciprocating nunjukkeun prospek aplikasi anu paling ngajangjikeun. Motong laser, salaku téknik anu muncul, nawiskeun kaunggulan anu signifikan sareng diantisipasi bakal janten metode motong utama di hareup.

2,Grinding Kristal Tunggal SiC

Salaku wawakil semikonduktor generasi katilu, silikon karbida (SiC) nawiskeun kaunggulan anu signifikan kusabab celah pita anu lega, medan listrik anu rusak luhur, kecepatan hanyutan éléktron saturasi anu luhur, sareng konduktivitas termal anu saé pisan. Sipat-sipat ieu ngajantenkeun SiC hususna nguntungkeun dina aplikasi tegangan tinggi (contona, lingkungan 1200V). Téhnologi pamrosésan pikeun substrat SiC mangrupikeun bagian dasar tina fabrikasi alat. Kualitas permukaan sareng katepatan substrat sacara langsung mangaruhan kualitas lapisan epitaksial sareng kinerja alat akhir.

Tujuan utama tina prosés ngagiling nyaéta pikeun miceun tanda gergaji permukaan sareng lapisan karusakan anu disababkeun nalika ngiris, sareng pikeun ngabenerkeun deformasi anu disababkeun ku prosés motong. Kusabab karasana SiC anu luhur pisan, ngagiling meryogikeun panggunaan abrasif teuas sapertos boron karbida atanapi inten. Ngagiling konvensional biasana dibagi kana ngagiling kasar sareng ngagiling halus.

2.1 Ngagiling Kasar jeung Halus

Ngagiling bisa dikategorikeun dumasar kana ukuran partikel abrasif:

Ngagiling Kasar: Ngagunakeun abrasif anu langkung ageung utamina pikeun miceun tanda gergaji sareng lapisan karusakan anu disababkeun nalika ngiris, ningkatkeun efisiensi pamrosésan.

Ngagiling Halus: Ngagunakeun abrasif anu langkung lemes pikeun miceun lapisan karusakan anu ditinggalkeun ku giling kasar, ngirangan karasana permukaan, sareng ningkatkeun kualitas permukaan.

Seueur pabrik substrat SiC domestik nganggo prosés produksi skala ageung. Métode anu umum nyaéta ngagiling dua sisi nganggo pelat beusi cor sareng bubur inten monokristalin. Prosés ieu sacara efektif miceun lapisan karusakan anu ditinggalkeun ku gergaji kawat, ngabenerkeun bentuk wafer, sareng ngirangan TTV (Total Thickness Variation), Bow, sareng Warp. Laju miceun bahan stabil, biasana ngahontal 0,8–1,2 μm/mnt. Nanging, permukaan wafer anu dihasilkeun matte kalayan karasana anu relatif luhur — biasana sakitar 50 nm — anu maksa paménta anu langkung luhur dina léngkah-léngkah pemolesan salajengna.

2.2 Ngagiling Hiji Sisi

Panggilingan hiji sisi ngan ukur ngolah hiji sisi wafer dina hiji waktu. Salila prosés ieu, wafer dipasang lilin kana pelat baja. Dina tekenan anu diterapkeun, substrat ngalaman deformasi sakedik, sareng permukaan luhur diratakeun. Saatos digiling, permukaan handap diratakeun. Nalika tekanan dicabut, permukaan luhur condong pulih deui kana bentuk aslina, anu ogé mangaruhan permukaan handap anu parantos digiling — nyababkeun dua sisi melengkung sareng turun rata.

Lian ti éta, pelat panggiling bisa jadi cekung dina waktu anu singget, ngabalukarkeun wafer jadi cembung. Pikeun ngajaga karataan pelat, perlu sering diolah. Kusabab efisiensi anu handap sareng karataan wafer anu goréng, panggiling hiji sisi henteu cocog pikeun produksi massal.

Biasana, roda gerinda #8000 dianggo pikeun gerinda halus. Di Jepang, prosés ieu kawilang asak sareng bahkan nganggo roda poles #30000. Ieu ngamungkinkeun karasana permukaan wafer anu diprosés ngahontal di handap 2 nm, ngajantenkeun wafer siap pikeun CMP akhir (Polesan Mékanis Kimia) tanpa pamrosésan tambahan.

