Ang Kasamtangang Kahimtang ug mga Uso sa Teknolohiya sa Pagproseso sa SiC Wafer

Isip usa ka ikatulong henerasyon nga semiconductor substrate nga materyal,silicon carbide (SiC)Ang single crystal adunay halapad nga mga palaaboton sa aplikasyon sa paggama sa mga high-frequency ug high-power nga mga elektronik nga aparato. Ang teknolohiya sa pagproseso sa SiC adunay hinungdanon nga papel sa paghimo sa mga dekalidad nga materyales sa substrate. Kini nga artikulo nagpaila sa kasamtangang kahimtang sa panukiduki sa mga teknolohiya sa pagproseso sa SiC sa China ug sa gawas sa nasud, nga nag-analisar ug nagtandi sa mga mekanismo sa pagputol, paggaling, ug pagpasinaw sa mga proseso, ingon man ang mga uso sa pagkapatag sa wafer ug pagkabaga sa nawong. Gipunting usab niini ang kasamtangang mga hagit sa pagproseso sa SiC wafer ug gihisgutan ang mga direksyon sa pag-uswag sa umaabot.

Silikon karbida (SiC)Ang mga wafer kritikal nga pundasyon nga materyales para sa mga third-generation semiconductor device ug adunay dakong importansya ug potensyal sa merkado sa mga natad sama sa microelectronics, power electronics, ug semiconductor lighting. Tungod sa taas kaayo nga katig-a ug kemikal nga kalig-on saSiC nga mga kristal nga single, ang tradisyonal nga mga pamaagi sa pagproseso sa semiconductor dili hingpit nga angay alang sa ilang pagmachining. Bisan kung daghang internasyonal nga mga kompanya ang nagpahigayon og halapad nga panukiduki sa teknikal nga pagkinahanglan sa pagproseso sa SiC single crystals, ang mga may kalabutan nga teknolohiya gitago nga hugot nga kompidensyal.

Sa bag-ohay nga mga tuig, ang Tsina nagpadako sa mga paningkamot sa pagpalambo sa mga materyales ug aparato nga single crystal sa SiC. Bisan pa, ang pag-uswag sa teknolohiya sa aparato sa SiC sa nasud karon gilimitahan sa mga limitasyon sa mga teknolohiya sa pagproseso ug kalidad sa wafer. Busa, hinungdanon alang sa Tsina nga mapaayo ang mga kapabilidad sa pagproseso sa SiC aron mapauswag ang kalidad sa mga substrate nga single crystal sa SiC ug makab-ot ang ilang praktikal nga aplikasyon ug mass production.

Ang mga nag-unang lakang sa pagproseso naglakip sa: pagputol → baga nga paggaling → pinong paggaling → baga nga pagpasinaw (mekanikal nga pagpasinaw) → pinong pagpasinaw (kemikal nga pagpasinaw, CMP) → inspeksyon.

Pagputol sa SiC Single Crystals

Sa pagproseso saSiC nga mga kristal nga single, ang pagputol mao ang una ug usa ka kritikal nga lakang. Ang bow, warp, ug total thickness variation (TTV) sa wafer nga resulta sa proseso sa pagputol mao ang nagtino sa kalidad ug kaepektibo sa sunod nga mga operasyon sa paggaling ug pagpasinaw.

Ang mga himan sa pagputol mahimong ikategorya pinaagi sa porma ngadto sa diamond inner diameter (ID) saws, outer diameter (OD) saws, band saws, ug wire saws. Ang mga wire saw, sa baylo, mahimong iklasipikar pinaagi sa ilang tipo sa paglihok ngadto sa reciprocating ug loop (walay katapusan) nga mga sistema sa alambre. Base sa mekanismo sa pagputol sa abrasive, ang mga teknik sa pag-slice sa wire saw mahimong bahinon sa duha ka klase: free abrasive wire sawing ug fixed abrasive diamond wire sawing.

1.1 Tradisyonal nga mga Pamaagi sa Pagputol

Ang giladmon sa pagputol sa mga outer diameter (OD) saw limitado sa diametro sa blade. Atol sa proseso sa pagputol, ang blade dali nga ma-vibrate ug moliko, nga moresulta sa taas nga lebel sa kasaba ug dili maayo nga pagkagahi. Ang mga inner diameter (ID) saw naggamit og diamond abrasives sa inner circumference sa blade isip cutting edge. Kini nga mga blade mahimong nipis sama sa 0.2 mm. Atol sa pag-slice, ang ID blade mo-rotate sa kusog nga tulin samtang ang materyal nga putlon molihok nga radial relatibo sa sentro sa blade, nga makab-ot ang pag-slice pinaagi niining relatibong paglihok.

Ang mga diamond band saw nanginahanglan kanunay nga paghunong ug pagbalit-ad, ug ang gikusgon sa pagputol hinay kaayo—kasagaran dili molapas sa 2 m/s. Kini usab nag-antos sa dakong pagkaguba sa mekanikal ug taas nga gasto sa pagmentinar. Tungod sa gilapdon sa blade sa saw, ang radius sa pagputol dili mahimong gamay ra kaayo, ug ang multi-slice cutting dili mahimo. Kini nga tradisyonal nga mga himan sa paggabas limitado sa katig-a sa base ug dili makahimo og kurbadong mga pagputol o adunay limitado nga turning radii. Kini makahimo lamang sa tul-id nga mga pagputol, makahimo og lapad nga mga kerf, adunay ubos nga yield rate, ug busa dili angay alang sa pagputol.Mga kristal nga SiC.

