Status Ayeuna sareng Tren Téknologi Pangolahan Wafer SiC

Salaku bahan substrat semikonduktor generasi katilu,silikon karbida (SiC)kristal tunggal boga prospek aplikasi lega dina manufaktur alat éléktronik frékuénsi luhur jeung kakuatan tinggi. Téknologi pamrosésan SiC maénkeun peran anu penting dina produksi bahan substrat kualitas luhur. Tulisan ieu ngenalkeun kaayaan panilitian ayeuna ngeunaan téknologi pangolahan SiC boh di Cina sareng di luar negeri, nganalisa sareng ngabandingkeun mékanisme prosés motong, grinding, sareng polishing, ogé tren dina wafer flatness sareng kasar permukaan. Éta ogé nunjukkeun tangtangan anu aya dina pamrosésan wafer SiC sareng ngabahas arah pangembangan anu bakal datang.

Silikon karbida (SiC)wafer mangrupikeun bahan dasar kritis pikeun alat semikonduktor generasi katilu sareng gaduh pentingna sareng poténsi pasar dina widang sapertos mikroéléktronik, éléktronika listrik, sareng lampu semikonduktor. Alatan karasa pisan tinggi jeung stabilitas kimiawi tinaSiC kristal tunggal, métode processing semikonduktor tradisional teu sagemblengna cocog pikeun machining maranéhanana. Sanajan loba pausahaan internasional geus dipigawé panalungtikan éksténsif dina ngolah téhnisna nungtut kristal tunggal SiC, téknologi relevan diteundeun mastikeun rahasia.

Dina taun anyar, Cina geus ngaronjat usaha dina ngembangkeun SiC bahan kristal tunggal jeung alat. Tapi, kamajuan téknologi alat SiC di nagara éta ayeuna dibatesan ku watesan dina téknologi ngolah sareng kualitas wafer. Ku alatan éta, penting pisan pikeun Cina pikeun ningkatkeun kamampuan ngolah SiC pikeun ningkatkeun kualitas substrat kristal tunggal SiC sareng ngahontal aplikasi praktis sareng produksi masal.

Léngkah ngolah utama ngawengku: motong → grinding kasar → grinding rupa → polishing kasar (polishing mékanis) → polishing rupa (polishing mékanis kimiawi, CMP) → inspeksi.

Motong SiC Kristal Tunggal

Dina ngolahSiC kristal tunggal, motong nyaeta kahiji jeung hambalan kacida kritis. The wafer urang ruku, Lungsi, sarta variasi ketebalan total (TTV) hasilna tina prosés motong nangtukeun kualitas sarta efektivitas grinding salajengna jeung operasi polishing.

Alat motong bisa digolongkeun dumasar bentukna kana inten diaméterna jero (ID) ragaji, diaméterna luar (OD) ragaji, band saws, jeung ragaji kawat. Saws kawat, kahareupna bisa digolongkeun dumasar jenis gerak maranéhanana kana reciprocating na loop (sareng) sistem kawat. Dumasar mékanisme motong tina abrasive nu, kawat ragaji slicing téhnik bisa dibagi jadi dua jenis: bébas abrasive kawat sawing sarta tetep abrasive kawat inten sawing.

1.1 Métode Motong Tradisional

Jero motong diaméterna luar (OD) saws diwatesan ku diaméter agul. Salila prosés motong, agul téh rawan Geter jeung simpangan, hasilna tingkat noise tinggi na rigidity goréng. Diaméter jero (ID) saws ngagunakeun abrasives inten dina kuriling jero sabeulah salaku ujung motong. Wilah ieu tiasa ipis 0,2 mm. Salila slicing, ID sabeulah rotates di speed tinggi bari bahan pikeun motong ngalir radially relatif ka puseur sabeulah urang, achieving slicing ngaliwatan gerak relatif ieu.

Inten band saws merlukeun sering eureun sarta ngabalikeun, sarta laju motong pisan low-ilaharna teu ngaleuwihan 2 m / s. Éta ogé kakurangan tina maké mékanis signifikan jeung waragad perawatan tinggi. Kusabab rubak sabeulah ragaji, radius motong teu tiasa leutik teuing, sareng motong multi-slice teu mungkin. Ieu pakakas sawing tradisional diwatesan ku rigidity tina dasar sarta teu bisa nyieun motong melengkung atawa geus diwatesan balik radii. Éta ngan ukur tiasa motong lempeng, ngahasilkeun kerf anu lega, gaduh tingkat ngahasilkeun anu rendah, sahingga henteu cocog pikeun motong.kristal SiC.

