SiC lövhə emalı texnologiyasının mövcud vəziyyəti və trendləri

Üçüncü nəsil yarımkeçirici substrat materialı kimi,silisium karbid (SiC)Tək kristal yüksək tezlikli və yüksək güclü elektron cihazların istehsalında geniş tətbiq perspektivlərinə malikdir. SiC-nin emal texnologiyası yüksək keyfiyyətli substrat materiallarının istehsalında həlledici rol oynayır. Bu məqalədə həm Çində, həm də xaricdə SiC emal texnologiyaları üzrə tədqiqatların mövcud vəziyyəti təqdim olunur, kəsmə, üyütmə və cilalama proseslərinin mexanizmləri, eləcə də lövhənin düzlüyü və səthinin kobudluğundakı tendensiyalar təhlil edilir və müqayisə edilir. Həmçinin, SiC lövhəsinin emalındakı mövcud çətinliklər qeyd olunur və gələcək inkişaf istiqamətləri müzakirə olunur.

Silisium karbid (SiC)lövhələr üçüncü nəsil yarımkeçirici cihazlar üçün vacib təməl materiallardır və mikroelektronika, güc elektronikası və yarımkeçirici işıqlandırma kimi sahələrdə əhəmiyyətli əhəmiyyətə və bazar potensialına malikdir. Son dərəcə yüksək sərtlik və kimyəvi stabilliyə görəSiC tək kristalları, ənənəvi yarımkeçirici emal üsulları onların emalı üçün tamamilə uyğun deyil. Bir çox beynəlxalq şirkət SiC tək kristallarının texniki cəhətdən çətin emalı ilə bağlı geniş tədqiqatlar aparsa da, müvafiq texnologiyalar ciddi şəkildə məxfi saxlanılır.

Son illərdə Çin SiC tək kristal materialları və cihazlarının inkişafı sahəsində səylərini artırıb. Lakin, ölkədə SiC cihaz texnologiyasının inkişafı hazırda emal texnologiyaları və lövhə keyfiyyətindəki məhdudiyyətlərlə məhdudlaşır. Buna görə də, Çinin SiC tək kristal substratlarının keyfiyyətini artırmaq və onların praktik tətbiqinə və kütləvi istehsalına nail olmaq üçün SiC emal imkanlarını təkmilləşdirməsi vacibdir.

Əsas emal mərhələlərinə aşağıdakılar daxildir: kəsmə → iri üyütmə → incə üyütmə → kobud cilalama (mexaniki cilalama) → incə cilalama (kimyəvi mexaniki cilalama, CMP) → yoxlama.

SiC Tək Kristallarının Kəsilməsi

EmalındaSiC tək kristalları, kəsmə ilk və çox vacib bir addımdır. Kəsmə prosesindən yaranan lövhənin əyilməsi, əyilməsi və ümumi qalınlıq dəyişikliyi (TTV) sonrakı üyütmə və cilalama əməliyyatlarının keyfiyyətini və effektivliyini müəyyən edir.

Kəsici alətlər formasına görə almaz daxili diametrli (ID) mişarlar, xarici diametrli (OD) mişarlar, lentli mişarlar və məftil mişarlar kimi təsnif edilə bilər. Məftil mişarlar da hərəkət növünə görə qarşılıqlı və ilgəkli (sonsuz) məftil sistemlərinə təsnif edilə bilər. Aşındırıcının kəsmə mexanizminə əsasən, məftil mişarla kəsmə üsulları iki növə bölünə bilər: sərbəst aşındırıcı məftil mişar və sabit aşındırıcı almaz məftil mişar.

1.1 Ənənəvi Kəsmə Üsulları

Xarici diametrli (XD) mişarların kəsmə dərinliyi bıçağın diametri ilə məhdudlaşır. Kəsmə prosesi zamanı bıçaq titrəmə və sapmaya meyllidir, bu da yüksək səs-küy səviyyəsinə və zəif sərtliyə səbəb olur. Daxili diametrli (XD) mişarlar kəsici kənar kimi bıçağın daxili çevrəsində almaz aşındırıcılardan istifadə edir. Bu bıçaqlar 0,2 mm-ə qədər nazik ola bilər. Dilimləmə zamanı XD bıçağı yüksək sürətlə fırlanır, kəsiləcək material isə bıçağın mərkəzinə nisbətən radial hərəkət edir və bu nisbi hərəkət vasitəsilə dilimləmə əldə edilir.

Almaz lentli mişarlar tez-tez dayanma və geri dönmə tələb edir və kəsmə sürəti çox aşağıdır - adətən 2 m/s-dən çox deyil. Onlar həmçinin əhəmiyyətli mexaniki aşınma və yüksək texniki xidmət xərclərinə məruz qalırlar. Mişar bıçağının eni səbəbindən kəsmə radiusu çox kiçik ola bilməz və çoxkəsikli kəsmə mümkün deyil. Bu ənənəvi mişar alətləri əsasın sərtliyi ilə məhdudlaşır və əyri kəsiklər edə bilmir və ya məhdud dönmə radiuslarına malikdir. Onlar yalnız düz kəsiklər edə bilir, geniş əyriliklər yaradır, aşağı məhsuldarlıq nisbətinə malikdir və buna görə də kəsmə üçün yararsızdır.SiC kristalları.