1.2 Libre nga Abrasive Wire Saw para sa Pagputol og Daghang Kawad

Ang teknik sa pag-slice gamit ang free abrasive wire saw naggamit sa paspas nga paglihok sa alambre aron madala ang slurry ngadto sa kerf, nga makapahimo sa pagtangtang sa materyal. Kini naggamit ug reciprocating structure ug karon usa ka hamtong ug kaylap nga gigamit nga pamaagi alang sa episyente nga multi-wafer cutting sa single-crystal silicon. Bisan pa, ang aplikasyon niini sa SiC cutting wala pa kaayo gitun-an.

Ang mga free abrasive wire saw makaproseso og mga wafer nga ubos sa 300 μm ang gibag-on. Kini nagtanyag og gamay nga kerf loss, talagsa ra hinungdan sa pagkabuak, ug moresulta sa medyo maayo nga kalidad sa nawong. Bisan pa, tungod sa mekanismo sa pagtangtang sa materyal—base sa pagligid ug pag-indent sa mga abrasive—ang nawong sa wafer lagmit nga makamugna og dakong residual stress, microcracks, ug mas lawom nga mga lut-od sa kadaot. Kini mosangpot sa wafer warping, makapalisud sa pagkontrol sa katukma sa profile sa nawong, ug makadugang sa karga sa sunod nga mga lakang sa pagproseso.

Ang pagkagama sa pagputol dako og impluwensya sa slurry; gikinahanglan nga mapadayon ang kahait sa mga abrasive ug ang konsentrasyon sa slurry. Mahal ang pagproseso ug pag-recycle sa slurry. Kon magputol og dagkong mga ingot, ang mga abrasive maglisod sa pagsulod sa lawom ug taas nga mga kerf. Ubos sa parehas nga gidak-on sa grano sa abrasive, ang pagkawala sa kerf mas dako kaysa sa fixed-abrasive wire saws.

1.3 Fixed Abrasive Diamond Wire Saw Multi-Wire Cutting

Ang mga fixed abrasive diamond wire saw kasagarang gihimo pinaagi sa pag-embed sa mga partikulo sa diamante ngadto sa substrate sa steel wire pinaagi sa electroplating, sintering, o resin bonding methods. Ang mga electroplated diamond wire saw nagtanyag og mga bentaha sama sa mas pig-ot nga mga kerf, mas maayong kalidad sa paghiwa, mas taas nga efficiency, mas ubos nga kontaminasyon, ug ang abilidad sa pagputol sa mga materyales nga taas og katig-a.

Ang reciprocating electroplated diamond wire saw mao ang pinakalapad nga gigamit nga pamaagi sa pagputol sa SiC. Ang Figure 1 (wala gipakita dinhi) nagpakita sa kahapsay sa nawong sa mga SiC wafer nga giputol gamit kini nga teknik. Samtang nagpadayon ang pagputol, modaghan ang wafer warpage. Kini tungod kay ang contact area tali sa alambre ug sa materyal modaghan samtang ang alambre molihok paubos, nga modugang sa resistensya ug pag-uyog sa alambre. Kung ang alambre makaabot sa pinakataas nga diametro sa wafer, ang pag-uyog anaa sa kinapungkayan niini, nga moresulta sa pinakataas nga warpage.

Sa ulahing mga yugto sa pagputol, tungod sa pagpadali sa alambre, paglihok nga makanunayon, pagkunhod sa katulin, paghunong, ug pagbalit-ad, uban sa kalisud sa pagtangtang sa mga hugaw gamit ang coolant, ang kalidad sa nawong sa wafer mograbe. Ang pagbalit-ad sa alambre ug pag-usab-usab sa katulin, ingon man ang dagkong mga partikulo sa diamante sa alambre, mao ang pangunang mga hinungdan sa mga garas sa nawong.

1.4 Teknolohiya sa Pagbulag sa Bugnaw

Ang bugnaw nga pagbulag sa SiC single crystals usa ka bag-ong proseso sa natad sa pagproseso sa materyal nga semiconductor sa ikatulong henerasyon. Sa bag-ohay nga mga tuig, kini nakadani og dakong atensyon tungod sa talagsaong mga bentaha niini sa pagpaayo sa ani ug pagpakunhod sa pagkawala sa materyal. Ang teknolohiya mahimong analisahon gikan sa tulo ka aspeto: prinsipyo sa pagtrabaho, dagan sa proseso, ug pangunang mga bentaha.

Pagtino sa Oryentasyon sa Kristal ug Paggaling sa Gawas nga Diametro: Sa dili pa ang pagproseso, kinahanglan nga mahibal-an ang oryentasyon sa kristal sa SiC ingot. Ang ingot dayon pormahon ngadto sa usa ka silindro nga istruktura (kasagarang gitawag nga SiC puck) pinaagi sa paggaling sa gawas nga diametro. Kini nga lakang nagpahimutang sa pundasyon alang sa sunod nga direksyon sa pagputol ug pag-slice.