1.2 Bébas Abrasive Kawat Saw Multi-kawat motong

Téhnik nyiksikan kawat abrasive bébas ngagunakeun gerakan gancang tina kawat pikeun mawa slurry kana kerf nu, sangkan ngaleupaskeun bahan. Utamana ngagunakeun struktur reciprocating sareng ayeuna mangrupikeun metode anu dewasa sareng seueur dianggo pikeun motong multi-wafer efisien tina silikon kristal tunggal. Nanging, aplikasina dina motong SiC parantos ditaliti sacara éksténsif.

Gergaji kawat abrasive gratis tiasa ngolah wafer kalayan ketebalan kirang ti 300 μm. Aranjeunna nawiskeun leungitna kerf low, jarang ngabalukarkeun chipping, sarta hasil dina kualitas permukaan rélatif alus. Sanajan kitu, alatan mékanisme panyabutan bahan-dumasar kana rolling na indentation of abrasives-beungeut wafer condong ngamekarkeun stress residual signifikan, microcracks, sarta lapisan ruksakna deeper. Ieu ngakibatkeun wafer warping, ngajadikeun hésé ngadalikeun akurasi profil permukaan, sarta ngaronjatkeun beban dina hambalan processing saterusna.

Kinerja motong anu beurat dipangaruhan ku slurry nu; perlu pikeun ngajaga seukeutna gambar abrasives jeung konsentrasi slurry nu. Perawatan slurry sareng daur ulang mahal. Nalika motong ingot badag-ukuran, abrasives boga kasusah penetrating kerfs jero tur panjang. Dina ukuran sisikian abrasive sarua, leungitna kerf leuwih gede dibandingkeun ragaji kawat tetep-abrasive.

1.3 Maneuh Abrasive Inten Kawat Saw Multi-kawat motong

Saws kawat inten abrasive tetep biasana dijieun ku embedding partikel inten kana substrat kawat baja ngaliwatan electroplating, sintering, atawa métode beungkeutan résin. Saws kawat inten electroplated nawiskeun kaunggulan sapertos kerfs narrower, kualitas nyiksikan hadé, efisiensi luhur, kontaminasi handap, sarta kamampuhan pikeun motong bahan-teu karasa tinggi.

The reciprocating electroplated kawat inten ragaji ayeuna metoda paling loba dipaké pikeun motong SiC. angka 1 (teu ditémbongkeun di dieu) illustrates flatness permukaan wafers SiC motong ngagunakeun téhnik ieu. Salaku motong progresses, wafer warpage naek. Ieu kusabab aréa kontak antara kawat jeung bahan naek salaku kawat ngalir ka handap, ngaronjatkeun daya tahan sarta Geter kawat. Nalika kawat ngahontal diaméter maksimum wafer urang, geter aya di puncak na, hasilna warpage maksimum.

Dina tahap ahir motong, alatan kawat ngalaman akselerasi, gerakan stabil-speed, deceleration, stopping, sarta ngabalikeun, babarengan jeung kasusah dina nyoplokkeun lebu jeung coolant, kualitas permukaan wafer deteriorates. Ngabalikeun kawat sareng turun naik laju, ogé partikel inten ageung dina kawat, mangrupikeun panyabab utama goresan permukaan.

1.4 Téhnologi pamisahan tiis

Separation tiis tina SiC kristal tunggal mangrupa prosés inovatif dina widang ngolah bahan semikonduktor generasi katilu. Dina taun-taun ayeuna, éta parantos narik perhatian anu signifikan kusabab kaunggulan anu penting dina ningkatkeun ngahasilkeun sareng ngirangan leungitna bahan. Téknologi tiasa dianalisis tina tilu aspék: prinsip kerja, aliran prosés, sareng kaunggulan inti.

Tekad Orientasi Kristal sareng Penggilingan Diaméter Luar: Sateuacan ngolah, orientasi kristal tina ingot SiC kedah ditangtukeun. Ingot ieu lajeng ngawangun kana struktur cylindrical (ilahar disebut puck SiC) via grinding diaméterna luar. Léngkah ieu nempatkeun pondasi pikeun motong sareng nyiksikan arah salajengna.