1.2 Pulsuz Aşındırıcı Məftil Mişar Çox Məftilli Kəsmə

Sərbəst aşındırıcı məftil mişarla kəsmə texnikası, məhlulu çuxura daşımaq üçün telin sürətli hərəkətindən istifadə edir və bu da materialın çıxarılmasına imkan verir. Əsasən qarşılıqlı strukturdan istifadə edir və hazırda tək kristal silikonun səmərəli çoxvariantlı kəsilməsi üçün yetkin və geniş istifadə olunan bir üsuldur. Lakin, onun SiC kəsməsində tətbiqi daha az geniş öyrənilmişdir.

Sərbəst aşındırıcı məftil mişarlar qalınlığı 300 μm-dən az olan lövhələri emal edə bilər. Onlar aşağı əyilmə itkisi təklif edir, nadir hallarda qırılmaya səbəb olur və nisbətən yaxşı səth keyfiyyətinə səbəb olur. Lakin, aşındırıcıların yuvarlanması və girintisinə əsaslanan materialın çıxarılması mexanizmi səbəbindən lövhənin səthində əhəmiyyətli qalıq gərginlik, mikro çatlar və daha dərin zədələnmə təbəqələri əmələ gəlir. Bu, lövhənin əyilməsinə səbəb olur, səth profilinin dəqiqliyini idarə etməyi çətinləşdirir və sonrakı emal mərhələlərindəki yükü artırır.

Kəsmə performansı şlamdan çox təsirlənir; aşındırıcıların itiliyini və şlamın konsentrasiyasını qorumaq lazımdır. Şlamın emalı və təkrar emalı baha başa gəlir. Böyük ölçülü külçələri kəsərkən aşındırıcılar dərin və uzun kerflərə nüfuz etməkdə çətinlik çəkirlər. Eyni aşındırıcı dənə ölçüsü altında kerf itkisi sabit aşındırıcı məftil mişarlardan daha çoxdur.

1.3 Sabit Aşındırıcı Almaz Məftil Mişar Çox Məftilli Kəsmə

Sabit aşındırıcı almaz məftil mişarlar, adətən, elektrokaplama, sinterləmə və ya qətranla birləşdirmə üsulları vasitəsilə almaz hissəciklərini polad məftil substratına yerləşdirməklə hazırlanır. Elektrokaplamalı almaz məftil mişarlar daha dar kerflər, daha yaxşı kəsim keyfiyyəti, daha yüksək səmərəlilik, daha az çirklənmə və yüksək sərtlikli materialları kəsmək qabiliyyəti kimi üstünlüklər təklif edir.

Qarşılıqlı elektrokaplamalı almaz məftil mişar hazırda SiC kəsmək üçün ən geniş istifadə olunan üsuldur. Şəkil 1 (burada göstərilməyib) bu ​​texnika ilə kəsilmiş SiC lövhələrinin səthinin düzlüyünü göstərir. Kəsmə irəlilədikcə lövhənin əyilməsi artır. Bunun səbəbi, tel aşağıya doğru hərəkət etdikcə tel və material arasındakı təmas sahəsinin artması və müqavimətin və tel titrəməsinin artmasıdır. Tel lövhənin maksimum diametrinə çatdıqda, titrəmə pik nöqtəsində olur və bu da maksimum əyilməyə səbəb olur.

Kəsmənin sonrakı mərhələlərində, telin sürətlənməsi, sabit sürətlə hərəkəti, yavaşlama, dayanma və geri çevrilməsi, eləcə də soyuducu ilə zibilin təmizlənməsində çətinliklər səbəbindən lövhənin səth keyfiyyəti pisləşir. Telin geri çevrilməsi və sürət dalğalanmaları, eləcə də telin üzərindəki böyük almaz hissəcikləri səth cızıqlarının əsas səbəbləridir.

1.4 Soyuq Ayrılma Texnologiyası

SiC monokristallarının soyuq ayrılması üçüncü nəsil yarımkeçirici material emalı sahəsində innovativ bir prosesdir. Son illərdə məhsuldarlığı artırmaq və material itkisini azaltmaqda nəzərəçarpacaq üstünlüklərinə görə əhəmiyyətli dərəcədə diqqət çəkmişdir. Texnologiya üç aspektdən təhlil edilə bilər: iş prinsipi, proses axını və əsas üstünlüklər.

Kristalın İstiqamətinin Təyin Edilməsi və Xarici Diametrin Üyüdülməsi: Emaldan əvvəl SiC külçəsinin kristal istiqaməti təyin olunmalıdır. Daha sonra külçə xarici diametrli üyüdülmə yolu ilə silindrik bir quruluşa (adətən SiC puck adlanır) çevrilir. Bu addım sonrakı istiqamətli kəsmə və dilimləmə üçün təməl qoyur.