Pagputol gamit ang Multi-Wire: Kini nga pamaagi naggamit ug mga abrasive nga partikulo nga giubanan sa mga cutting wire aron hiwaon ang cylindrical ingot. Apan, kini nag-antos sa dakong kerf loss ug mga isyu sa pagkadili-pantay sa nawong.

Teknolohiya sa Pagputol gamit ang Laser: Gigamit ang laser aron maporma ang usa ka giusab nga layer sulod sa kristal, diin ang nipis nga mga hiwa mahimong matangtang. Kini nga pamaagi nagpamenos sa pagkawala sa materyal ug nagpalambo sa kahusayan sa pagproseso, nga naghimo niini nga usa ka maayong bag-ong direksyon alang sa pagputol sa SiC wafer.

Pag-optimize sa Proseso sa Pagputol

Fixed Abrasive Multi-Wire Cutting: Kini ang kasamtangang mainstream nga teknolohiya, nga angay alang sa taas nga katig-a sa SiC.

Electrical Discharge Machining (EDM) ug Cold Separation Technology: Kini nga mga pamaagi naghatag og lain-laing mga solusyon nga gipahaum sa piho nga mga kinahanglanon.

Proseso sa Pagpasinaw: Importante nga balansehon ang gikusgon sa pagtangtang sa materyal ug ang kadaot sa ibabaw. Ang Chemical Mechanical Polishing (CMP) gigamit aron mapaayo ang pagkaparehas sa ibabaw.

Real-Time Monitoring: Gipaila ang mga teknolohiya sa online inspeksyon aron mabantayan ang kagaspang sa nawong sa tinuod nga oras.

Laser Slicing: Kini nga teknik makapakunhod sa kerf loss ug makapamubo sa mga siklo sa pagproseso, bisan kung ang thermal affected zone nagpabilin nga usa ka hagit.

Mga Teknolohiya sa Pagproseso nga Hybrid: Ang paghiusa sa mekanikal ug kemikal nga mga pamaagi nagpalambo sa kaepektibo sa pagproseso.

Kini nga teknolohiya nakagamit na sa industriya. Pananglitan, ang Infineon nakakuha sa SILTECTRA ug karon naghupot sa mga pangunang patente nga nagsuporta sa mass production sa 8-pulgada nga wafer. Sa China, ang mga kompanya sama sa Delong Laser nakab-ot ang output efficiency nga 30 ka wafer kada ingot para sa 6-pulgada nga pagproseso sa wafer, nga nagrepresentar sa 40% nga kalamboan kon itandi sa tradisyonal nga mga pamaagi.

Samtang nagdali ang paggama sa mga kagamitan sa sulod sa nasud, kini nga teknolohiya gilauman nga mahimong pangunang solusyon alang sa pagproseso sa SiC substrate. Uban sa nagkadaghan nga diametro sa mga materyales sa semiconductor, ang tradisyonal nga mga pamaagi sa pagputol wala na magamit. Lakip sa kasamtangang mga kapilian, ang teknolohiya sa reciprocating diamond wire saw nagpakita sa labing maayong mga palaaboton sa aplikasyon. Ang laser cutting, isip usa ka bag-ong teknik, nagtanyag og dakong mga bentaha ug gilauman nga mahimong pangunang pamaagi sa pagputol sa umaabot.

2,SiC Single Crystal Grinding

Isip representante sa mga third-generation semiconductors, ang silicon carbide (SiC) nagtanyag og dakong bentaha tungod sa lapad nga bandgap, taas nga breakdown electric field, taas nga saturation electron drift velocity, ug maayo kaayong thermal conductivity. Kini nga mga kabtangan naghimo sa SiC nga labi ka mapuslanon sa mga aplikasyon nga taas og boltahe (pananglitan, 1200V nga mga palibot). Ang teknolohiya sa pagproseso alang sa mga substrate sa SiC usa ka sukaranan nga bahin sa paghimo sa aparato. Ang kalidad sa nawong ug katukma sa substrate direktang makaapekto sa kalidad sa epitaxial layer ug sa performance sa katapusang aparato.

Ang pangunang katuyoan sa proseso sa paggaling mao ang pagtangtang sa mga marka sa lagari sa ibabaw ug mga lut-od sa kadaot nga gipahinabo sa pag-slice, ug aron matul-id ang deformation nga gipahinabo sa proseso sa pagputol. Tungod sa taas kaayo nga katig-a sa SiC, ang paggaling nanginahanglan og paggamit sa mga gahi nga abrasive sama sa boron carbide o diamond. Ang naandan nga paggaling kasagarang gibahin sa coarse grinding ug fine grinding.

2.1 Gasgas ug Pino nga Paggaling

Ang paggaling mahimong ikategorya base sa gidak-on sa abrasive particle:

Coarse Grinding: Gigamit ang mas dagkong mga abrasive aron makuha ang mga marka sa lagari ug mga lut-od sa kadaot nga gipahinabo atol sa paghiwa, aron mapaayo ang kaepektibo sa pagproseso.

Pinong Paggaling: Gigamit ang mas pinong mga abrasive aron makuha ang kadaot nga gibilin sa baga nga paggaling, makunhuran ang kagaspang sa nawong, ug mapaayo ang kalidad sa nawong.