2.3 Téhnologi Pangipisan Hiji Sisi

Téhnologi Pangipisan Inten Hiji Sisi mangrupikeun metode énggal pikeun ngagiling hiji sisi. Sakumaha anu dipidangkeun dina Gambar 5 (henteu dipidangkeun di dieu), prosésna nganggo pelat giling anu dihijikeun ku inten. Wafer dipasangkeun ngalangkungan adsorpsi vakum, sedengkeun wafer sareng roda giling inten muter sacara simultan. Roda giling laun-laun bergerak ka handap pikeun ngipiskeun wafer kana ketebalan target. Saatos hiji sisi réngsé, wafer dibalikkeun pikeun ngolah sisi anu sanésna.

Saatos diipiskeun, wafer 100 mm tiasa ngahontal:

Busur < 5 μm

TTV < 2 μm

Kasar permukaan < 1 nm

Métode pamrosésan wafer tunggal ieu nawiskeun stabilitas anu luhur, konsistensi anu saé, sareng laju miceun bahan anu luhur. Dibandingkeun sareng panggilingan dua sisi konvensional, téknik ieu ningkatkeun efisiensi panggilingan langkung ti 50%.

2.4 Ngagiling Dua Sisi

Panggilingan dua sisi ngagunakeun pelat panggiling luhur sareng handap pikeun ngagiling dua sisi substrat sacara babarengan, mastikeun kualitas permukaan anu saé dina dua sisi.

Salila prosésna, pelat panggilingan mimitina nerapkeun tekanan kana titik pangluhurna tina benda kerja, nyababkeun deformasi sareng panyabutan bahan laun-laun dina titik-titik éta. Nalika titik-titik anu luhur diratakeun, tekanan dina substrat laun-laun janten langkung seragam, ngahasilkeun deformasi anu konsisten di sakumna permukaan. Ieu ngamungkinkeun permukaan luhur sareng handap digiling sacara rata. Sakali panggilingan réngsé sareng tekanan dileupaskeun, unggal bagian substrat pulih sacara seragam kusabab tekanan anu sami anu dialaman. Ieu ngarah kana bengkok minimal sareng kerataan anu saé.

Kasar permukaan wafer saatos digiling gumantung kana ukuran partikel abrasif — partikel anu langkung alit ngahasilkeun permukaan anu langkung lemes. Nalika nganggo abrasif 5 μm pikeun ngagiling dua sisi, kerataan wafer sareng variasi ketebalan tiasa dikontrol dina 5 μm. Pangukuran Mikroskop Gaya Atom (AFM) nunjukkeun kasar permukaan (Rq) sakitar 100 nm, kalayan liang giling dugi ka 380 nm jerona sareng tanda linier anu katingali disababkeun ku tindakan abrasif.

Métode anu langkung canggih ngalibatkeun ngagiling dua sisi nganggo bantalan busa poliuretan anu digabungkeun sareng bubur inten polikristalin. Prosés ieu ngahasilkeun wafer kalayan karasana permukaan anu handap pisan, ngahontal Ra < 3 nm, anu mangpaat pisan pikeun polesan substrat SiC salajengna.

Nanging, goresan permukaan tetep janten masalah anu teu acan direngsekeun. Salian ti éta, inten polikristalin anu dianggo dina prosés ieu dihasilkeun ngalangkungan sintésis bahan peledak, anu sacara téknis nangtang, ngahasilkeun jumlah anu sakedik, sareng mahal pisan.

Ngapoles Kristal Tunggal SiC

Pikeun ngahontal permukaan anu dipoles kualitas luhur dina wafer silikon karbida (SiC), polesan kedah miceun liang panggilingan sareng undulasi permukaan skala nanometer sacara lengkep. Tujuanana nyaéta pikeun ngahasilkeun permukaan anu lemes, bébas cacad tanpa kontaminasi atanapi degradasi, tanpa karusakan handapeun permukaan, sareng tanpa sésa tegangan permukaan.