Çoxməftilli Kəsmə: Bu üsul, silindrik külçəni kəsmək üçün aşındırıcı hissəciklərdən kəsici məftillərlə birləşdirilmiş şəkildə istifadə edir. Bununla belə, əhəmiyyətli dərəcədə əyilmə itkisi və səth qeyri-bərabərliyi problemlərindən əziyyət çəkir.

Lazerlə Kəsmə Texnologiyası: Kristalın içərisində nazik dilimlərin ayrıla biləcəyi modifikasiya olunmuş bir təbəqə yaratmaq üçün lazerdən istifadə olunur. Bu yanaşma material itkisini azaldır və emal səmərəliliyini artırır, bu da onu SiC lövhə kəsmə üçün perspektivli yeni bir istiqamətə çevirir.

Kəsmə Prosesinin Optimallaşdırılması

Sabit Aşındırıcı Çox Məftilli Kəsmə: Bu, hazırda SiC-nin yüksək sərtlik xüsusiyyətlərinə uyğun olan əsas texnologiyadır.

Elektrik Boşaltma Emalı (EDM) və Soyuq Ayrılma Texnologiyası: Bu üsullar spesifik tələblərə uyğunlaşdırılmış müxtəlif həllər təqdim edir.

Cilalama Prosesi: Materialın təmizlənmə sürəti və səth zədələnməsi arasında tarazlıq yaratmaq vacibdir. Səthin vahidliyini artırmaq üçün Kimyəvi Mexaniki Cilalama (KMC) istifadə olunur.

Real Vaxt Monitorinqi: Səth pürüzlülüyünü real vaxt rejimində izləmək üçün onlayn yoxlama texnologiyaları tətbiq olunur.

Lazerlə Dilimləmə: Bu texnika, istilik təsir zonası hələ də çətin olsa da, əyilmə itkisini azaldır və emal dövrlərini qısaldır.

Hibrid Emal Texnologiyaları: Mexaniki və kimyəvi metodların birləşdirilməsi emal səmərəliliyini artırır.

Bu texnologiya artıq sənaye tətbiqinə nail olub. Məsələn, Infineon şirkəti SILTECTRA şirkətini əldə edib və hazırda 8 düymlük lövhələrin kütləvi istehsalını dəstəkləyən əsas patentlərə malikdir. Çində Delong Laser kimi şirkətlər 6 düymlük lövhə emalı üçün hər külçə üçün 30 lövhənin məhsuldarlığına nail olublar ki, bu da ənənəvi üsullarla müqayisədə 40% irəliləyiş deməkdir.

Yerli avadanlıq istehsalı sürətləndikcə, bu texnologiyanın SiC substrat emalı üçün əsas həll yoluna çevrilməsi gözlənilir. Yarımkeçirici materialların diametrinin artması ilə ənənəvi kəsmə üsulları köhnəlmişdir. Mövcud variantlar arasında qarşılıqlı almaz məftil mişar texnologiyası ən perspektivli tətbiq perspektivlərini göstərir. Lazer kəsmə, inkişaf etməkdə olan bir texnika olaraq, əhəmiyyətli üstünlüklər təklif edir və gələcəkdə əsas kəsmə üsuluna çevrilməsi gözlənilir.

2,SiC Tək Kristal Üyüdülməsi

Üçüncü nəsil yarımkeçiricilərin nümayəndəsi olaraq, silisium karbid (SiC) geniş zolaq boşluğu, yüksək parçalanma elektrik sahəsi, yüksək doyma elektron sürüşmə sürəti və əla istilik keçiriciliyi sayəsində əhəmiyyətli üstünlüklər təklif edir. Bu xüsusiyyətlər SiC-ni xüsusilə yüksək gərginlikli tətbiqlərdə (məsələn, 1200V mühitlərdə) üstünlüklü edir. SiC substratları üçün emal texnologiyası cihaz istehsalının əsas hissəsidir. Substratın səth keyfiyyəti və dəqiqliyi epitaksial təbəqənin keyfiyyətinə və son cihazın işinə birbaşa təsir göstərir.

Üyütmə prosesinin əsas məqsədi səth mişar izlərini və dilimləmə zamanı yaranan zədələnmə təbəqələrini təmizləmək və kəsmə prosesinin yaratdığı deformasiyanı düzəltməkdir. SiC-nin son dərəcə yüksək sərtliyini nəzərə alaraq, üyütmə bor karbidi və ya almaz kimi sərt aşındırıcı maddələrin istifadəsini tələb edir. Adi üyütmə adətən qaba və incə üyütməyə bölünür.

2.1 Kobud və incə üyüdülmə

Aşındırıcı hissəciklərin ölçüsünə görə üyüdülmə aşağıdakı kimi təsnif edilə bilər:

Kobud Taşlama: Əsasən kəsmə zamanı yaranan mişar izlərini və zədələnmiş təbəqələri təmizləmək üçün daha böyük aşındırıcılardan istifadə edir və bu da emal səmərəliliyini artırır.

İncə Taşlama: Kobud üyütmə nəticəsində qalan zədə qatını təmizləmək, səth pürüzlülüyünü azaltmaq və səth keyfiyyətini artırmaq üçün daha incə aşındırıcı maddələrdən istifadə edir.