Daghang mga lokal nga tiggama og SiC substrate ang naggamit og mga proseso sa produksiyon nga dako og sukod. Usa ka komon nga pamaagi ang naglakip sa double-sided grinding gamit ang cast iron plate ug monocrystalline diamond slurry. Kini nga proseso epektibong nagtangtang sa damage layer nga gibilin sa wire sawing, nagtul-id sa porma sa wafer, ug nagpamenos sa TTV (Total Thickness Variation), Bow, ug Warp. Ang rate sa pagtangtang sa materyal lig-on, kasagaran moabot sa 0.8–1.2 μm/min. Bisan pa, ang resulta nga nawong sa wafer matte nga adunay medyo taas nga roughness—kasagaran mga 50 nm—nga nagpahamtang og mas taas nga panginahanglan sa sunod nga mga lakang sa pagpasinaw.

2.2 Paggaling nga Usa ra ka Bahin

Ang single-sided grinding moproseso lang sa usa ka kilid sa wafer matag higayon. Atol niini nga proseso, ang wafer gi-wax-mount sa usa ka steel plate. Ubos sa pressure nga gipadapat, ang substrate moagi sa gamay nga deformation, ug ang ibabaw nga nawong mapatag. Human sa grinding, ang ubos nga nawong patagon. Kung makuha ang pressure, ang ibabaw nga nawong lagmit nga mobalik sa orihinal nga porma niini, nga makaapekto usab sa nagaling na nga ubos nga nawong—hinungdan nga ang duha ka kilid moliko ug madaot ang pagkapatag.

Dugang pa, ang grinding plate mahimong mabawog sa mubo nga panahon, nga hinungdan nga ang wafer mahimong convex. Aron mapadayon ang pagkapatag sa plato, gikinahanglan ang kanunay nga pag-dressing. Tungod sa ubos nga efficiency ug dili maayo nga pagkapatag sa wafer, ang single-sided grinding dili angay alang sa mass production.

Kasagaran, ang #8000 grinding wheels gigamit para sa fine grinding. Sa Japan, kini nga proseso medyo hamtong na ug naggamit pa gani og #30000 polishing wheels. Kini nagtugot sa surface roughness sa giprosesong mga wafer nga makaabot sa ubos sa 2 nm, nga naghimo sa mga wafer nga andam na alang sa final CMP (Chemical Mechanical Polishing) nga walay dugang nga pagproseso.

2.3 Teknolohiya sa Pagnipis nga Usa ra ka Bahin

Ang Diamond Single-Sided Thinning Technology usa ka bag-ong pamaagi sa single-side grinding. Sama sa gipakita sa Figure 5 (wala gipakita dinhi), ang proseso naggamit og diamond-bonded grinding plate. Ang wafer giayo pinaagi sa vacuum adsorption, samtang ang wafer ug ang diamond grinding wheel parehong nagtuyok. Ang grinding wheel hinayhinay nga naglihok paubos aron manipis ang wafer ngadto sa target nga gibag-on. Human makompleto ang usa ka kilid, ang wafer balihon aron iproseso ang pikas nga kilid.

Human sa pagnipis, ang usa ka 100 mm nga wafer makab-ot ang:

Pana < 5 μm

TTV < 2 μm

Kabangis sa nawong < 1 nm

Kining pamaagi sa pagproseso sa single-wafer nagtanyag og taas nga kalig-on, maayo kaayong pagka-konsistente, ug taas nga gikusgon sa pagtangtang sa materyal. Kon itandi sa naandan nga double-sided grinding, kini nga teknik nagpauswag sa episyente sa paggaling og sobra sa 50%.

2.4 Dobleng Bahin nga Paggaling

Ang double-sided grinding naggamit sa ibabaw ug ubos nga grinding plate aron dungan nga galingon ang duha ka kilid sa substrate, nga nagsiguro sa maayo kaayong kalidad sa nawong sa duha ka kilid.

Atol sa proseso, ang mga grinding plate una nga mogamit og pressure sa pinakataas nga mga punto sa workpiece, nga moresulta sa deformation ug hinay-hinay nga pagtangtang sa materyal sa maong mga punto. Samtang ang mga taas nga bahin gipatag, ang pressure sa substrate hinay-hinay nga mahimong mas uniporme, nga moresulta sa makanunayon nga deformation sa tibuok nawong. Kini nagtugot sa ibabaw ug ubos nga mga nawong nga magaling nga parehas. Kung nahuman na ang paggaling ug ang pressure gipagawas, ang matag bahin sa substrate parehas nga makabawi tungod sa parehas nga pressure nga nasinati niini. Kini mosangpot sa gamay nga warping ug maayong pagkapatag.

Ang kagaspang sa nawong sa wafer human sa paggaling nagdepende sa gidak-on sa abrasive particle—ang gagmay nga mga particle mohatag og mas hamis nga mga nawong. Kung mogamit og 5 μm nga abrasives para sa double-sided grinding, ang pagkapatag sa wafer ug ang gibag-on niini mahimong makontrol sulod sa 5 μm. Ang mga sukod sa Atomic Force Microscopy (AFM) nagpakita og kagaspang sa nawong (Rq) nga mga 100 nm, nga adunay mga grinding pit nga hangtod sa 380 nm ang giladmon ug makita nga linear marks nga gipahinabo sa abrasive action.

