SiC Gofret Emalı Texnologiyasının Mövcud Vəziyyəti və Trendləri

Üçüncü nəsil yarımkeçirici substrat materialı kimi,silisium karbid (SiC)monokristal 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 məqalə həm Çində, həm də xaricdə SiC emal texnologiyaları üzrə tədqiqatların hazırkı vəziyyətini təqdim edir, kəsmə, üyütmə və cilalama prosesləri mexanizmlərini, həmçinin vafli düzlük və səth pürüzlülüyündəki tendensiyaları təhlil edir və müqayisə edir. O, həmçinin SiC vafli emalında mövcud çətinlikləri qeyd edir və gələcək inkişaf istiqamətlərini müzakirə edir.

Silisium karbid (SiC)vafli üçüncü nəsil yarımkeçirici cihazlar üçün kritik təməl materialdır və mikroelektronika, enerji elektronikası və yarımkeçirici işıqlandırma kimi sahələrdə əhəmiyyətli əhəmiyyətə və bazar potensialına malikdir. Son dərəcə yüksək sərtliyə və kimyəvi sabitliyə görəSiC monokristalları, ənənəvi yarımkeçirici emal üsulları onların emal üçün tamamilə uyğun deyil. Bir çox beynəlxalq şirkətlər SiC monokristallarının texniki cəhətdən tələbkar emalı ilə bağlı geniş araşdırma aparsalar da, müvafiq texnologiyalar ciddi şəkildə məxfi saxlanılır.

Son illərdə Çin SiC monokristal materiallarının və cihazlarının inkişafında səyləri artırdı. Bununla belə, ölkədə SiC cihaz texnologiyasının inkişafı hazırda emal texnologiyaları və vafli keyfiyyət məhdudiyyətləri ilə məhdudlaşır. Buna görə də, Çin üçün SiC monokristal substratlarının keyfiyyətini artırmaq və onların praktik tətbiqinə və kütləvi istehsalına nail olmaq üçün SiC emal imkanlarını təkmilləşdirməsi vacibdir.

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

SiC tək kristallarının kəsilməsi

emalındaSiC monokristalları, kəsmə ilk və çox kritik addımdır. Kəsmə prosesi nəticəsində yaranan vaflinin yayın, əyilmə və ümumi qalınlığın dəyişməsi (TTV) sonrakı daşlama və cilalama əməliyyatlarının keyfiyyətini və effektivliyini müəyyən edir.

Kəsmə alətləri formaya görə almaz daxili diametrli (ID) mişarlar, xarici diametrli (OD) mişarlar, lent mişarları və tel mişarlara bölünə bilər. Tel mişarları, öz növbəsində, hərəkət növünə görə pistonlu və döngə (sonsuz) tel sistemlərinə təsnif edilə bilər. Aşındırıcının kəsmə mexanizminə əsasən, tel mişar dilimləmə üsulları iki növə bölünə bilər: pulsuz aşındırıcı məftil mişarlama və sabit aşındırıcı almaz tel kəsmə.

1.1 Ənənəvi kəsmə üsulları

Xarici diametrli (OD) mişarların kəsmə dərinliyi bıçağın diametri ilə məhdudlaşır. Kəsmə prosesi zamanı bıçaq vibrasiyaya və sapmaya meyllidir, nəticədə yüksək səs-küy səviyyəsi və zəif sərtlik yaranır. Daxili diametrli (ID) mişarlar kəsici kənar kimi bıçağın daxili çevrəsində almaz aşındırıcılardan istifadə edir. Bu bıçaqlar 0,2 mm-ə qədər nazik ola bilər. Dilimləmə zamanı kəsmə bıçağı yüksək sürətlə fırlanır, kəsiləcək material bıçağın mərkəzinə nisbətən radial olaraq hərəkət edir və bu nisbi hərəkət vasitəsilə dilimlənməyə nail olur.

Almaz lentli mişarlar tez-tez dayanma və geri çevrilmə tələb edir və kəsmə sürəti çox aşağıdır - adətən 2 m/s-dən çox deyil. Onlar həmçinin əhəmiyyətli mexaniki aşınma və yüksək texniki xidmət xərclərindən əziyyət çəkirlər. Testere bıçağının genişliyinə görə kəsici radius çox kiçik ola bilməz və çox dilimli kəsmə mümkün deyil. Bu ənənəvi mişar alətləri bazanın sərtliyi ilə məhdudlaşır və əyri kəsiklər edə bilməz və ya məhdud dönüş radiuslarına malik ola bilməz. Onlar yalnız düz kəsmə qabiliyyətinə malikdirlər, geniş çubuqlar yaradırlar, aşağı məhsuldarlığa malikdirlər və buna görə də kəsmək üçün yararsızdırlar.SiC kristalları.