Bir çox yerli SiC substrat istehsalçıları genişmiqyaslı istehsal proseslərindən istifadə edirlər. Ümumi bir üsul çuqun lövhə və monokristal almaz məhlulu istifadə edərək iki tərəfli üyüdülməni əhatə edir. Bu proses məftil mişarlama zamanı qalan zədə qatını effektiv şəkildə aradan qaldırır, lövhə formasını düzəldir və TTV (Ümumi Qalınlıq Dəyişikliyi), Buruqluq və Çürüməni azaldır. Materialın təmizlənmə sürəti sabitdir, adətən 0,8-1,2 μm/dəq-ə çatır. Lakin, nəticədə yaranan lövhə səthi nisbətən yüksək pürüzlülüyə malik tutqundur - adətən təxminən 50 nm - bu da sonrakı cilalama mərhələlərinə daha yüksək tələblər qoyur.

2.2 Tək Tərəfli Üyüdülmə

Tək tərəfli üyütmə zamanı lövhənin yalnız bir tərəfi emal olunur. Bu proses zamanı lövhə polad lövhəyə mumla bərkidilir. Tətbiq olunan təzyiq altında substrat yüngül deformasiyaya uğrayır və yuxarı səth düzəldilir. Üyüdüldükdən sonra aşağı səth düzəldilir. Təzyiq aradan qaldırıldıqda, yuxarı səth orijinal formasına qayıdır ki, bu da artıq yerləşmiş aşağı səthə də təsir göstərir və hər iki tərəfin əyilməsinə və düzləşməsinə səbəb olur.

Üstəlik, üyütmə lövhəsi qısa müddətdə içbükey hala gələ bilər və bu da lövhənin qabarıqlaşmasına səbəb ola bilər. Lövhənin düzlüyünü qorumaq üçün tez-tez sarğı tələb olunur. Aşağı səmərəlilik və lövhənin zəif düzlüyü səbəbindən tək tərəfli üyütmə kütləvi istehsal üçün uyğun deyil.

Adətən, incə üyütmə üçün #8000 üyütmə çarxları istifadə olunur. Yaponiyada bu proses nisbətən inkişaf etmiş və hətta #30000 cilalama çarxlarından da istifadə olunur. Bu, emal olunmuş lövhələrin səth pürüzlülüyünün 2 nm-dən aşağıya çatmasına imkan verir və lövhələri əlavə emal olmadan son CMP (Kimyəvi Mexaniki Cilalama) üçün hazır edir.

2.3 Tək Tərəfli İncələşdirmə Texnologiyası

Almaz Tək Tərəfli İncələşdirmə Texnologiyası tək tərəfli üyütmənin yeni bir üsuludur. Şəkil 5-də göstərildiyi kimi (burada göstərilməyib), proses almazla birləşdirilmiş üyütmə lövhəsindən istifadə edir. Plitələr vakuum adsorbsiyası vasitəsilə sabitlənir, həm lövhə, həm də almaz üyütmə çarxı eyni vaxtda fırlanır. Üyütmə çarxı tədricən aşağıya doğru hərəkət edərək lövhəni hədəf qalınlığa qədər incəldir. Bir tərəfi hazır olduqdan sonra, digər tərəfi emal etmək üçün plitələr çevrilir.

İncəltdikdən sonra 100 mm-lik lövhə aşağıdakılara nail ola bilər:

Yay < 5 μm

TTV < 2 μm

Səth pürüzlülüyü < 1 nm

Bu tək lövhəli emal üsulu yüksək stabillik, əla tutarlılıq və yüksək material çıxarma sürəti təklif edir. Ənənəvi ikitərəfli üyütmə ilə müqayisədə bu üsul üyütmə səmərəliliyini 50%-dən çox artırır.

2.4 İkitərəfli üyütmə

İki tərəfli üyütmə, substratın hər iki tərəfini eyni vaxtda üyütmək üçün həm yuxarı, həm də aşağı üyütmə lövhəsindən istifadə edir və bu da hər iki tərəfdə əla səth keyfiyyətini təmin edir.

Proses zamanı üyütmə lövhələri əvvəlcə iş parçasının ən yüksək nöqtələrinə təzyiq tətbiq edir və bu da deformasiyaya və həmin nöqtələrdə tədricən materialın çıxarılmasına səbəb olur. Yüksək nöqtələr düzəldildikcə, substrat üzərindəki təzyiq tədricən daha vahid olur və nəticədə bütün səthdə ardıcıl deformasiya yaranır. Bu, həm yuxarı, həm də aşağı səthlərin bərabər şəkildə üyüdülməsinə imkan verir. Üyütmə başa çatdıqdan və təzyiq buraxıldıqdan sonra, substratın hər bir hissəsi yaşadığı bərabər təzyiq səbəbindən bərabər şəkildə bərpa olunur. Bu, minimal əyilməyə və yaxşı düzlüyə səbəb olur.