Usa ka mas abante nga pamaagi naglakip sa double-sided grinding gamit ang polyurethane foam pads nga gisagolan og polycrystalline diamond slurry. Kini nga proseso nagpatungha og mga wafer nga adunay ubos kaayo nga surface roughness, nga nakab-ot ang Ra < 3 nm, nga mapuslanon kaayo alang sa sunod nga pagpasinaw sa SiC substrates.

Apan, ang pagkalot sa nawong nagpabilin nga usa ka wala masulbad nga isyu. Dugang pa, ang polycrystalline diamond nga gigamit niini nga proseso gihimo pinaagi sa explosive synthesis, nga teknikal nga mahagiton, gamay ra ang ani, ug mahal kaayo.

Pag-polish sa SiC Single Crystals

Aron makab-ot ang taas nga kalidad nga pinasinaw nga nawong sa silicon carbide (SiC) wafers, ang pagpasinaw kinahanglan nga hingpit nga makatangtang sa mga grinding pit ug nanometer-scale surface undulations. Ang tumong mao ang paghimo og hamis, walay depekto nga nawong nga walay kontaminasyon o pagkadaot, walay kadaot sa ilalom sa nawong, ug walay nahabilin nga surface stress.

3.1 Mekanikal nga Pagpasinaw ug CMP sa SiC Wafers

Human sa pagtubo sa usa ka SiC single crystal ingot, ang mga depekto sa ibabaw makapugong niini nga direktang magamit alang sa epitaxial growth. Busa, gikinahanglan ang dugang nga pagproseso. Ang ingot una nga giporma ngadto sa usa ka standard cylindrical nga porma pinaagi sa rounding, dayon gihiwa ngadto sa mga wafer gamit ang wire cutting, gisundan sa crystallographic orientation verification. Ang pagpasinaw usa ka kritikal nga lakang sa pagpauswag sa kalidad sa wafer, pagsulbad sa potensyal nga kadaot sa ibabaw nga gipahinabo sa mga depekto sa pagtubo sa kristal ug mga naunang lakang sa pagproseso.

Adunay upat ka pangunang pamaagi sa pagtangtang sa mga lut-od sa kadaot sa ibabaw sa SiC:

Mekanikal nga pagpasinaw: Yano apan magbilin ug mga garas; angay alang sa inisyal nga pagpasinaw.

Kemikal nga Mekanikal nga Pagpakintab (CMP): Motangtang sa mga garas pinaagi sa kemikal nga pag-ukit; angay alang sa tukma nga pagpakintab.

Pag-ukit gamit ang hydrogen: Nanginahanglan og komplikado nga kagamitan, nga kasagarang gigamit sa mga proseso sa HTCVD.

Plasma-assisted polishing: Komplikado ug talagsa rang gamiton.

Ang mekanikal nga pagpasinaw lang lagmit hinungdan sa mga garas, samtang ang kemikal nga pagpasinaw lang mahimong mosangpot sa dili patas nga pag-ukit. Ang CMP naghiusa sa duha ka bentaha ug nagtanyag usa ka episyente ug barato nga solusyon.

Prinsipyo sa Pagtrabaho sa CMP

Ang CMP molihok pinaagi sa pagtuyok sa wafer ubos sa gitakdang presyur batok sa nagtuyok nga polishing pad. Kini nga relatibong paglihok, inubanan sa mekanikal nga abrasion gikan sa nano-sized nga mga abrasive sa slurry ug ang kemikal nga aksyon sa mga reactive agents, makab-ot ang surface planarization.

Mga pangunang materyales nga gigamit:

Pangpasinaw nga slurry: Adunay mga abrasive ug kemikal nga mga reagent.

Polishing pad: Mohubas samtang gigamit, nga mokunhod ang gidak-on sa mga pores ug ang kahusayan sa paghatod sa slurry. Gikinahanglan ang regular nga pag-dressing, kasagaran gamit ang diamond dresser, aron mabalik ang kagaspang.

Kasagaran nga Proseso sa CMP

Pang-abrasive: 0.5 μm diamond slurry

Target nga kabangis sa nawong: ~0.7 nm

Kemikal nga Mekanikal nga Pagpasinaw:

Mga kagamitan sa pagpasinaw: AP-810 nga single-sided polisher

Presyon: 200 g/cm²

Katulin sa plato: 50 rpm

Katulin sa seramikong tigkupot: 38 rpm

Komposisyon sa slurry:

SiO₂ (30 wt%, pH = 10.15)

0–70 wt% H₂O₂ (30 wt%, grado sa reagent)

I-adjust ang pH ngadto sa 8.5 gamit ang 5 wt% KOH ug 1 wt% HNO₃

Gidaghanon sa pag-agos sa slurry: 3 L/min, gi-recirculate

Kini nga proseso epektibong nagpauswag sa kalidad sa SiC wafer ug nakab-ot ang mga kinahanglanon alang sa mga proseso sa ubos nga bahin.