1.2 Pulsuz Aşındırıcı Tel Saw Çox Telli Kəsmə

Sərbəst aşındırıcı məftil mişar dilimləmə texnikası materialın çıxarılmasına imkan verən şlamı çuxura aparmaq üçün telin sürətli hərəkətindən istifadə edir. Bu, ilk növbədə, qarşılıqlı bir quruluşdan istifadə edir və hazırda tək kristallı silisiumun səmərəli çoxlu vafli kəsilməsi üçün yetkin və geniş istifadə olunan bir üsuldur. Bununla belə, onun SiC kəsilməsində tətbiqi az geniş şəkildə öyrənilmişdir.

Pulsuz aşındırıcı məftil mişarları qalınlığı 300 μm-dən az olan vafliləri emal edə bilər. Onlar aşağı kerf itkisini təklif edir, nadir hallarda çiplərə səbəb olur və nisbətən yaxşı səth keyfiyyəti ilə nəticələnir. Bununla belə, aşındırıcı maddələrin yuvarlanması və girintisinə əsaslanan materialın çıxarılması mexanizmi sayəsində vafli səthdə əhəmiyyətli qalıq gərginlik, mikro çatlar və daha dərin zədələnmiş təbəqələr əmələ gəlir. Bu, vaflinin əyilməsinə gətirib çıxarır, səth profilinin dəqiqliyinə nəzarəti çətinləşdirir və sonrakı emal mərhələlərində yükü artırır.

Kəsmə performansı şlamdan çox təsirlənir; aşındırıcı maddələrin kəskinliyini və şlamın konsentrasiyasını saxlamaq lazımdır. Şlamın emalı və təkrar emalı baha başa gəlir. Böyük ölçülü külçələri kəsərkən, aşındırıcılar dərin və uzun çubuqlara nüfuz etməkdə çətinlik çəkirlər. Eyni aşındırıcı taxıl ölçüsü altında kerf itkisi sabit aşındırıcı məftil mişarlarından daha böyükdür.

1.3 Sabit aşındırıcı almaz məftil mişarı Çox telli kəsmə

Sabit aşındırıcı almaz məftil mişarları adətən almaz hissəciklərini elektrokaplama, sinterləmə və ya qatran bağlama üsulları ilə polad məftil substratına yerləşdirməklə hazırlanır. Elektrolizlənmiş almaz məftil mişarları daha dar aralıqlar, daha yaxşı dilim keyfiyyəti, daha yüksək səmərəlilik, daha az çirklənmə və yüksək sərtlikli materialları kəsmək qabiliyyəti kimi üstünlüklər təklif edir.

Pistonlu elektrolizlənmiş almaz məftil mişarı hazırda SiC-ni kəsmək üçün ən çox istifadə edilən üsuldur. Şəkil 1 (burada göstərilməyib) bu ​​texnika ilə kəsilmiş SiC vaflilərinin səthinin düzlüyünü göstərir. Kəsmə irəlilədikcə, vafli əyilmə artır. Bunun səbəbi, telin aşağıya doğru hərəkət etməsi ilə tel və material arasındakı təmas sahəsinin artması, müqavimətin və telin vibrasiyasının artmasıdır. Tel vaflinin maksimum diametrinə çatdıqda, vibrasiya ən yüksək həddə çatır və nəticədə maksimum əyilmə olur.

Kəsmənin sonrakı mərhələlərində telin sürətlənməsi, sabit sürətlə hərəkət etməsi, yavaşlaması, dayanması və geri çevrilməsi, soyuducu ilə zibilin çıxarılmasında çətinliklərlə yanaşı, vaflinin səth keyfiyyəti pisləşir. Telin tərsinə çevrilməsi və sürətin dəyişməsi, həmçinin naqildəki böyük almaz hissəcikləri səth cızıqlarının əsas səbəbləridir.

1.4 Soyuq Ayırma Texnologiyası

SiC monokristallarının soyuqla ayrılması üçüncü nəsil yarımkeçirici materialın emalı sahəsində innovativ bir prosesdir. Son illərdə məhsuldarlığı artırmaq və material itkisini azaltmaqda nəzərəçarpacaq üstünlükləri ilə diqqəti cəlb edir. Texnologiya üç aspektdən təhlil edilə bilər: iş prinsipi, proses axını və əsas üstünlüklər.