Motong Multi-Kawat: Metoda ieu ngagunakeun partikel abrasive digabungkeun jeung motong kawat pikeun nyiksikan ingot cylindrical. Sanajan kitu, eta nalangsara ti leungitna kerf signifikan jeung masalah unevenness permukaan.

Téknologi Pemotongan Laser: Laser dianggo pikeun ngabentuk lapisan anu dirobih dina kristal, dimana irisan ipis tiasa dicabut. Pendekatan ieu ngirangan karugian bahan sareng ningkatkeun efisiensi pamrosésan, ngajantenkeun arah anyar anu ngajangjikeun pikeun motong wafer SiC.

Optimasi Prosés motong

Tetep Abrasive Multi-Kawat Motong: Ieu ayeuna teh téhnologi mainstream, well-cocog pikeun ciri karasa luhur SiC.

Éléktronik Discharge Machining (EDM) sareng Téknologi Pemisahan Tiis: Métode ieu nyayogikeun solusi anu béda-béda anu cocog sareng sarat khusus.

Prosés Polishing: Penting pikeun nyaimbangkeun tingkat panyabutan bahan sareng karusakan permukaan. Chemical Mechanical Polishing (CMP) dianggo pikeun ningkatkeun kasaragaman permukaan.

Pangimeutan Real-Time: Téknologi inspeksi online diwanohkeun pikeun ngawas kasar permukaan sacara real-time.

Laser Slicing: Téhnik ieu ngurangan leungitna kerf sarta shortens siklus processing, sanajan zone kapangaruhan termal tetep tangtangan.

Téknologi Pangolahan Hibrid: Ngagabungkeun metode mékanis sareng kimia ningkatkeun efisiensi ngolah.

Téknologi ieu parantos ngahontal aplikasi industri. Infineon, contona, ngagaduhan SILTECTRA sareng ayeuna gaduh patén-patén inti anu ngadukung produksi masal wafer 8 inci. Di Cina, perusahaan sapertos Delong Laser parantos ngahontal efisiensi kaluaran 30 wafer per ingot pikeun ngolah wafer 6 inci, ngagambarkeun paningkatan 40% dibandingkeun metode tradisional.

Nalika manufaktur peralatan domestik ngagancangkeun, téknologi ieu diperkirakeun janten solusi mainstream pikeun ngolah substrat SiC. Kalawan ngaronjatna diaméter bahan semikonduktor, métode motong tradisional geus jadi leungit. Diantara pilihan anu ayeuna, téknologi reciprocating kawat inten ningalikeun prospek aplikasi anu paling ngajangjikeun. Pamotongan laser, salaku téknik anu muncul, nawiskeun kauntungan anu signifikan sareng diperkirakeun janten metode pamotongan primér di hareup.

2.SiC Tunggal Kristal grinding

Salaku wawakil semikonduktor generasi katilu, silikon karbida (SiC) nawarkeun kaunggulan signifikan alatan bandgap na lega, médan listrik ngarecahna tinggi, laju drift éléktron jenuh tinggi, sarta konduktivitas termal alus teuing. Sipat ieu ngajadikeun SiC utamana nguntungkeun dina aplikasi tegangan luhur (contona, lingkungan 1200V). Téknologi pangolahan pikeun substrat SiC mangrupikeun bagian dasar tina fabrikasi alat. Kualitas permukaan sareng katepatan substrat langsung mangaruhan kualitas lapisan epitaxial sareng kinerja alat ahir.

Tujuan utama prosés grinding nyaéta pikeun ngaleungitkeun tanda ragaji permukaan sareng lapisan karusakan anu disababkeun nalika nyiksikan, sareng ngabenerkeun deformasi anu disababkeun ku prosés motong. Kusabab karasa pisan tinggi SiC, grinding merlukeun pamakéan abrasives teuas kayaning boron carbide atawa inten. grinding konvensional ilaharna dibagi kana grinding kasar jeung grinding rupa.

2.1 Ngagiling Kasar jeung Halus

grinding bisa categorized dumasar kana ukuran partikel abrasive:

Grinding Kasar: Ngagunakeun abrasives gedé utamana pikeun miceun ragaji tanda na lapisan ruksakna disababkeun salila slicing, ngaronjatkeun efisiensi processing.