Öğütmədən sonra lövhənin səthinin pürüzlülüyü aşındırıcı hissəcik ölçüsündən asılıdır - daha kiçik hissəciklər daha hamar səthlər verir. İki tərəfli üyütmə üçün 5 μm aşındırıcı maddələrdən istifadə edərkən, lövhənin düzlüyü və qalınlığının dəyişməsi 5 μm daxilində idarə oluna bilər. Atom Qüvvəsi Mikroskopiyası (AFM) ölçmələri təxminən 100 nm səth pürüzlülüyünü (Rq), 380 nm dərinliyə qədər üyüdülmə çuxurlarını və aşındırıcı təsirdən qaynaqlanan görünən xətti izləri göstərir.

Daha inkişaf etmiş bir üsul, poliuretan köpük yastıqları və polikristal almaz məhlulu istifadə edərək iki tərəfli üyüdülməni əhatə edir. Bu proses, çox aşağı səth pürüzlülüyünə malik lövhələr istehsal edir və Ra < 3 nm əldə edir ki, bu da SiC substratlarının sonrakı cilalanması üçün çox faydalıdır.

Lakin, səthin cızılması hələ də həll olunmamış bir məsələ olaraq qalır. Bundan əlavə, bu prosesdə istifadə olunan polikristal almaz partlayıcı sintez yolu ilə istehsal olunur ki, bu da texniki cəhətdən çətin, az miqdarda məhsul verir və olduqca bahadır.

SiC Tək Kristallarının Cilalanması

Silisium karbid (SiC) lövhələrində yüksək keyfiyyətli cilalanmış səth əldə etmək üçün cilalama zamanı üyüdülmə çuxurları və nanometr miqyaslı səth dalğalanmaları tamamilə aradan qaldırılmalıdır. Məqsəd çirklənmə və ya deqradasiya olmadan, yeraltı zədələnmədən və qalıq səth gərginliyi olmadan hamar, qüsursuz bir səth yaratmaqdır.

3.1 SiC lövhələrinin mexaniki cilalanması və CMP-si

SiC tək kristal külçəsinin böyüməsindən sonra səth qüsurları onun epitaksial böyümə üçün birbaşa istifadəsinin qarşısını alır. Buna görə də, əlavə emal tələb olunur. Külə əvvəlcə yuvarlaqlaşdırma yolu ilə standart silindrik formaya salınır, sonra məftil kəsmə yolu ilə lövhələrə dilimlənir, ardınca kristalloqrafik istiqamətləndirmə yoxlanılır. Cilalama lövhənin keyfiyyətini yaxşılaşdırmaqda, kristal böyümə qüsurlarının və əvvəlki emal addımlarının yaratdığı potensial səth zədələnməsinin aradan qaldırılmasında vacib bir addımdır.

SiC-də səth zədələnmə təbəqələrini təmizləməyin dörd əsas üsulu var:

Mexaniki cilalama: Sadə, lakin cızıqlar buraxır; ilkin cilalama üçün uyğundur.

Kimyəvi Mexaniki Cilalama (KMC): Cızıqları kimyəvi aşındırma ilə təmizləyir; dəqiq cilalama üçün uyğundur.

Hidrogen aşındırma: HTCVD proseslərində geniş istifadə olunan mürəkkəb avadanlıq tələb edir.

Plazma ilə cilalama: Mürəkkəb və nadir hallarda istifadə olunur.

Yalnız mexaniki cilalama cızıqlara səbəb olur, yalnız kimyəvi cilalama isə qeyri-bərabər aşınmaya səbəb ola bilər. CMP hər iki üstünlüyü özündə birləşdirir və səmərəli və qənaətcil bir həll təklif edir.

CMP İş Prinsipi

CMP, lövhəni müəyyən bir təzyiq altında fırlanan cilalama yastığına qarşı fırlatmaqla işləyir. Bu nisbi hərəkət, məhluldakı nano ölçülü aşındırıcılardan mexaniki aşınma və reaktiv maddələrin kimyəvi təsiri ilə birləşərək səthin müstəviləşməsinə nail olur.

İstifadə olunan əsas materiallar:

Cilalama məhlulu: Aşındırıcı maddələr və kimyəvi reagentlər ehtiva edir.

Cilalama yastığı: İstifadə zamanı aşınır, məsamə ölçüsünü və məhlulun çatdırılma səmərəliliyini azaldır. Kələ-kötürlüyü bərpa etmək üçün adətən almaz şkafdan istifadə edərək müntəzəm sarğı tələb olunur.

Tipik CMP Prosesi

Aşındırıcı: 0,5 μm almaz məhlulu

Hədəf səth pürüzlülüyü: ~0.7 nm

Kimyəvi Mexaniki Cilalama:

Cilalama avadanlığı: AP-810 tək tərəfli cilalayıcı

Təzyiq: 200 q/sm²

Plitənin sürəti: 50 rpm

Keramika tutucu sürəti: 38 dövr/dəq

Çözümün tərkibi:

SiO₂ (30 çəki%, pH = 10.15)

0–70 çəki % H₂O₂ (30 çəki %, reagent dərəcəsi)

5 çəki % KOH və 1 çəki % HNO₃ istifadə edərək pH-ı 8.5-ə tənzimləyin

Suyulması axın sürəti: 3 L/dəq, təkrar dövriyyəyə buraxılıb

Bu proses SiC lövhəsinin keyfiyyətini effektiv şəkildə yaxşılaşdırır və sonrakı proseslər üçün tələblərə cavab verir.