Kristal Orientasiyasının Müəyyən edilməsi və Xarici Diametrin Taşlanması: Emaldan əvvəl SiC külçəsinin kristal oriyentasiyası müəyyən edilməlidir. Sonra külçə xarici diametrli üyüdülmə yolu ilə silindrik bir quruluşa (ümumiyyətlə SiC diski deyilir) formalaşdırılır. Bu addım sonrakı istiqamətli kəsmə və dilimləmə üçün təməl qoyur.

Çox telli kəsmə: Bu üsul silindrik külçəni dilimləmək üçün kəsici məftillərlə birləşdirilmiş aşındırıcı hissəciklərdən istifadə edir. Bununla belə, o, əhəmiyyətli kerf itkisi və səth qeyri-bərabərliyi problemlərindən əziyyət çəkir.

Lazer Kəsmə Texnologiyası: Kristalın içərisində nazik dilimlərin ayrıla biləcəyi dəyişdirilmiş təbəqə yaratmaq üçün lazer istifadə olunur. Bu yanaşma material itkisini azaldır və emal səmərəliliyini artırır, bu da onu SiC vafli kəsmə üçün perspektivli yeni istiqamətə çevirir.

Kəsmə prosesinin optimallaşdırılması

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

Elektrik Boşaltma Emalı (EDM) və Soyuq Ayırma Texnologiyası: Bu üsullar xüsusi tələblərə uyğunlaşdırılmış müxtəlif həllər təmin edir.

Cilalama Prosesi: Materialın çıxarılması sürətini və səthin zədələnməsini balanslaşdırmaq vacibdir. Kimyəvi Mexanik Cilalama (CMP) səthin vahidliyini yaxşılaşdırmaq üçün istifadə olunur.

Real vaxt rejimində monitorinq: real vaxt rejimində səth pürüzlülüyünə nəzarət etmək üçün onlayn yoxlama texnologiyaları tətbiq edilir.

Lazer Dilimləmə: Bu texnika kerf itkisini azaldır və emal dövrlərini qısaldır, baxmayaraq ki, termal təsir zonası problem olaraq qalır.

Hibrid Emal Texnologiyaları: Mexanik və kimyəvi üsulların birləşdirilməsi emal səmərəliliyini artırır.

Bu texnologiya artıq sənaye tətbiqinə nail olmuşdur. Məsələn, Infineon SILTECTRA-nı əldə etdi və indi 8 düymlük vaflilərin kütləvi istehsalını dəstəkləyən əsas patentlərə sahibdir. Çində Delong Laser kimi şirkətlər 6 düymlük vafli emalı üçün külçə başına 30 vafli məhsuldarlığa nail olublar ki, bu da ənənəvi üsullarla müqayisədə 40% təkmilləşdirmə deməkdir.

Yerli avadanlıq istehsalı sürətləndikcə, bu texnologiyanın SiC substratının emalı üçün əsas həll yolu olacağı gözlənilir. Yarımkeçirici materialların diametrinin artması ilə ənənəvi kəsmə üsulları köhnəlmişdir. Mövcud variantlar arasında pistonlu almaz tel mişar texnologiyası ən perspektivli tətbiq perspektivlərini göstərir. Yeni yaranan bir texnika kimi lazer kəsmə əhəmiyyətli üstünlüklər təqdim edir və gələcəkdə əsas kəsmə üsulu olacağı gözlənilir.

2,SiC Tək Kristal Taşlama

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

Taşlama prosesinin əsas məqsədi səthi mişar izlərini və dilimləmə zamanı yaranan zədələnmiş təbəqələri aradan qaldırmaq və kəsmə prosesinin yaratdığı deformasiyanı düzəltməkdir. SiC-nin olduqca yüksək sərtliyini nəzərə alaraq, üyüdülmə bor karbid və ya almaz kimi sərt aşındırıcıların istifadəsini tələb edir. Adi üyütmə adətən qaba üyütmə və incə üyütməyə bölünür.

2.1 Kobud və İncə Taşlama

Taşlama aşındırıcı hissəciklərin ölçüsünə görə təsnif edilə bilər:

Kobud Taşlama: Dilimləmə zamanı yaranan mişar izlərini və zədələnmiş təbəqələri aradan qaldırmaq üçün ilk növbədə daha böyük aşındırıcı maddələrdən istifadə edir, emal səmərəliliyini artırır.

İncə Taşlama: Kobud üyüdmə nəticəsində qalan zədə qatını çıxarmaq, səth pürüzlülüyünü azaltmaq və səth keyfiyyətini artırmaq üçün daha incə aşındırıcılardan istifadə edir.