Penggilingan halus: Ngagunakeun abrasives anu langkung saé pikeun ngaleungitkeun lapisan karusakan anu ditinggalkeun ku ngagiling kasar, ngirangan kasar permukaan, sareng ningkatkeun kualitas permukaan.

Seueur pabrik substrat SiC domestik nganggo prosés produksi skala ageung. Métode anu umum ngalibatkeun ngagiling dua sisi nganggo piring beusi tuang sareng slurry inten monocrystalline. Proses ieu sacara efektif ngaleungitkeun lapisan karusakan anu tinggaleun ku ragaji kawat, ngabenerkeun bentuk wafer, sareng ngirangan TTV (Total Thickness Variation), Bow, sareng Warp. Laju panyabutan bahan stabil, biasana ngahontal 0.8-1.2 μm / mnt. Tapi, permukaan wafer anu dihasilkeun nyaéta matte kalayan kasarna anu kawilang luhur-biasana sakitar 50 nm-anu nyababkeun tungtutan anu langkung luhur dina léngkah-léngkah polishing salajengna.

2.2 Ngagiling Single-Sided

prosés grinding single-sided ngan hiji sisi wafer dina hiji waktu. Salila prosés ieu, wafer dipasang lilin dina piring baja. Dina tekanan anu diterapkeun, substrat ngalaman deformasi sakedik, sareng permukaan luhurna rata. Saatos grinding, permukaan handap diratakeun. Nalika tekenan dileungitkeun, permukaan luhur condong pulih kana bentuk aslina, anu ogé mangaruhan permukaan handap anu parantos ditaneuh-ngabalukarkeun dua sisi ngagulung sareng nguraikeun rata.

Leuwih ti éta, piring grinding bisa jadi kerung dina waktu anu singget, ngabalukarkeun wafer jadi gilig. Pikeun ngajaga flatness tina piring, sering ganti baju diperlukeun. Kusabab efisiensi lemah sareng kerata wafer anu goréng, ngagiling sisi tunggal henteu cocog pikeun produksi masal.

Ilaharna, # 8000 grinding roda dipaké pikeun grinding rupa. Di Jepang, prosés ieu kawilang dewasa malah ngagunakeun roda polishing #30000. Hal ieu ngamungkinkeun roughness permukaan wafers olahan ngahontal handap 2 nm, sahingga wafers siap pikeun final CMP (Chemical Mechanical Polishing) tanpa processing tambahan.

2.3 Téhnologi Thinning Single-Sided

Inten Single-Sided Thinning Téhnologi mangrupakeun metoda novél grinding single-sisi. Salaku digambarkeun dina Gambar 5 (teu ditémbongkeun di dieu), prosés ngagunakeun plat grinding inten-kabeungkeut. Wafer dibereskeun via adsorption vakum, bari duanana wafer jeung roda grinding inten muterkeun sakaligus. Kabayang grinding laun ngalir ka handap pikeun ipis wafer ka ketebalan target. Saatos hiji sisi réngsé, wafer dibalikkeun pikeun ngolah sisi séjén.

Saatos thinning, wafer 100 mm tiasa ngahontal:

Ruku <5 μm

TTV < 2 μm

Kakasaran permukaan < 1 nm

Metoda ngolah wafer tunggal ieu nawiskeun stabilitas anu luhur, konsistensi anu saé, sareng tingkat panyabutan bahan anu luhur. Dibandingkeun jeung grinding dua sisi konvensional, téhnik ieu ngaronjatkeun efisiensi grinding ku leuwih 50%.

2.4 Ganda-sisi grinding

Ngagiling dua sisi nganggo piring ngagiling luhur sareng handap pikeun sakaligus ngagiling dua sisi substrat, mastikeun kualitas permukaan anu saé dina dua sisi.

Salila prosés, pelat grinding mimitina nerapkeun tekanan ka titik pangluhurna workpiece nu, ngabalukarkeun deformasi sarta ngaleupaskeun bahan bertahap dina titik éta. Nalika bintik-bintik luhur diratakeun, tekanan dina substrat laun-laun janten langkung seragam, nyababkeun deformasi anu konsisten dina sakumna permukaan. Hal ieu ngamungkinkeun duanana surfaces luhur jeung handap bisa taneuh merata. Sakali grinding geus réngsé sarta tekanan dileupaskeun, unggal bagian tina substrat recovers seragam alatan tekanan sarua eta ngalaman. Ieu ngakibatkeun warping minimal jeung flatness alus.