Mga Teknikal nga Hamon sa Mekanikal nga Pagpasinaw

Ang SiC, isip usa ka lapad nga bandgap semiconductor, adunay hinungdanong papel sa industriya sa elektroniko. Uban sa maayo kaayong pisikal ug kemikal nga mga kabtangan, ang SiC single crystals angay alang sa grabeng mga palibot, sama sa taas nga temperatura, taas nga frequency, taas nga gahum, ug resistensya sa radiation. Bisan pa, ang gahi ug dali mabuak nga kinaiya niini naghatag ug dagkong mga hagit alang sa paggaling ug pagpasinaw.

Samtang ang mga nanguna nga tiggama sa kalibutan nagbalhin gikan sa 6-pulgada ngadto sa 8-pulgada nga mga wafer, ang mga isyu sama sa pagliki ug kadaot sa wafer atol sa pagproseso nahimong mas prominente, nga nakaapekto pag-ayo sa ani. Ang pagsulbad sa mga teknikal nga hagit sa 8-pulgada nga SiC substrates karon usa ka hinungdanon nga sukdanan alang sa pag-uswag sa industriya.

Sa panahon sa 8-pulgada, ang pagproseso sa SiC wafer nag-atubang og daghang mga hagit:

Gikinahanglan ang wafer scaling aron madugangan ang chip output kada batch, makunhuran ang edge loss, ug makunhuran ang gasto sa produksiyon—ilabi na tungod sa nagkataas nga panginahanglan sa mga aplikasyon sa electric vehicle.

Samtang ang pagtubo sa 8-pulgada nga SiC single crystals hinog na, ang mga proseso sa likod sama sa paggaling ug pagpasinaw nag-atubang gihapon og mga babag, nga miresulta sa ubos nga ani (40–50%) lamang.

Ang mas dagkong mga wafer makasinati og mas komplikado nga distribusyon sa presyur, nga nagdugang sa kalisud sa pagdumala sa stress sa polishing ug sa pagkamakanunayon sa ani.

Bisan tuod ang gibag-on sa 8-pulgada nga wafer hapit na sa 6-pulgada nga wafer, mas dali kini madaot atol sa paggamit tungod sa stress ug pagkaliko.

Aron makunhuran ang stress, warpage, ug cracking nga may kalabutan sa pagputol, ang laser cutting nagkadaghan nga gigamit. Bisan pa:

Ang mga laser nga taas og wavelength hinungdan sa kadaot sa kainit.

Ang mga short-wavelength laser makamugna og bug-at nga mga debris ug mopalalom sa damage layer, nga mopadako sa pagkakomplikado sa pagpasinaw.

Mekanikal nga Pag-polish sa Trabaho para sa SiC

Ang kinatibuk-ang proseso sa pag-agos naglakip sa:

Pagputol sa oryentasyon

Magaspang nga paggaling

Pinong paggaling

Mekanikal nga pagpasinaw

Kemikal nga Mekanikal nga Pagpanghinlo (CMP) isip katapusang lakang

Ang pagpili sa pamaagi sa CMP, disenyo sa ruta sa proseso, ug pag-optimize sa mga parameter hinungdanon kaayo. Sa paggama sa semiconductor, ang CMP mao ang nagtino nga lakang alang sa paghimo og mga SiC wafer nga adunay ultra-smooth, walay depekto, ug walay kadaot nga mga nawong, nga hinungdanon alang sa taas nga kalidad nga pagtubo sa epitaxial.

(a) Kuhaa ang SiC ingot gikan sa crucible;

(b) Buhata ang inisyal nga paghulma gamit ang paggaling sa gawas nga diyametro;

(c) Tinoa ang oryentasyon sa kristal gamit ang mga alignment flat o notch;

(d) Hiwaa ang ingot ngadto sa nipis nga mga wafer gamit ang multi-wire sawing;

(e) Pagkab-ot sa hamis nga nawong nga sama sa salamin pinaagi sa mga lakang sa paggaling ug pagpasinaw.

Human makompleto ang sunod-sunod nga mga lakang sa pagproseso, ang gawas nga ngilit sa SiC wafer kasagarang mahimong hait, nga nagdugang sa risgo sa pagkabuak atol sa pagdumala o paggamit. Aron malikayan ang ingon nga kahuyang, gikinahanglan ang paggaling sa ngilit.

Gawas pa sa tradisyonal nga mga proseso sa pag-slice, usa ka bag-ong pamaagi sa pag-andam sa SiC wafers naglakip sa teknolohiya sa bonding. Kini nga pamaagi makapahimo sa paghimo og wafer pinaagi sa pag-bonding sa usa ka nipis nga SiC single-crystal layer ngadto sa usa ka heterogeneous substrate (supporting substrate).

Gipakita sa Figure 3 ang dagan sa proseso:

Una, usa ka delamination layer ang giporma sa usa ka gitakdang giladmon sa ibabaw sa SiC single crystal pinaagi sa hydrogen ion implantation o susamang mga teknik. Ang giproseso nga SiC single crystal dayon i-bond sa usa ka patag nga supporting substrate ug ipaubos sa pressure ug heat. Kini nagtugot sa malampuson nga pagbalhin ug pagbulag sa SiC single-crystal layer ngadto sa supporting substrate.