Mexaniki Cilalamada Texniki Çətinliklər

Geniş zolaqlı yarımkeçirici kimi SiC elektronika sənayesində mühüm rol oynayır. Əla fiziki və kimyəvi xüsusiyyətlərinə malik SiC tək kristalları yüksək temperatur, yüksək tezlik, yüksək güc və radiasiya müqaviməti kimi ekstremal mühitlər üçün uyğundur. Lakin, onun sərt və kövrək təbiəti üyütmə və cilalama üçün böyük çətinliklər yaradır.

Aparıcı qlobal istehsalçılar 6 düymlük lövhələrdən 8 düymlük lövhələrə keçdikcə, emal zamanı çatlama və lövhənin zədələnməsi kimi problemlər daha da qabarıqlaşaraq məhsuldarlığa əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərir. 8 düymlük SiC substratlarının texniki çətinliklərinin həlli hazırda sənayenin inkişafı üçün əsas meyardır.

8 düymlük dövrdə SiC lövhə emalı çoxsaylı çətinliklərlə üzləşir:

Xüsusilə elektrikli nəqliyyat vasitələrinin tətbiqlərində artan tələbat nəzərə alınmaqla, hər partiyada çip çıxışını artırmaq, kənar itkisini azaltmaq və istehsal xərclərini azaltmaq üçün lövhə miqyaslanması vacibdir.

8 düymlük SiC tək kristallarının böyüməsi yetkinləşsə də, üyütmə və cilalama kimi arxa proseslər hələ də çətinliklərlə üzləşir və bu da aşağı məhsuldarlığa səbəb olur (cəmi 40-50%).

Daha böyük lövhələr daha mürəkkəb təzyiq paylanmaları ilə qarşılaşır və bu da cilalama stressinin və məhsuldarlıq ardıcıllığının idarə olunmasını çətinləşdirir.

8 düymlük lövhələrin qalınlığı 6 düymlük lövhələrin qalınlığına yaxınlaşsa da, gərginlik və əyilmə səbəbindən işləmə zamanı zədələnməyə daha çox meyllidirlər.

Kəsmə ilə əlaqəli gərginliyi, əyilməni və çatlamanı azaltmaq üçün lazer kəsmə getdikcə daha çox istifadə olunur. Lakin:

Uzun dalğalı lazerlər termal zərər verir.

Qısa dalğalı lazerlər ağır zibil əmələ gətirir və zədələnmiş təbəqəni dərinləşdirir, cilalama mürəkkəbliyini artırır.

SiC üçün mexaniki cilalama iş axını

Ümumi proses axınına aşağıdakılar daxildir:

İstiqamət kəsmə

Kobud üyütmə

İncə üyütmə

Mexaniki cilalama

Son mərhələ kimi Kimyəvi Mexaniki Cilalama (KMC)

CMP metodunun seçimi, proses marşrutunun dizaynı və parametrlərin optimallaşdırılması çox vacibdir. Yarımkeçirici istehsalında CMP, yüksək keyfiyyətli epitaksial böyümə üçün vacib olan ultra hamar, qüsursuz və zədələnməmiş səthlərə malik SiC lövhələrinin istehsalı üçün müəyyənedici addımdır.

(a) SiC külçəsini tiyədən çıxarın;

(b) Xarici diametrli üyütmə ilə ilkin formalaşdırmanı həyata keçirin;

(c) Kristalın istiqamətini hizalama düzlükləri və ya kəsikləri istifadə edərək təyin edin;

(d) Çoxməftilli mişardan istifadə edərək külçəni nazik lövhələrə doğrayın;

(e) Cilalama və cilalama mərhələləri vasitəsilə güzgü kimi səth hamarlığına nail olun.

Bir sıra emal mərhələlərini tamamladıqdan sonra, SiC lövhəsinin xarici kənarı tez-tez itiləşir və bu da işləmə və ya istifadə zamanı qırılma riskini artırır. Bu cür kövrəkliyin qarşısını almaq üçün kənarların üyüdülməsi tələb olunur.

Ənənəvi dilimləmə proseslərinə əlavə olaraq, SiC lövhələrinin hazırlanması üçün innovativ bir üsul yapışdırma texnologiyasını əhatə edir. Bu yanaşma, nazik SiC tək kristal təbəqəsini heterojen bir substrata (dəstəkləyici substrat) yapışdırmaqla lövhə istehsalına imkan verir.

Şəkil 3 proses axınını göstərir:

Əvvəlcə, hidrogen ion implantasiyası və ya oxşar üsullar vasitəsilə SiC tək kristalının səthində müəyyən bir dərinlikdə delaminasiya təbəqəsi əmələ gəlir. Daha sonra işlənmiş SiC tək kristalı düz bir dəstəkləyici substrata yapışdırılır və təzyiq və istiliyə məruz qalır. Bu, SiC tək kristal təbəqəsinin dəstəkləyici substrata uğurla köçürülməsinə və ayrılmasına imkan verir.