Bir çox yerli SiC substrat istehsalçıları geniş miqyaslı istehsal proseslərindən istifadə edirlər. Ümumi bir üsul, çuqun boşqab və monokristal almaz şlamından istifadə edərək ikitərəfli üyütməni əhatə edir. Bu proses məftil mişarından qalan zədə qatını effektiv şəkildə aradan qaldırır, vafli formasını düzəldir və TTV (Ümumi Qalınlıq Dəyişikliyi), Yay və Çözgüləri azaldır. Materialın çıxarılması sürəti sabitdir, adətən 0,8-1,2 μm/dəq-ə çatır. Bununla belə, yaranan vafli səthi nisbətən yüksək pürüzlülüklə (adətən təxminən 50 nm) tutqun olur, bu da sonrakı cilalama addımlarına daha yüksək tələblər qoyur.

2.2 Birtərəfli Taşlama

Tək tərəfli üyüdmə bir anda vaflinin yalnız bir tərəfini emal edir. Bu proses zamanı gofret mumla polad boşqab üzərinə bərkidilir. Tətbiq olunan təzyiq altında substrat yüngül deformasiyaya məruz qalır və yuxarı səthi düzəldilir. Taşlamadan sonra aşağı səth düzəldilir. Təzyiq aradan qaldırıldıqda, yuxarı səth öz orijinal formasını bərpa etməyə meyllidir, bu da artıq yerləşmiş alt səthə təsir göstərir - hər iki tərəfin əyilməsinə və düzlüyünün pozulmasına səbəb olur.

Üstəlik, daşlama plitəsi qısa müddətdə konkav ola bilər, bu da vaflinin qabarıq olmasına səbəb olur. Plitənin düzlüyünü qorumaq üçün tez-tez sarğı tələb olunur. Aşağı səmərəlilik və zəif vafli düzlük səbəbindən birtərəfli üyüdülmə kütləvi istehsal üçün uyğun deyil.

Tipik olaraq, 8000 nömrəli daşlama çarxları incə daşlama üçün istifadə olunur. Yaponiyada bu proses nisbətən yetkindir və hətta #30000 cilalama çarxlarından istifadə edir. Bu, emal edilmiş vaflilərin səthi pürüzlülüyünün 2 nm-dən aşağıya çatmasına imkan verir və vafli əlavə emal olmadan son CMP (Kimyəvi Mexanik Cilalama) üçün hazır edir.

2.3 Təktərəfli İncəlmə Texnologiyası

Almaz Təktərəfli İncəlmə Texnologiyası tək tərəfli üyütmənin yeni üsuludur. Şəkil 5-də göstərildiyi kimi (burada göstərilməyib), proses almazla bağlanmış üyüdmə lövhəsindən istifadə edir. Gofret vakuum adsorbsiya yolu ilə sabitlənir, həm vafli, həm də almaz daşlama çarxı eyni vaxtda fırlanır. Taşlama çarxı vaflini hədəf qalınlığa nazikləşdirmək üçün tədricən aşağıya doğru hərəkət edir. Bir tərəf tamamlandıqdan sonra, gofret digər tərəfi emal etmək üçün çevrilir.

İncəldikdən sonra 100 mm vafli aşağıdakılara nail ola bilər:

Yay < 5 μm

TTV < 2 μm

Səthin pürüzlülüyü < 1 nm

Bu tək vafli emal üsulu yüksək sabitlik, əla tutarlılıq və yüksək material çıxarma dərəcəsi təklif edir. Adi ikitərəfli üyütmə ilə müqayisədə bu texnika daşlama səmərəliliyini 50%-dən çox artırır.

2.4 İkitərəfli Taşlama

İki tərəfli daşlama həm yuxarı, həm də aşağı daşlama plitəsindən eyni vaxtda substratın hər iki tərəfini üyütmək üçün istifadə edərək, hər iki tərəfdən əla səth keyfiyyətini təmin edir.

Proses zamanı daşlama plitələri əvvəlcə iş parçasının ən yüksək nöqtələrinə təzyiq göstərir və bu nöqtələrdə deformasiyaya və materialın tədricən çıxarılmasına səbəb olur. Yüksək ləkələr düzəldildikdə, substrat üzərində təzyiq tədricən daha vahid olur və nəticədə bütün səthdə ardıcıl deformasiya olur. Bu, həm yuxarı, həm də aşağı səthlərin bərabər şəkildə zımparalanmasına imkan verir. Taşlama başa çatdıqdan və təzyiq buraxıldıqdan sonra, substratın hər bir hissəsi yaşadığı bərabər təzyiq səbəbindən bərabər şəkildə bərpa olunur. Bu, minimal əyilmə və yaxşı düzlüyə gətirib çıxarır.