The roughness permukaan wafer sanggeus grinding gumantung kana ukuran partikel abrasive-partikel leutik ngahasilkeun surfaces smoother. Nalika ngagunakeun abrasives 5 μm pikeun grinding dua sisi, flatness wafer jeung variasi ketebalan bisa dikawasa dina 5 μm. Ukuran Atom Force Microscopy (AFM) nunjukkeun kasarna permukaan (Rq) kira-kira 100 nm, kalayan liang ngagiling dugi ka jero 380 nm sareng tanda linier anu katingali disababkeun ku tindakan abrasive.

Métode anu langkung maju nyaéta ngagiling dua sisi nganggo bantalan busa polyurethane digabungkeun sareng slurry inten polycrystalline. Prosés ieu ngahasilkeun wafers kalawan roughness permukaan pisan low, achieving Ra <3 nm, nu kacida mangpaatna pikeun polishing saterusna substrat SiC.

Sanajan kitu, scratching permukaan tetep hiji masalah unresolved. Salaku tambahan, inten polikristalin anu dianggo dina prosés ieu diproduksi ku sintésis ngabeledug, anu sacara teknis nangtang, ngahasilkeun kuantitas anu rendah, sareng mahal pisan.

Polishing of SiC Kristal Tunggal

Pikeun ngahontal permukaan digosok kualitas luhur dina wafers silikon carbide (SiC), polishing kudu sagemblengna nyabut liang grinding jeung undulations permukaan skala nanometer. Tujuanana nyaéta pikeun ngahasilkeun permukaan anu mulus, tanpa cacad sareng henteu aya kontaminasi atanapi degradasi, henteu aya karusakan subsurface, sareng henteu aya setrés permukaan sésa.

3.1 Polishing mékanis jeung CMP of SiC Wafers

Saatos kamekaran ingot kristal tunggal SiC, cacad permukaan nyegah éta langsung dianggo pikeun kamekaran epitaxial. Ku alatan éta, prosés salajengna diperlukeun. Ingot mimitina ngawangun bentuk silinder baku ngaliwatan rounding, lajeng sliced ​​kana wafers maké motong kawat, dituturkeun ku verifikasi orientasi crystallographic. Polishing mangrupakeun hambalan kritis dina ngaronjatkeun kualitas wafer, alamat karuksakan permukaan poténsi disababkeun ku defects tumuwuhna kristal sarta léngkah processing saméméhna.

Aya opat metodeu utama pikeun ngaleungitkeun lapisan karusakan permukaan dina SiC:

Polishing mékanis: Basajan tapi daun goresan; cocog pikeun polishing awal.

Polishing Mechanical Kimia (CMP): Ngaleungitkeun goresan via etching kimiawi; cocog pikeun precision polishing.

Etching hidrogén: Merlukeun parabot kompléks, ilahar dipaké dina prosés HTCVD.

Plasma-ditulungan polishing: Komplek sarta jarang dipaké.

Polishing mékanis-hijina condong ngabalukarkeun goresan, sedengkeun polishing kimiawi wungkul bisa ngakibatkeun etching henteu rata. CMP ngagabungkeun duanana kaunggulan tur nawarkeun hiji efisien, solusi ongkos-éféktif.

Prinsip Kerja CMP

CMP jalan ku puteran wafer dina tekanan set ngalawan pad polishing puteran. Gerakan relatif ieu, digabungkeun jeung abrasion mékanis tina abrasives ukuran nano dina slurry jeung aksi kimiawi agén réaktif, achieves planarization permukaan.

bahan konci dipaké:

Polishing slurry: Ngandung abrasives jeung réagen kimiawi.

Pad polishing: Wears handap salila pamakéan, ngurangan ukuran pori sarta efisiensi pangiriman slurry. Ganti baju biasa, ilaharna maké dresser inten, diperlukeun pikeun mulangkeun roughness.