Ang gibulag nga SiC layer moagi sa surface treatment aron makab-ot ang gikinahanglan nga pagkapatag ug magamit pag-usab sa sunod nga mga proseso sa pag-bonding. Kon itandi sa tradisyonal nga pag-slice sa mga kristal nga SiC, kini nga teknik makapakunhod sa panginahanglan alang sa mahal nga mga materyales. Bisan pa man og nagpabilin ang mga teknikal nga hagit, ang panukiduki ug kalamboan aktibo nga nag-uswag aron makahimo og mas barato nga produksiyon sa wafer.

Tungod sa taas nga katig-a ug kemikal nga kalig-on sa SiC—nga naghimo niini nga dili daling madaot sa temperatura sa kwarto—gikinahanglan ang mekanikal nga pagpasinaw aron makuha ang pino nga mga lungag sa paggaling, makunhuran ang kadaot sa nawong, mawagtang ang mga garas, mga lungag, ug mga depekto sa panit sa orange, makunhuran ang pagkagaspang sa nawong, mapaayo ang pagkapatag, ug mapaayo ang kalidad sa nawong.

Aron makab-ot ang taas nga kalidad nga pinasinaw nga nawong, kinahanglan nimo:

I-adjust ang mga klase sa abrasive,

Bawasan ang gidak-on sa partikulo,

Pag-optimize sa mga parameter sa proseso,

Pagpili og mga materyales ug mga pad para sa pagpakintab nga adunay igong katig-a.

Ang Figure 7 nagpakita nga ang double-sided polishing gamit ang 1 μm abrasives makakontrol sa pagkapatag ug pagkausab-usab sa gibag-on sulod sa 10 μm, ug makapakunhod sa surface roughness ngadto sa mga 0.25 nm.

3.2 Kemikal nga Mekanikal nga Pagpasinaw (CMP)

Ang Chemical Mechanical Polishing (CMP) naghiusa sa ultrafine particle abrasion uban sa chemical etching aron maporma ang usa ka hamis ug patag nga nawong sa materyal nga giproseso. Ang sukaranang prinsipyo mao ang:

Usa ka kemikal nga reaksyon ang mahitabo tali sa polishing slurry ug sa nawong sa wafer, nga nagporma og humok nga layer.

Ang friction tali sa abrasive particles ug sa humok nga layer makatangtang sa materyal.

Mga bentaha sa CMP:

Makabuntog sa mga disbentaha sa puro mekanikal o kemikal nga pagpasinaw,

Makab-ot ang global ug lokal nga planarisasyon,

Naghimo og mga nawong nga adunay taas nga patag ug ubos nga kagaspang,

Dili magbilin ug kadaot sa ibabaw o ilalom sa yuta.

Sa detalye:

Ang wafer molihok nga may kalabotan sa polishing pad ubos sa presyur.

Ang mga abrasive nga sama sa nanometro ang sukod (pananglitan, SiO₂) sa slurry moapil sa paggunting, pagpahuyang sa Si–C covalent bonds ug pagpausbaw sa pagtangtang sa materyal.

Mga Matang sa mga Teknik sa CMP:

Libre nga Pagpasinaw gamit ang Abrasive: Ang mga abrasive (pananglitan, SiO₂) gisuspinde sa slurry. Ang pagtangtang sa materyal mahitabo pinaagi sa three-body abrasion (wafer-pad-abrasive). Ang gidak-on sa abrasive (kasagaran 60–200 nm), pH, ug temperatura kinahanglan nga tukma nga makontrol aron mapaayo ang pagkaparehas.

Fixed Abrasive Polishing: Ang mga abrasive gisulod sa polishing pad aron malikayan ang pagtipun-og—sulundon alang sa high-precision nga pagproseso.

Pagpanglimpyo Human sa Pagpasinaw:

Ang gipasinaw nga mga wafer moagi sa:

Pagpanglimpyo gamit ang kemikal (lakip ang pagtangtang sa DI water ug slurry residue),

Paghugas sa tubig gamit ang DI, ug

Init nga pagpauga sa nitroheno

aron maminusan ang mga kontaminante sa ibabaw.

Kalidad ug Pagganap sa Ibabaw

Ang kagaspang sa nawong mahimong maminusan ngadto sa Ra < 0.3 nm, nga makatuman sa mga kinahanglanon sa semiconductor epitaxy.

Global Planarization: Ang kombinasyon sa kemikal nga pagpahumok ug mekanikal nga pagtangtang makapakunhod sa mga garas ug dili patas nga pag-ukit, nga milabaw sa puro nga mekanikal o kemikal nga mga pamaagi.

Taas nga Epektibo: Haom para sa gahi ug dali mabuak nga mga materyales sama sa SiC, nga adunay gikusgon sa pagtangtang sa materyal nga labaw sa 200 nm/h.

Ubang Nag-uswag nga mga Teknik sa Pagpasinaw

Gawas sa CMP, gisugyot ang alternatibong mga pamaagi, lakip ang:

Elektrokemikal nga pagpakintab, Catalyst-assisted polishing o etching, ug

Pag-polish sa tribokemikal.

Apan, kini nga mga pamaagi anaa pa sa yugto sa panukiduki ug hinay nga naugmad tungod sa mahagiton nga mga kabtangan sa materyal sa SiC.