3.1 Poles Mékanis sareng CMP Wafer SiC

Saatos tumuwuhna ingot kristal tunggal SiC, cacad permukaan nyegah éta dianggo langsung pikeun tumuwuhna epitaksial. Ku kituna, pamrosésan salajengna diperyogikeun. Ingot mimitina dibentuk kana bentuk silinder standar ku cara dibulatkeun, teras diiris kana wafer nganggo motong kawat, dituturkeun ku verifikasi orientasi kristalografi. Polesan mangrupikeun léngkah penting dina ningkatkeun kualitas wafer, ngungkulan poténsi karusakan permukaan anu disababkeun ku cacad tumuwuhna kristal sareng léngkah pamrosésan sateuacanna.

Aya opat metode utama pikeun miceun lapisan karusakan permukaan dina SiC:

Poles mékanis: Basajan tapi ninggalkeun goresan; cocog pikeun poles awal.

Poles Mékanik Kimiawi (CMP): Miceun goresan ngaliwatan ukir kimiawi; cocog pikeun polesan anu presisi.

Étsa hidrogén: Meryogikeun alat anu rumit, umumna dianggo dina prosés HTCVD.

Pemolesan anu dibantuan plasma: Rumit sareng jarang dianggo.

Ngagosok ngan ukur sacara mékanis condong nyababkeun goresan, sedengkeun ngagosok ngan ukur sacara kimiawi tiasa nyababkeun ukiran anu henteu rata. CMP ngagabungkeun duanana kaunggulan sareng nawiskeun solusi anu efisien sareng hemat biaya.

Prinsip Kerja CMP

CMP jalan ku cara muterkeun wafer dina tekanan anu ditetepkeun ngalawan bantalan poles anu muter. Gerakan relatif ieu, digabungkeun sareng abrasi mékanis tina abrasif ukuran nano dina bubur sareng tindakan kimia agén réaktif, ngahontal planarisasi permukaan.

Bahan konci anu dianggo:

Bubur poles: Ngandung abrasif sareng réagen kimia.

Bantalan poles: Bakal ruksak nalika dianggo, ngurangan ukuran pori sareng efisiensi pangiriman bubur. Perban rutin, biasana nganggo dresser inten, diperyogikeun pikeun mulangkeun kakasaran.

Prosés CMP Khas

Abrasif: bubur inten 0,5 μm

Kasar permukaan target: ~0,7 nm

Polesan Kimia Mékanis:

Parabot poles: poles sisi tunggal AP-810

Tekanan: 200 g/cm²

Laju pelat: 50 rpm

Kagancangan wadah keramik: 38 rpm

Komposisi bubur:

SiO₂ (30 wt%, pH = 10,15)

0–70 wt% H₂O₂ (30 wt%, kelas réagen)

Atur pH ka 8,5 nganggo 5 wt% KOH sareng 1 wt% HNO₃

Laju aliran bubur: 3 L/mnt, disirkulasi ulang

Prosés ieu sacara efektif ningkatkeun kualitas wafer SiC sareng nyumponan sarat pikeun prosés hilir.

Tangtangan Téknis dina Poles Mékanis

SiC, salaku semikonduktor celah pita anu lega, maénkeun peran penting dina industri éléktronika. Kalayan sipat fisik sareng kimia anu saé, kristal tunggal SiC cocog pikeun lingkungan anu ekstrim, sapertos suhu anu luhur, frékuénsi anu luhur, kakuatan anu luhur, sareng résistansi radiasi. Nanging, sipatna anu teuas sareng rapuh nampilkeun tantangan utama pikeun ngagiling sareng ngagosok.

Nalika pabrik-pabrik global terkemuka transisi tina wafer 6 inci ka 8 inci, masalah sapertos retakan sareng karusakan wafer nalika diprosés janten langkung nonjol, anu mangaruhan sacara signifikan kana hasil. Ngatasi tantangan téknis substrat SiC 8 inci ayeuna janten patokan konci pikeun kamajuan industri.

Dina jaman 8 inci, pamrosésan wafer SiC nyanghareupan seueur tantangan:

Penskalaan wafer diperyogikeun pikeun ningkatkeun kaluaran chip per batch, ngirangan leungitna ujung, sareng nurunkeun biaya produksi—utamina kumargi paménta anu ningkat dina aplikasi kendaraan listrik.