Taşlamadan sonra vaflinin səthinin pürüzlülüyü aşındırıcı hissəciklərin ölçüsündən asılıdır - daha kiçik hissəciklər daha hamar səthlər verir. İki tərəfli üyüdülmə üçün 5 μm aşındırıcı maddələrdən istifadə edildikdə, vafli düzlük və qalınlığın dəyişməsi 5 μm ərzində idarə oluna bilər. Atom Qüvvət Mikroskopiyası (AFM) ölçmələri təxminən 100 nm səth pürüzlülüyünü (Rq), dərinliyi 380 nm-ə qədər olan daşlama çuxurları və aşındırıcı təsir nəticəsində yaranan görünən xətti işarələri göstərir.

Daha inkişaf etmiş bir üsul, polikristal almaz şlamı ilə birləşdirilmiş poliuretan köpük yastiqciqlarından istifadə edərək ikitərəfli üyütməni əhatə edir. Bu proses, SiC substratlarının sonrakı cilalanması üçün çox faydalı olan Ra < 3 nm-ə çatan çox aşağı səth pürüzlülüyünə malik vaflilər istehsal edir.

Bununla belə, səthi cızmaq həll edilməmiş bir problem olaraq qalır. Bundan əlavə, bu prosesdə istifadə edilən polikristal almaz partlayıcı sintez yolu ilə istehsal olunur ki, bu da texniki cəhətdən çətin, az miqdarda məhsul verir və olduqca bahalıdır.

SiC tək kristallarının cilalanması

Silikon karbid (SiC) vaflilərində yüksək keyfiyyətli cilalanmış səthə nail olmaq üçün cilalama daşlama çuxurlarını və nanometr miqyaslı səth dalğalarını tamamilə aradan qaldırmalıdır. Məqsəd çirklənmə və deqradasiya, yeraltı zədələnmə və qalıq səth gərginliyi olmayan hamar, qüsursuz bir səth yaratmaqdır.

3.1 SiC vaflilərinin mexaniki cilalanması və CMP

SiC monokristal külçəsinin böyüməsindən sonra səth qüsurları onun epitaksial böyümə üçün birbaşa istifadəsinə mane olur. Buna görə əlavə emal tələb olunur. Külçə əvvəlcə yuvarlaqlaşdırma yolu ilə standart silindrik formaya salınır, sonra tel kəsmə üsulu ilə vaflilərə dilimlənir, ardınca kristalloqrafik oriyentasiya yoxlanılır. Cilalama vafli keyfiyyətinin yaxşılaşdırılmasında, kristal böyümə qüsurlarının və əvvəlki emal addımlarının səbəb olduğu potensial səth zədələrinin aradan qaldırılmasında mühüm addımdır.

SiC-də səthi zədələnmiş təbəqələri çıxarmaq üçün dörd əsas üsul var:

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

Kimyəvi Mexanik Cilalama (CMP): Kimyəvi aşındırma yolu ilə cızıqları aradan qaldırır; dəqiq cilalama üçün uyğundur.

Hidrogen aşındırma: HTCVD proseslərində adətən istifadə olunan mürəkkəb avadanlıq tələb olunur.

Plazma ilə cilalama: Mürəkkəb və nadir hallarda istifadə olunur.

Yalnız mexaniki cilalama cızıqlara səbəb olur, yalnız kimyəvi cilalama isə qeyri-bərabər aşınmağa səbəb ola bilər. CMP hər iki üstünlükləri birləşdirir və səmərəli, sərfəli həll təklif edir.

CMP İş Prinsipi

CMP vafli fırlanan cilalama yastığına qarşı müəyyən edilmiş təzyiq altında fırlatmaqla işləyir. Bu nisbi hərəkət, məhluldakı nano ölçülü aşındırıcıların mexaniki aşınması və reaktiv maddələrin kimyəvi təsiri ilə birləşərək səthin planarizasiyasına nail olur.

İstifadə olunan əsas materiallar:

Cilalama şlamı: Tərkibində aşındırıcı maddələr və kimyəvi reagentlər var.

Cilalama yastığı: İstifadə zamanı köhnəlir, məsamə ölçüsünü və şlamın çatdırılma səmərəliliyini azaldır. Kobudluğu bərpa etmək üçün adətən almaz şkafdan istifadə edərək müntəzəm sarğı tələb olunur.