Ayrılmış SiC təbəqəsi tələb olunan düzlüyə nail olmaq üçün səthi emaldan keçir və sonrakı yapışdırma proseslərində təkrar istifadə edilə bilər. SiC kristallarının ənənəvi dilimlənməsi ilə müqayisədə bu texnika bahalı materiallara tələbatı azaldır. Texniki çətinliklər hələ də davam etsə də, daha ucuz lövhə istehsalına imkan yaratmaq üçün tədqiqat və inkişaflar fəal şəkildə irəliləyir.

SiC-nin yüksək sərtliyi və kimyəvi stabilliyi (bu da onu otaq temperaturunda reaksiyalara davamlı edir) nəzərə alınmaqla, incə üyüdülmə çuxurlarını təmizləmək, səth zədələnməsini azaltmaq, cızıqları, çuxur əmələ gəlməsini və portağal qabığı qüsurlarını aradan qaldırmaq, səth pürüzlülüyünü azaltmaq, düzlüyü yaxşılaşdırmaq və səth keyfiyyətini artırmaq üçün mexaniki cilalama tələb olunur.

Yüksək keyfiyyətli cilalanmış bir səth əldə etmək üçün aşağıdakılar lazımdır:

Aşındırıcı növlərini tənzimləyin,

Hissəcik ölçüsünü azaldın,

Proses parametrlərini optimallaşdırın,

Kifayət qədər sərtliyə malik cilalama materialları və yastıqları seçin.

Şəkil 7 göstərir ki, 1 μm aşındırıcılarla iki tərəfli cilalama 10 μm daxilində düzlük və qalınlıq dəyişikliyini idarə edə və səth pürüzlülüyünü təxminən 0,25 nm-ə qədər azalda bilər.

3.2 Kimyəvi Mexaniki Cilalama (KMC)

Kimyəvi Mexaniki Cilalama (KMC), emal olunan material üzərində hamar, düz bir səth yaratmaq üçün ultra incə hissəcik aşınmasını kimyəvi aşınma ilə birləşdirir. Əsas prinsip aşağıdakılardır:

Cilalama məhlulu ilə lövhə səthi arasında kimyəvi reaksiya baş verir və yumşaq bir təbəqə əmələ gətirir.

Aşındırıcı hissəciklər və yumşaq təbəqə arasındakı sürtünmə materialı aradan qaldırır.

CMP-nin üstünlükləri:

Tamamilə mexaniki və ya kimyəvi cilalamanın çatışmazlıqlarını aradan qaldırır,

Həm qlobal, həm də yerli planarizasiyaya nail olur,

Yüksək düzlük və aşağı pürüzlülüklü səthlər yaradır,

Səthdə və ya alt hissədə heç bir zərər buraxmır.

Ətraflı olaraq:

Plitələr təzyiq altında cilalama yastığına nisbətən hərəkət edir.

Şlamdakı nanometr miqyaslı aşındırıcılar (məsələn, SiO₂) kəsilmədə, Si-C kovalent rabitələrinin zəifləməsində və materialın çıxarılmasını artırmaqda iştirak edir.

CMP Texnikalarının Növləri:

Sərbəst Aşındırıcı Cilalama: Aşındırıcı maddələr (məsələn, SiO₂) məhlulda asılı vəziyyətdə olur. Materialın çıxarılması üç gövdəli aşınma (plastinka-plastinka-aşındırıcı) yolu ilə baş verir. Vahidliyi artırmaq üçün aşındırıcının ölçüsü (adətən 60–200 nm), pH və temperatur dəqiq şəkildə idarə olunmalıdır.

Sabit Aşındırıcı Cilalama: Aşındırıcı maddələr yığılmanın qarşısını almaq üçün cilalama yastığına yerləşdirilir - yüksək dəqiqlikli emal üçün idealdır.

Cilalama Sonrası Təmizləmə:

Cilalanmış lövhələr aşağıdakılara məruz qalır:

Kimyəvi təmizləmə (di suyu və çirkab qalıqlarının təmizlənməsi daxil olmaqla),

DI suyunun yuyulması və

İsti azot qurutma

səth çirkləndiricilərini minimuma endirmək üçün.

Səth Keyfiyyəti və Performans

Səth pürüzlülüyü Ra < 0.3 nm-ə endirilə bilər və bu da yarımkeçirici epitaksiya tələblərinə cavab verir.

Qlobal Düzləşdirmə: Kimyəvi yumşalma və mexaniki təmizlənmənin kombinasiyası cızıqları və qeyri-bərabər aşınmanı azaldır və təmiz mexaniki və ya kimyəvi üsullardan daha yaxşı nəticə verir.

Yüksək səmərəlilik: SiC kimi sərt və kövrək materiallar üçün uyğundur, materialın təmizlənmə sürəti saatda 200 nm-dən yuxarıdır.

Digər İnkişaf Edən Cilalama Texnikaları

KMP-yə əlavə olaraq, alternativ üsullar təklif edilmişdir, o cümlədən:

Elektrokimyəvi cilalama, katalizatorla cilalama və ya aşındırma, və

Tribokimyəvi cilalama.