Sanaos kamekaran kristal tunggal SiC 8 inci parantos dewasa, prosés back-end sapertos ngagiling sareng ngagosok masih nyanghareupan hambatan, anu ngahasilkeun hasil anu handap (ngan 40–50%).

Wafer anu langkung ageung ngalaman distribusi tekanan anu langkung rumit, anu ningkatkeun kasusah dina ngatur setrés polesan sareng konsistensi hasil.

Sanaos ketebalan wafer 8 inci ampir sami sareng wafer 6 inci, éta langkung rentan ruksak nalika dianggo kusabab setrés sareng bengkok.

Pikeun ngurangan setrés, bengkok, sareng retakan anu aya hubunganana sareng motong, motong laser beuki seueur dianggo. Nanging:

Laser panjang gelombang anu panjang nyababkeun karusakan termal.

Laser panjang gelombang pondok ngahasilkeun lebu anu beurat sareng ngajerokeun lapisan karusakan, ningkatkeun kompleksitas pemolesan.

Alur Kerja Poles Mékanis pikeun SiC

Alur prosés umum ngawengku:

Motong orientasi

Ngagiling kasar

Ngagiling halus

Pemolesan mékanis

Polesan Mékanik Kimia (CMP) salaku léngkah pamungkas

Pilihan metode CMP, desain rute prosés, sareng optimasi parameter penting pisan. Dina manufaktur semikonduktor, CMP mangrupikeun léngkah anu nangtukeun pikeun ngahasilkeun wafer SiC kalayan permukaan anu ultra-halus, bébas cacad, sareng bébas karusakan, anu penting pikeun pertumbuhan epitaksial anu kualitasna luhur.

(a) Cabut ingot SiC tina wadahna;

(b) Laksanakeun pembentukan awal nganggo panggilingan diaméter luar;

(c) Tangtukeun orientasi kristal nganggo datar atanapi takik panyelarasan;

(d) Iris ingot jadi wafer ipis maké gergaji multi-kawat;

(e) Ngahontal kehalusan permukaan kawas eunteung ngaliwatan léngkah-léngkah ngagiling jeung ngagosok.

Saatos ngalengkepan runtuyan léngkah pamrosésan, sisi luar wafer SiC sering janten seukeut, anu ningkatkeun résiko pecah nalika dianggo atanapi dianggo. Pikeun nyingkahan kerapuhan sapertos kitu, diperyogikeun ngagiling sisi.

Salian ti prosés ngiris tradisional, metode inovatif pikeun nyiapkeun wafer SiC ngalibatkeun téknologi pangiket. Pendekatan ieu ngamungkinkeun fabrikasi wafer ku cara ngaiket lapisan kristal tunggal SiC ipis kana substrat hétérogén (substrat pendukung).

Gambar 3 ngagambarkeun aliran prosés:

Mimitina, lapisan delaminasi dibentuk dina jerona anu ditangtukeun dina permukaan kristal tunggal SiC ngalangkungan implantasi ion hidrogén atanapi téknik anu sami. Kristal tunggal SiC anu diprosés teras dihijikeun kana substrat pendukung anu datar sareng dikenakeun tekanan sareng panas. Ieu ngamungkinkeun transfer sareng pamisahan lapisan kristal tunggal SiC anu suksés kana substrat pendukung.

Lapisan SiC anu dipisahkeun ngalaman perlakuan permukaan pikeun ngahontal tingkat kerataan anu diperyogikeun sareng tiasa dianggo deui dina prosés beungkeutan salajengna. Dibandingkeun sareng ngiris kristal SiC tradisional, téknik ieu ngirangan paménta pikeun bahan anu mahal. Sanaos tantangan téknis masih aya, panalungtikan sareng pamekaran sacara aktif maju pikeun ngamungkinkeun produksi wafer anu langkung murah.