Sa katapusan, ang pagproseso sa SiC usa ka hinay-hinay nga proseso sa pagpakunhod sa warpage ug roughness aron mapaayo ang kalidad sa nawong, diin ang pagkontrol sa pagkapatag ug roughness hinungdanon sa matag yugto.

Teknolohiya sa Pagproseso

Atol sa yugto sa paggaling sa wafer, ang diamond slurry nga adunay lain-laing gidak-on sa partikulo gigamit aron galingon ang wafer ngadto sa gikinahanglan nga pagkapatag ug pagkagasgas sa nawong. Gisundan kini sa pagpasinaw, gamit ang mekanikal ug kemikal nga mekanikal nga pagpasinaw (CMP) nga mga teknik aron makahimo og walay kadaot nga pinasinaw nga silicon carbide (SiC) wafers.

Human sa pagpasinaw, ang mga SiC wafer moagi sa estrikto nga inspeksyon sa kalidad gamit ang mga instrumento sama sa optical microscopes ug X-ray diffractometers aron masiguro nga ang tanang teknikal nga mga parametro makatuman sa gikinahanglan nga mga sumbanan. Sa katapusan, ang gipasinaw nga mga wafer limpyohan gamit ang espesyal nga mga ahente sa pagpanglimpyo ug ultrapure nga tubig aron makuha ang mga hugaw sa ibabaw. Dayon kini paugahon gamit ang ultra-high purity nitrogen gas ug spin dryers, nga mokompleto sa tibuok proseso sa produksiyon.

Human sa mga katuigan nga paningkamot, dako nga pag-uswag ang nahimo sa pagproseso sa SiC single crystal sulod sa China. Sa sulod sa nasud, malampuson nga naugmad ang 100 mm nga doped semi-insulating 4H-SiC single crystals, ug ang n-type 4H-SiC ug 6H-SiC single crystals mahimo na karon nga himoon sa mga batch. Ang mga kompanya sama sa TankeBlue ug TYST nakaugmad na og 150 mm nga SiC single crystals.

Kabahin sa teknolohiya sa pagproseso sa SiC wafer, ang mga lokal nga institusyon nagsusi na daan sa mga kondisyon sa proseso ug mga ruta para sa pag-slice, paggaling, ug pagpasinaw sa kristal. Makahimo sila og mga sample nga makatuman sa mga kinahanglanon para sa paghimo og device. Apan, kon itandi sa internasyonal nga mga sumbanan, ang kalidad sa pagproseso sa nawong sa mga lokal nga wafer layo gihapon kaayo. Adunay daghang mga isyu:

Ang internasyonal nga mga teorya sa SiC ug mga teknolohiya sa pagproseso hugot nga gipanalipdan ug dili dali nga ma-access.

Adunay kakulang sa teoretikal nga panukiduki ug suporta alang sa pagpaayo ug pag-optimize sa proseso.

Mahal ang gasto sa pag-import sa mga langyaw nga kagamitan ug mga piyesa.

Ang lokal nga panukiduki sa disenyo sa kagamitan, katukma sa pagproseso, ug mga materyales nagpakita gihapon og dakong kalainan kon itandi sa internasyonal nga lebel.

Sa pagkakaron, kadaghanan sa mga instrumento nga taas og katukma nga gigamit sa China gi-import gikan sa gawas sa nasud. Ang mga kagamitan ug pamaagi sa pagsulay nanginahanglan usab og dugang nga pagpaayo.

Uban sa padayon nga pag-uswag sa mga third-generation semiconductors, ang diametro sa SiC single crystal substrates padayon nga nagkataas, uban sa mas taas nga mga kinahanglanon alang sa kalidad sa pagproseso sa ibabaw. Ang teknolohiya sa pagproseso sa wafer nahimong usa sa labing mahagiton nga mga lakang sa teknikal pagkahuman sa pagtubo sa SiC single crystal.

Aron matubag ang kasamtangang mga hagit sa pagproseso, importante nga tun-an pa ang mga mekanismo nga nalambigit sa pagputol, paggaling, ug pagpasinaw, ug pagsuhid sa angay nga mga pamaagi sa proseso ug mga ruta alang sa paghimo og SiC wafer. Sa samang higayon, gikinahanglan ang pagkat-on gikan sa mga abante nga internasyonal nga teknolohiya sa pagproseso ug pagsagop sa state-of-the-art nga ultra-precision machining techniques ug kagamitan aron makahimo og taas nga kalidad nga mga substrate.

Samtang nagkadako ang gidak-on sa wafer, nagkataas usab ang kalisud sa pagtubo ug pagproseso sa kristal. Bisan pa, ang kahusayan sa paggama sa mga downstream device miuswag pag-ayo, ug ang gasto sa yunit mikunhod. Sa pagkakaron, ang mga nag-unang supplier sa SiC wafer sa tibuok kalibutan nagtanyag og mga produkto gikan sa 4 ka pulgada hangtod 6 ka pulgada ang diyametro. Ang mga nanguna nga kompanya sama sa Cree ug II-VI nagsugod na sa pagplano alang sa pagpalambo sa 8-pulgada nga mga linya sa produksiyon sa SiC wafer.