Prosés CMP has

Abrasive: 0,5 μm inten slurry

Kakasaran permukaan sasaran: ~0,7 nm

Polishing Mékanis Kimia:

alat-alat polishing: AP-810 polisher single-sided

Tekanan: 200 g/cm²

Laju plat: 50 rpm

speed wadah keramik: 38 rpm

Komposisi lebu:

SiO₂ (30% beurat, pH = 10,15)

0–70 wt% H₂O₂ (30 wt%, réagen kelas)

Saluyukeun pH ka 8,5 nganggo 5% KOH sareng 1% HNO₃

Laju aliran slurry: 3 L / mnt, recirculated

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

Tantangan Téknis dina Polishing Mékanis

SiC, salaku semikonduktor bandgap lega, maénkeun peran penting dina industri éléktronika. Kalayan sipat fisik sareng kimia anu saé, kristal tunggal SiC cocog pikeun lingkungan anu ekstrim, sapertos suhu luhur, frékuénsi luhur, kakuatan tinggi, sareng résistansi radiasi. Sanajan kitu, alam teuas sarta regas na presents tantangan utama pikeun grinding na polishing.

Nalika produsén global ngarah transisi tina wafer 6 inci ka 8 inci, masalah sapertos retakan sareng karusakan wafer salami pamrosésan janten langkung menonjol, sacara signifikan mangaruhan 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:

Skala wafer dipikabutuh pikeun ningkatkeun kaluaran chip per angkatan, ngirangan rugi tepi, sareng nurunkeun biaya produksi-utamana upami paménta ningkat dina aplikasi kendaraan listrik.

Nalika tumuwuhna kristal tunggal SiC 8 inci parantos dewasa, prosés tukang-tukang sapertos ngagiling sareng ngagosok masih nyanghareupan bottlenecks, hasilna ngahasilkeun rendah (ngan 40-50%).

Wafer anu langkung ageung ngalaman distribusi tekanan anu langkung kompleks, ningkatkeun kasusah ngatur setrés polishing sareng konsistensi ngahasilkeun.

Sanajan ketebalan tina wafers 8 inci geus approaching nu tina wafers 6 inci, aranjeunna leuwih rentan ka ruksakna salila penanganan alatan stress sarta warping.

Pikeun ngurangan stress patali motong, warpage, sarta cracking, motong laser ieu beuki dipaké. Tapi:

Lasers panjang-gelombang ngabalukarkeun karuksakan termal.

Lasers pondok-panjang gelombang ngahasilkeun lebu beurat jeung deepen lapisan karuksakan, ngaronjatkeun pajeulitna polishing.

Alur kerja polishing mékanis pikeun SiC

Aliran prosés umum ngawengku:

Orientasi motong

Ngagiling kasar

Ngagiling rupa

Polishing mékanis

Chemical Mechanical Polishing (CMP) salaku hambalan ahir

Pilihan metode CMP, desain jalur prosés, sareng optimasi parameter penting pisan. Dina manufaktur semikonduktor, CMP mangrupakeun hambalan nangtukeun pikeun ngahasilkeun wafers SiC kalawan surfaces ultra-halus, cacad-gratis, sarta karuksakan-gratis, nu penting pisan pikeun tumuwuh epitaxial kualitas luhur.

(a) Cabut ingot SiC tina crucible;

(b) Ngalaksanakeun shaping awal ngagunakeun grinding diaméterna luar;

(c) Nangtukeun orientasi kristal ngagunakeun alignment datar atawa notches;

(d) Nyiksikan ingot kana wafers ipis ngagunakeun sawing multi-kawat;

(e) Ngahontal smoothness permukaan eunteung-kawas ngaliwatan grinding na polishing hambalan.

Saatos ngalengkepan séri léngkah-léngkah ngolah, ujung luar wafer SiC sering janten seukeut, anu ningkatkeun résiko chipping nalika nanganan atanapi dianggo. Pikeun ngahindarkeun fragility misalna, grinding ujung diperlukeun.

Salian prosés nyiksikan tradisional, métode inovatif pikeun nyiapkeun wafer SiC ngalibatkeun téknologi beungkeutan. Pendekatan ieu ngamungkinkeun fabrikasi wafer ku beungkeutan lapisan kristal tunggal SiC ipis kana substrat hétérogén (substrat pendukung).

Gambar 3 ngagambarkeun aliran prosés:

Kahiji, lapisan delaminasi kabentuk dina jero husus dina beungeut kristal tunggal SiC via implantation ion hidrogén atawa téhnik sarupa. Kristal tunggal SiC anu diprosés teras dibeungkeut kana substrat pendukung anu datar sareng ditekenan kana tekanan sareng panas. Hal ieu ngamungkinkeun mindahkeun suksés sareng pamisahan lapisan kristal tunggal SiC kana substrat anu ngadukung.