Kusabab SiC mibanda karasana anu luhur sareng stabilitas kimiawi—anu ngajantenkeun tahan kana réaksi dina suhu kamar—pemolesan mékanis diperyogikeun pikeun miceun liang panggilingan anu lemes, ngirangan karusakan permukaan, ngaleungitkeun goresan, liang, sareng cacad kulit jeruk, nurunkeun karasana permukaan, ningkatkeun karataan, sareng ningkatkeun kualitas permukaan.

Pikeun kéngingkeun permukaan anu dipoles kualitas luhur, anjeun kedah:

Saluyukeun jinis abrasif,

Ngurangan ukuran partikel,

Ngaoptimalkeun parameter prosés,

Pilih bahan sareng bantalan poles anu karasana cekap.

Gambar 7 nunjukkeun yén polesan dua sisi nganggo abrasif 1 μm tiasa ngontrol kerataan sareng variasi ketebalan dina 10 μm, sareng ngirangan karasana permukaan janten sakitar 0,25 nm.

3.2 Pemolesan Kimia Mékanis (CMP)

Polesan Mékanik Kimia (CMP) ngagabungkeun abrasi partikel ultrahalus sareng etsa kimia pikeun ngabentuk permukaan anu lemes sareng datar dina bahan anu keur diprosés. Prinsip dasarna nyaéta:

Réaksi kimia lumangsung antara bubur polesan sareng permukaan wafer, ngabentuk lapisan lemes.

Gesekan antara partikel abrasif sareng lapisan lemes ngaleungitkeun bahan éta.

Kaunggulan CMP:

Ngungkulan kakurangan tina polesan mékanis atanapi kimiawi murni,

Ngahontal planarisasi global sareng lokal,

Ngahasilkeun permukaan anu rata sareng kasar anu handap,

Henteu nyésakeun karusakan permukaan atanapi handapeun permukaan.

Sacara rinci:

Wafer gerak relatif ka bantalan poles dina tekenan.

Abrasif skala nanometer (misalna, SiO₂) dina bubur milu dina geseran, ngaleuleuskeun beungkeut kovalén Si–C sareng ningkatkeun panyabutan bahan.

Jenis-jenis Téhnik CMP:

Polesan Abrasif Bébas: Abrasif (misalna, SiO₂) digantungkeun dina bubur. Panyabutan bahan lumangsung ngaliwatan abrasi tilu awak (wafer-pad-abrasif). Ukuran abrasif (biasana 60–200 nm), pH, sareng suhu kedah dikontrol sacara tepat pikeun ningkatkeun keseragaman.

Poles Abrasif anu Dipasang: Abrasif dipasang dina bantalan poles pikeun nyegah aglomerasi—cocog pikeun pamrosésan anu presisi tinggi.

Pembersihan Saatos Polesan:

Wafer anu dipoles ngalaman:

beberesih kimia (kaasup miceun cai DI sareng sésa bubur),

Ngumbah cai DI, sareng

Pangeringan nitrogén panas

pikeun ngaminimalkeun kokotor permukaan.

Kualitas & Kinerja Permukaan

Karasana permukaan bisa dikirangan jadi Ra < 0,3 nm, nyumponan sarat epitaksi semikonduktor.

Planarisasi Global: Kombinasi tina panglembutan kimiawi sareng panyabutan mékanis ngirangan goresan sareng ukiran anu henteu rata, langkung saé tibatan metode mékanis atanapi kimiawi murni.

Efisiensi Luhur: Cocog pikeun bahan anu teuas sareng rapuh sapertos SiC, kalayan laju panyabutan bahan di luhur 200 nm/jam.

Téhnik Poles Anu Anyar Sanésna

Salian ti CMP, aya ogé sababaraha metode alternatif anu parantos diusulkeun, diantarana:

Pemolesan éléktrokimia, Pemolesan atanapi etsa anu dibantuan ku katalis, sareng

Pemolesan tribokimia.

Nanging, metode-metode ieu masih dina tahap panalungtikan sareng parantos berkembang laun kusabab sipat bahan SiC anu nangtang.

Pamustunganana, pamrosésan SiC mangrupikeun prosés bertahap pikeun ngirangan melengkung sareng kasar pikeun ningkatkeun kualitas permukaan, dimana kontrol kerataan sareng kasar penting pisan dina unggal tahapan.