Tipik CMP Prosesi

Aşındırıcı: 0,5 μm almaz məhlulu

Hədəf səthinin pürüzlülüyü: ~0,7 nm

Kimyəvi mexaniki cilalama:

Cilalama avadanlığı: AP-810 birtərəfli cilalayıcı

Təzyiq: 200 q/sm²

Plitənin sürəti: 50 rpm

Seramik tutucunun sürəti: 38 rpm

Qarışıq tərkibi:

SiO₂ (30 ağırlıq%, pH = 10,15)

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

5 wt% KOH və 1 wt% HNO₃ istifadə edərək pH-ı 8,5-ə tənzimləyin

Şlamın axın sürəti: 3 L/dəq, təkrar dövriyyədə

Bu proses SiC vafli keyfiyyətini effektiv şəkildə yaxşılaşdırır və aşağı axın prosesləri üçün tələblərə cavab verir.

Mexaniki Cilalamada Texniki Problemlər

SiC, geniş diapazonlu yarımkeçirici kimi elektronika sənayesində mühüm rol oynayır. Mükəmməl fiziki və kimyəvi xassələrə malik olan SiC monokristalları yüksək temperatur, yüksək tezlik, yüksək güc və radiasiya müqaviməti kimi ekstremal mühitlər üçün uyğundur. Bununla belə, onun sərt və kövrək təbiəti daşlama və cilalama üçün böyük çətinliklər yaradır.

Aparıcı qlobal istehsalçılar 6 düymlük vaflidən 8 düymlük vaflilərə keçid etdikcə, emal zamanı çatlama və vaflinin zədələnməsi kimi məsələlər məhsuldarlığa əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərərək daha qabarıq hala gəldi. 8 düymlük SiC substratlarının texniki problemlərinin həlli indi sənayenin inkişafı üçün əsas meyardır.

8 düymlük dövrdə SiC vafli emalı çoxsaylı problemlərlə üzləşir:

Dəstəyə görə çip istehsalını artırmaq, kənar itkiləri azaltmaq və istehsal xərclərini azaltmaq üçün, xüsusən də elektrik avtomobil tətbiqlərində artan tələbat nəzərə alınmaqla vafli miqyas lazımdır.

8 düymlük SiC monokristallarının böyüməsi yetişmiş olsa da, daşlama və cilalama kimi arxa proseslər hələ də darboğazlarla üzləşir və nəticədə aşağı məhsuldarlıq (yalnız 40-50%) olur.

Daha böyük vaflilər daha mürəkkəb təzyiq paylamalarına məruz qalır, bu da cilalama gərginliyini və məhsulun tutarlılığını idarə etmək çətinliyini artırır.

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

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

Uzun dalğalı lazerlər termal ziyana səbəb olur.

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:

Orientasiya kəsimi

Kobud üyütmə

İncə üyütmə

Mexanik cilalama

Son addım kimi Kimyəvi Mexanik Cilalama (CMP).

CMP metodunun seçimi, prosesin marşrutunun dizaynı və parametrlərin optimallaşdırılması çox vacibdir. Yarımkeçirici istehsalında CMP yüksək keyfiyyətli epitaksial böyümə üçün vacib olan ultra hamar, qüsursuz və zədəsiz səthlərə malik SiC vaflilərinin istehsalı üçün həlledici addımdır.

(a) SiC külçəsini tigedən çıxarın;

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

(c) düzləşdirmə düzləri və ya çentiklərdən istifadə edərək kristal oriyentasiyasını müəyyən edin;

(d) Çoxməftilli mişardan istifadə edərək külçəni nazik vaflilərə kəsin;

(e) Taşlama və cilalama addımları vasitəsilə güzgü kimi səth hamarlığına nail olun.

Bir sıra emal addımlarını tamamladıqdan sonra SiC vaflisinin xarici kənarı tez-tez iti olur ki, bu da işləmə və ya istifadə zamanı qırılma riskini artırır. Belə kövrəkliyin qarşısını almaq üçün kənar daşlama tələb olunur.

Ənənəvi dilimləmə proseslərinə əlavə olaraq, SiC vaflilərinin hazırlanması üçün innovativ üsul birləşdirmə texnologiyasını əhatə edir. Bu yanaşma nazik SiC monokristal təbəqəsini heterojen bir substrata (dəstəkləyici substrat) birləşdirərək vafli istehsalına imkan verir.

Şəkil 3 prosesin gedişatını göstərir:

Birincisi, hidrogen ionunun implantasiyası və ya oxşar üsullarla SiC monokristalının səthində müəyyən bir dərinlikdə delaminasiya təbəqəsi əmələ gəlir. İşlənmiş SiC monokristal daha sonra düz dəstəkləyici substrata bağlanır və təzyiq və istiliyə məruz qalır. Bu, SiC monokristal təbəqəsinin dəstəkləyici substrata uğurla köçürülməsinə və ayrılmasına imkan verir.