Lapisan SiC dipisahkeun ngalaman perlakuan permukaan pikeun ngahontal flatness diperlukeun tur bisa dipaké deui dina prosés beungkeutan saterusna. Dibandingkeun sareng nyiksikan kristal SiC tradisional, téknik ieu ngirangan paménta bahan anu mahal. Sanajan tantangan téknis tetep, panalungtikan sarta pamekaran aktip maju sangkan produksi wafer béaya rendah.

Dibikeun karasa luhur sareng stabilitas kimiawi SiC-anu ngajadikeun éta tahan ka réaksi dina suhu kamar-polishing mékanis diperlukeun pikeun miceun liang grinding rupa, ngurangan karuksakan permukaan, ngaleungitkeun goresan, pitting, sarta defects mesek jeruk, roughness permukaan handap, ngaronjatkeun flatness, sarta ngaronjatkeun kualitas permukaan.

Pikeun ngahontal permukaan digosok kualitas luhur, perlu:

Saluyukeun jinis abrasive,

Ngurangan ukuran partikel,

Optimalkeun parameter prosés,

Pilih bahan polishing jeung hampang kalayan karasa nyukupan.

Gambar 7 nunjukeun yen polishing dua kali sided kalawan 1 μm abrasives bisa ngadalikeun flatness sarta ketebalan variasi dina 10 μm, sarta ngurangan roughness permukaan mun ngeunaan 0,25 nm.

3.2 Ngagosok Mékanis Kimia (CMP)

Chemical Mechanical Polishing (CMP) ngagabungkeun abrasion partikel ultrafine sareng etching kimiawi pikeun ngabentuk permukaan planar anu mulus dina bahan anu diolah. Prinsip dasarna nyaéta:

Réaksi kimia lumangsung antara slurry polishing jeung beungeut wafer, ngabentuk lapisan lemes.

Gesekan antara partikel abrasive sareng lapisan lemes ngaleungitkeun bahan.

Keunggulan CMP:

Overcomes nu drawbacks of murni mékanis atawa kimiawi polishing,

Ngahontal planarisasi global sareng lokal,

Ngahasilkeun surfaces kalawan flatness tinggi na roughness low,

Henteu aya karusakan permukaan atanapi subsurface.

Sacara rinci:

Wafer ngalir relatif ka Pad polishing dina tekenan.

Abrasives skala nanometer (misalna, SiO₂) dina slurry ilubiung dina shearing, ngaruksak beungkeut kovalén Si-C sarta ngaronjatkeun ngaleupaskeun bahan.

Jenis Téhnik CMP:

Bébas Abrasive Polishing: Abrasive (misalna, SiO₂) ditunda dina slurry. Panyabutan bahan lumangsung ngaliwatan abrasion tilu awak (wafer-pad-abrasive). Ukuran abrasive (biasana 60–200 nm), pH, sareng suhu kedah dikontrol sacara saksama pikeun ningkatkeun kasaragaman.

Fixed Abrasive Polishing: Abrasives dipasang dina pad polishing pikeun nyegah aglomerasi-idéal pikeun ngolah-présisi luhur.

Pasca-Polish beberesih:

Wafer digosok ngalaman:

Pembersih kimiawi (kaasup cai DI sareng panyabutan résidu slurry),

DI cai rinsing, jeung

Pangeringan nitrogén panas

pikeun ngaminimalkeun rereged permukaan.

Quality Surface & Performance

Kakasaran permukaan bisa diréduksi jadi Ra <0,3 nm, minuhan sarat epitaxy semikonduktor.

Planarization Global: Kombinasi softening kimiawi jeung panyabutan mékanis ngurangan goresan sarta etching henteu rata, outperforming métode mékanis atawa kimia murni.

Efisiensi Tinggi: Cocog pikeun bahan anu keras sareng rapuh sapertos SiC, kalayan tingkat panyabutan bahan di luhur 200 nm / h.

Téhnik Polishing Muncul séjén

Salian CMP, metode alternatif parantos diajukeun, kalebet:

Polishing éléktrokimia, polishing dibantuan Katalis atanapi etching, jeung

Tribochemical polishing.

Sanajan kitu, métode ieu masih dina tahap panalungtikan sarta geus dimekarkeun lalaunan alatan sipat bahan nangtang SiC urang.