Lakin, bu üsullar hələ də tədqiqat mərhələsindədir və SiC-nin çətin material xüsusiyyətlərinə görə yavaş inkişaf etmişdir.

Nəticə etibarilə, SiC emalı, səth keyfiyyətini yaxşılaşdırmaq üçün əyilmə və pürüzlülüyün azaldılmasının tədricən aparılan bir prosesidir və hər mərhələdə düzlük və pürüzlülük nəzarəti vacibdir.

Emal Texnologiyası

Plitənin üyüdülmə mərhələsində, plitənin lazımi düzlük və səth pürüzlülüyünə qədər üyüdülməsi üçün müxtəlif hissəcik ölçülərinə malik almaz məhlulu istifadə olunur. Bundan sonra həm mexaniki, həm də kimyəvi mexaniki cilalama (CMP) üsullarından istifadə edərək zədələnmədən cilalanmış silikon karbid (SiC) plitələr istehsal olunur.

Cilalamadan sonra, SiC lövhələri bütün texniki parametrlərin tələb olunan standartlara cavab verdiyini təmin etmək üçün optik mikroskoplar və rentgen difraktometrləri kimi alətlərdən istifadə etməklə ciddi keyfiyyət yoxlamasından keçir. Nəhayət, cilalanmış lövhələr səth çirkləndiricilərini təmizləmək üçün xüsusi təmizləyici vasitələr və ultra təmiz su ilə təmizlənir. Daha sonra onlar ultra yüksək təmizlikli azot qazı və fırlanan qurutma maşınları ilə qurudulur və bütün istehsal prosesi tamamlanır.

İllərdir davam edən səylərdən sonra Çin daxilində SiC tək kristallarının emalı sahəsində əhəmiyyətli irəliləyişlər əldə edilmişdir. Ölkə daxilində 100 mm-lik aşqarlanmış yarı izolyasiyaedici 4H-SiC tək kristalları uğurla hazırlanmışdır və n-tipli 4H-SiC və 6H-SiC tək kristalları artıq partiyalarla istehsal edilə bilər. TankeBlue və TYST kimi şirkətlər artıq 150 mm-lik SiC tək kristalları hazırlamışlar.

SiC lövhə emalı texnologiyası baxımından yerli müəssisələr əvvəlcədən kristal dilimləmə, üyütmə və cilalama üçün proses şərtlərini və marşrutlarını araşdırıblar. Onlar əsasən cihaz istehsalı tələblərinə cavab verən nümunələr istehsal edə bilirlər. Lakin, beynəlxalq standartlarla müqayisədə yerli lövhələrin səth emalı keyfiyyəti hələ də xeyli geridə qalır. Bir neçə problem var:

Beynəlxalq SiC nəzəriyyələri və emal texnologiyaları ciddi şəkildə qorunur və asanlıqla əldə edilə bilməz.

Proseslərin təkmilləşdirilməsi və optimallaşdırılması üçün nəzəri tədqiqat və dəstək çatışmazlığı var.

Xarici avadanlıq və komponentlərin idxalının dəyəri yüksəkdir.

Avadanlıq dizaynı, emal dəqiqliyi və materiallar üzrə yerli tədqiqatlar beynəlxalq səviyyələrlə müqayisədə hələ də əhəmiyyətli boşluqlar göstərir.

Hazırda Çində istifadə olunan yüksək dəqiqlikli cihazların əksəriyyəti idxal olunur. Sınaq avadanlıqları və metodologiyaları da daha da təkmilləşdirilməyə ehtiyac duyur.

Üçüncü nəsil yarımkeçiricilərin davamlı inkişafı ilə, səth emalı keyfiyyətinə daha yüksək tələblər ilə yanaşı, SiC tək kristal substratlarının diametri də durmadan artır. Plitənin emalı texnologiyası SiC tək kristallarının böyüməsindən sonra texniki cəhətdən ən çətin addımlardan birinə çevrilmişdir.

Emaldakı mövcud problemləri həll etmək üçün kəsmə, üyütmə və cilalama ilə əlaqəli mexanizmləri daha da öyrənmək və SiC lövhə istehsalı üçün uyğun proses metodlarını və marşrutlarını araşdırmaq vacibdir. Eyni zamanda, yüksək keyfiyyətli substratlar istehsal etmək üçün qabaqcıl beynəlxalq emal texnologiyalarından öyrənmək və ən müasir ultra dəqiq emal texnikaları və avadanlıqlarını tətbiq etmək lazımdır.

Plitənin ölçüsü artdıqca, kristalların böyüməsi və emalının çətinliyi də artır. Bununla belə, sonrakı cihazların istehsal səmərəliliyi əhəmiyyətli dərəcədə artır və vahid dəyəri azalır. Hazırda əsas SiC plitəsi təchizatçıları qlobal miqyasda diametri 4 düymdən 6 düymə qədər məhsullar təklif edirlər. Cree və II-VI kimi aparıcı şirkətlər artıq 8 düymlük SiC plitəsi istehsal xətlərinin inkişafı üçün planlaşdırma işlərinə başlayıblar.