Ayrılmış SiC təbəqəsi tələb olunan düzlüyə nail olmaq üçün səthi müalicəyə məruz qalır və sonrakı bağlanma proseslərində təkrar istifadə oluna bilər. SiC kristallarının ənənəvi dilimlənməsi ilə müqayisədə bu texnika bahalı materiallara tələbatı azaldır. Texniki çətinliklər qalmasına baxmayaraq, daha aşağı qiymətə vafli istehsalına imkan yaratmaq üçün tədqiqat və inkişaf fəal şəkildə irəliləyir.

SiC-nin yüksək sərtliyini və kimyəvi dayanıqlığını nəzərə alaraq - bu onu otaq temperaturunda reaksiyalara davamlı edir - mexaniki cilalama incə daşlama çuxurlarını çıxarmaq, səthin zədələnməsini azaltmaq, cızıqları, çuxurları və portağal qabığı qüsurlarını aradan qaldırmaq, səth pürüzlülüyünü azaltmaq, hamarlığı yaxşılaşdırmaq və səthin keyfiyyətini artırmaq üçün lazımdır.

Yüksək keyfiyyətli cilalanmış səth əldə etmək üçün aşağıdakıları etməlisiniz:

Aşındırıcı növlərini tənzimləyin,

hissəcik ölçüsünü azaltmaq,

Proses parametrlərini optimallaşdırmaq,

Müvafiq sərtliyə malik cilalayıcı materialları və yastıqları seçin.

Şəkil 7 göstərir ki, 1 μm abrazivlərlə ikitərəfli cilalama 10 μm daxilində düzlük və qalınlıq dəyişikliyinə nəzarət edə bilər və səth pürüzlülüyünü təxminən 0,25 nm-ə qədər azalda bilər.

3.2 Kimyəvi Mexanik Cilalama (CMP)

Kimyəvi Mexanik Cilalama (CMP) emal olunan materialda hamar, planar səth yaratmaq üçün kimyəvi aşındırma ilə ultra incə hissəciklərin aşınmasını birləşdirir. Əsas prinsip budur:

Cilalama şlamı ilə vafli səthi arasında kimyəvi reaksiya baş verir və yumşaq bir təbəqə əmələ gətirir.

Aşındırıcı hissəciklər və yumşaq təbəqə arasındakı sürtünmə materialı çıxarır.

CMP üstünlükləri:

Sırf mexaniki və ya kimyəvi cilalamanın çatışmazlıqlarını aradan qaldırır,

Həm qlobal, həm də yerli planarizasiyaya nail olur,

Yüksək düzlük və aşağı pürüzlü səthlər istehsal edir,

Səthə və ya yeraltı zədələrə yol vermir.

Ətraflı:

Vafli təzyiq altında cilalama yastığına nisbətən hərəkət edir.

Bulamaçdakı nanometr miqyaslı aşındırıcı maddələr (məsələn, SiO₂) kəsilməkdə iştirak edir, Si-C kovalent bağlarını zəiflədir və materialın çıxarılmasını artırır.

CMP Texnikalarının növləri:

Pulsuz Aşındırıcı Cilalama: Aşındırıcılar (məsələn, SiO₂) şlamda asılır. Materialın çıxarılması üç gövdəli aşınma (vafli-pad-abraziv) vasitəsilə baş verir. Aşındırıcı ölçüsü (adətən 60-200 nm), pH və temperatur vahidliyi yaxşılaşdırmaq üçün dəqiq şəkildə idarə edilməlidir.

Sabit Aşındırıcı Cilalama: Aqlomerasiyanın qarşısını almaq üçün aşındırıcılar cilalama yastığına daxil edilir - yüksək dəqiqlikli emal üçün idealdır.

Cilalamadan sonrakı təmizləmə:

Cilalanmış vaflilər aşağıdakılardan keçir:

Kimyəvi təmizləmə (Dİ su və şlam qalıqlarının çıxarılması daxil olmaqla),

DI suyun yuyulması və

İsti azotla qurutma

səthi çirkləndiriciləri minimuma endirmək üçün.

Səthin Keyfiyyəti və Performansı

Səth pürüzlülüyü yarımkeçirici epitaksiya tələblərinə cavab verən Ra < 0,3 nm-ə qədər azaldıla bilər.

Qlobal Planarizasiya: Kimyəvi yumşalma və mexaniki təmizləmənin birləşməsi cızıqları və qeyri-bərabər aşındırmaları azaldır, təmiz mexaniki və ya kimyəvi üsullardan üstündür.

Yüksək Səmərəlilik: SiC kimi sərt və kövrək materiallar üçün uyğundur, materialın çıxarılması sürəti 200 nm/saatdan yuxarıdır.