Pamustunganana, pamrosésan SiC mangrupikeun prosés bertahap pikeun ngirangan warpage sareng kakasaran pikeun ningkatkeun kualitas permukaan, dimana flatness sareng kontrol kasar penting dina unggal tahapan.

Téhnologi Processing

Salila tahap grinding wafer, slurry inten kalayan ukuran partikel béda dipaké pikeun grind wafer kana flatness diperlukeun tur roughness permukaan. Ieu dituturkeun ku polishing, ngagunakeun duanana mékanis jeung kimia mékanis polishing (CMP) téhnik pikeun ngahasilkeun wafers silikon carbide (SiC) digosok bébas karuksakan.

Saatos polishing, wafers SiC ngalaman pamariksaan kualitas anu ketat nganggo instrumen sapertos mikroskop optik sareng difraktometer sinar-X pikeun mastikeun sadaya parameter téknis nyumponan standar anu diperyogikeun. Tungtungna, wafers anu digosok dibersihkeun nganggo agén beberesih khusus sareng cai ultrapure pikeun ngaleungitkeun rereged permukaan. Aranjeunna teras dikeringkeun nganggo gas nitrogén kemurnian ultra luhur sareng pengering spin, ngalengkepan prosés produksi sadayana.

Saatos sababaraha taun usaha, kamajuan anu signifikan parantos dilakukeun dina pamrosésan kristal tunggal SiC di Cina. Domestically, 100 mm doped semi-insulating 4H-SiC kristal tunggal geus hasil dimekarkeun, sarta n-tipe 4H-SiC na 6H-SiC kristal tunggal kiwari bisa dihasilkeun dina bets. Perusahaan sapertos TankeBlue sareng TYST parantos ngembangkeun kristal tunggal 150 mm SiC.

Dina hal téknologi ngolah wafer SiC, lembaga domestik parantos ngajalajah kaayaan prosés sareng rute pikeun nyiksikan kristal, ngagiling, sareng ngagosok. Éta sanggup ngahasilkeun conto anu dasarna nyumponan sarat pikeun fabrikasi alat. Sanajan kitu, dibandingkeun jeung standar internasional, kualitas processing permukaan wafers domestik masih lags balik nyata. Aya sababaraha masalah:

Téori SiC internasional sareng téknologi pangolahan ditangtayungan pageuh sareng henteu gampang diakses.

Aya kurangna panalungtikan téoritis sareng dukungan pikeun perbaikan prosés sareng optimasi.

Biaya impor alat-alat asing sareng komponenana luhur.

Panaliti domestik ngeunaan desain alat, akurasi pamrosésan, sareng bahan masih nunjukkeun jurang anu signifikan dibandingkeun sareng tingkat internasional.

Ayeuna, lolobana instrumen-precision tinggi dipaké di Cina anu diimpor. Alat sareng metodologi tés ogé peryogi perbaikan salajengna.

Kalayan ngembangkeun semikonduktor generasi katilu, diaméter substrat kristal tunggal SiC terus ningkat, sareng syarat anu langkung luhur pikeun kualitas pamrosésan permukaan. Téknologi ngolah wafer parantos janten salah sahiji léngkah anu paling téknis nangtang saatos pertumbuhan kristal tunggal SiC.

Pikeun ngarengsekeun tangtangan anu aya dina ngolah, penting pikeun ngulik deui mékanisme anu kalibet dina motong, ngagiling, sareng ngagosok, sareng ngajalajah metode prosés sareng rute anu cocog pikeun manufaktur wafer SiC. Dina waktos anu sami, peryogi diajar tina téknologi pamrosesan internasional anu canggih sareng ngadopsi téknik mesin ultra-precision canggih sareng alat pikeun ngahasilkeun substrat kualitas luhur.

Salaku ukuran wafer naek, kasusah tumuwuhna kristal sarta ngolah ogé naek. Tapi, efisiensi manufaktur alat hilir ningkat sacara signifikan, sareng biaya unit dikirangan. Ayeuna, suppliers wafer SiC utama sacara global nawiskeun produk mimitian ti 4 inci dugi diaméterna 6 inci. Perusahaan unggulan sapertos Cree sareng II-VI parantos ngamimitian ngarencanakeun pikeun ngembangkeun jalur produksi wafer SiC 8 inci.