Téhnologi Pangolahan

Salila tahapan ngagiling wafer, bubur inten kalayan ukuran partikel anu béda-béda dianggo pikeun ngagiling wafer dugi ka rata sareng kasar permukaan anu diperyogikeun. Ieu dituturkeun ku pemolesan, nganggo téknik pemolesan mékanis sareng kimiawi (CMP) pikeun ngahasilkeun wafer silikon karbida (SiC) anu dipoles anu bébas karusakan.

Saatos dipoles, wafer SiC ngalaman pamariksaan kualitas anu ketat nganggo instrumen sapertos mikroskop optik sareng difraktometer sinar-X pikeun mastikeun sadaya parameter téknis nyumponan standar anu dibutuhkeun. Pamungkas, wafer anu dipoles dibersihkeun nganggo agén beberesih khusus sareng cai ultra murni pikeun miceun kokotor permukaan. Teras dikeringkeun nganggo gas nitrogén murni ultra luhur sareng pengering spin, ngalengkepan sadaya prosés produksi.

Saatos mangtaun-taun usaha, kamajuan anu signifikan parantos dilakukeun dina pamrosésan kristal tunggal SiC di Cina. Di domestik, kristal tunggal 4H-SiC semi-insulating 100 mm anu didoping parantos suksés dikembangkeun, sareng kristal tunggal 4H-SiC sareng 6H-SiC tipe-n ayeuna tiasa diproduksi sacara bets. Perusahaan sapertos TankeBlue sareng TYST parantos ngembangkeun kristal tunggal SiC 150 mm.

Dina hal téknologi pamrosésan wafer SiC, lembaga domestik parantos nalungtik kaayaan prosés sareng rute pikeun ngiris, ngagiling, sareng ngagosok kristal. Aranjeunna sanggup ngahasilkeun sampel anu dasarna nyumponan sarat pikeun fabrikasi alat. Nanging, dibandingkeun sareng standar internasional, kualitas pamrosésan permukaan wafer domestik masih jauh pisan. Aya sababaraha masalah:

Téori SiC internasional sareng téknologi pamrosésan dijaga pageuh sareng henteu gampang diaksés.

Kurangna panalungtikan téoritis sareng dukungan pikeun perbaikan sareng optimasi prosés.

Biaya impor alat sareng komponén asing téh mahal.

Panalungtikan domestik ngeunaan desain alat, presisi pamrosésan, sareng bahan masih nunjukkeun bédana anu signifikan dibandingkeun sareng tingkat internasional.

Ayeuna, kalolobaan instrumen presisi tinggi anu dianggo di Cina diimpor. Alat sareng metodologi uji coba ogé peryogi perbaikan langkung lanjut.

Kalayan terus mekarna semikonduktor generasi katilu, diaméter substrat kristal tunggal SiC terus ningkat, sajaba ti sarat anu langkung luhur pikeun kualitas pamrosésan permukaan. Téhnologi pamrosésan wafer parantos janten salah sahiji léngkah anu paling nangtang sacara téknis saatos kamekaran kristal tunggal SiC.

Pikeun ngungkulan tantangan anu aya dina pamrosésan, penting pikeun nalungtik langkung jauh mékanisme anu aya dina motong, ngagiling, sareng ngagosok, sareng pikeun nalungtik metode sareng rute prosés anu cocog pikeun manufaktur wafer SiC. Dina waktos anu sami, perlu diajar tina téknologi pamrosésan internasional anu canggih sareng ngadopsi téknik sareng peralatan pamrosésan ultra-presisi anu canggih pikeun ngahasilkeun substrat anu kualitasna luhur.

Nalika ukuran wafer ningkat, kasusah kamekaran sareng pamrosésan kristal ogé ningkat. Nanging, efisiensi manufaktur alat-alat hilir ningkat sacara signifikan, sareng biaya unit turun. Ayeuna, supplier wafer SiC utama sacara global nawiskeun produk anu diaméterna ti 4 inci dugi ka 6 inci. Perusahaan-perusahaan terkemuka sapertos Cree sareng II-VI parantos ngamimitian ngarencanakeun pamekaran jalur produksi wafer SiC 8 inci.