Digər İnkişaf etməkdə olan Cilalama Texnikaları

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

Elektrokimyəvi cilalama, Katalizatorla cilalama və ya aşındırma və

Tribokimyəvi cilalama.

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

Nəhayət, SiC emalı səthin keyfiyyətini yaxşılaşdırmaq üçün əyilmə və pürüzlülüyün tədricən azaldılması prosesidir, burada düzlük və pürüzlülük nəzarəti hər bir mərhələdə mühümdür.

Emal texnologiyası

Vafli üyüdülmə mərhələsində müxtəlif hissəcik ölçülərinə malik almaz məhlulu vaflini lazımi düzlük və səth pürüzlülüyünə qədər üyütmək üçün istifadə olunur. Bunun ardınca həm mexaniki, həm də kimyəvi mexaniki cilalama (CMP) üsullarından istifadə edərək, zədəsiz cilalanmış silisium karbid (SiC) vafliləri istehsal etmək üçün cilalama aparılır.

Cilalandıqdan sonra SiC vafliləri bütün texniki parametrlərin tələb olunan standartlara cavab verməsini təmin etmək üçün optik mikroskoplar və rentgen difraktometrləri kimi alətlərdən istifadə etməklə ciddi keyfiyyət yoxlamasından keçir. Nəhayət, cilalanmış vaflilər səthi çirkləndiriciləri təmizləmək üçün xüsusi təmizləyici vasitələr və ultra təmiz su ilə təmizlənir. Daha sonra onlar bütün istehsal prosesini tamamlayaraq, ultra yüksək təmizlikli azot qazı və spinli quruduculardan istifadə edərək qurudulur.

İllik səylərdən sonra Çin daxilində SiC monokristal emalında əhəmiyyətli irəliləyiş əldə edilmişdir. Ölkədə 100 mm qatqılı yarımizolyasiyalı 4H-SiC monokristalları uğurla işlənib hazırlanmışdır və n-tipli 4H-SiC və 6H-SiC monokristalları indi partiyalar şəklində istehsal oluna bilər. TankeBlue və TYST kimi şirkətlər artıq 150 mm SiC monokristalları hazırlayıblar.

SiC vafli emalı texnologiyası baxımından yerli qurumlar kristalların dilimlənməsi, üyüdülməsi və cilalanması üçün proses şərtlərini və marşrutlarını əvvəlcədən tədqiq etmişlər. Onlar əsasən cihazın istehsalı üçün tələblərə cavab verən nümunələr istehsal etməyə qadirdirlər. Bununla belə, beynəlxalq standartlarla müqayisədə yerli vaflilərin səthi emal keyfiyyəti hələ də xeyli geridə qalır. Bir neçə məsələ var:

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

Proseslərin təkmilləşdirilməsi və optimallaşdırılması üçün nəzəri araşdırmalar və dəstək yoxdur.

Xarici avadanlıq və komponentlərin idxalının dəyəri yüksəkdir.

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

Hazırda Çində istifadə olunan yüksək dəqiqlikli alətlərin əksəriyyəti xaricdən gətirilir. Sınaq avadanlıqları və metodologiyaları da əlavə təkmilləşdirmə tələb edir.

Üçüncü nəsil yarımkeçiricilərin davamlı inkişafı ilə SiC monokristal substratlarının diametri səthin emal keyfiyyətinə daha yüksək tələblərlə yanaşı, durmadan artır. Gofret emal texnologiyası SiC monokristal böyüməsindən sonra texniki cəhətdən ən çətin addımlardan birinə çevrildi.

Emalda mövcud problemləri həll etmək üçün kəsmə, üyütmə və cilalama ilə əlaqəli mexanizmləri daha da öyrənmək və SiC vafli istehsalı üçün uyğun proses üsullarını və marşrutlarını araşdırmaq vacibdir. Eyni zamanda, yüksək keyfiyyətli substratlar istehsal etmək üçün qabaqcıl beynəlxalq emal texnologiyalarını öyrənmək və ən müasir ultra-dəqiq emal texnikası və avadanlıqlarını mənimsəmək lazımdır.

Vafli ölçüsü artdıqca, kristalın böyüməsi və emalının çətinliyi də artır. Bununla belə, aşağı axın cihazlarının istehsal səmərəliliyi əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşır və vahidin dəyəri azalır. Hazırda əsas SiC vafli tədarükçüləri qlobal miqyasda diametri 4 düymdən 6 düymədək olan məhsullar təklif edirlər. Cree və II-VI kimi aparıcı şirkətlər artıq 8 düymlük SiC vafli istehsal xətlərinin inkişafını planlaşdırmağa başlayıblar.