Ang Kasamtangang Kahimtang ug Trend sa SiC Wafer Processing Technology

Ingon usa ka ikatulo nga henerasyon nga semiconductor substrate nga materyal,silicon carbide (SiC)Ang usa ka kristal adunay halapad nga mga prospect sa aplikasyon sa paghimo sa high-frequency ug high-power nga elektronik nga mga aparato. Ang teknolohiya sa pagproseso sa SiC adunay hinungdanon nga papel sa paghimo sa taas nga kalidad nga mga materyales sa substrate. Gipaila sa kini nga artikulo ang karon nga kahimtang sa panukiduki bahin sa mga teknolohiya sa pagproseso sa SiC sa China ug sa gawas sa nasud, pag-analisar ug pagtandi sa mga mekanismo sa pagputol, paggaling, ug pagpasinaw nga mga proseso, ingon man ang mga uso sa wafer flatness ug surface roughness. Gipunting usab niini ang naglungtad nga mga hagit sa pagproseso sa wafer sa SiC ug gihisgutan ang mga direksyon sa pag-uswag sa umaabot.

Silicon carbide (SiC)Ang mga wafer usa ka kritikal nga pundasyon nga materyales alang sa ikatulo nga henerasyon nga mga aparato sa semiconductor ug adunay hinungdanon nga importansya ug potensyal sa merkado sa mga natad sama sa microelectronics, power electronics, ug semiconductor lighting. Tungod sa hilabihan ka taas nga katig-a ug kemikal nga kalig-on saSiC single nga kristal, ang tradisyonal nga mga pamaagi sa pagproseso sa semiconductor dili hingpit nga angay alang sa ilang machining. Bisan kung daghang mga internasyonal nga kompanya ang nagpahigayon daghang panukiduki bahin sa gipangayo nga teknikal nga pagproseso sa mga single nga kristal sa SiC, ang mga may kalabotan nga teknolohiya gitago nga kompidensyal.

Sa bag-ohay nga mga tuig, ang China nagdugang sa mga paningkamot sa pagpalambo sa SiC single nga kristal nga mga materyales ug mga himan. Bisan pa, ang pag-uswag sa teknolohiya sa aparato sa SiC sa nasud karon gipugngan sa mga limitasyon sa mga teknolohiya sa pagproseso ug kalidad sa wafer. Busa, hinungdanon alang sa China nga mapaayo ang mga kapabilidad sa pagproseso sa SiC aron mapauswag ang kalidad sa mga substrate nga kristal nga SiC ug makab-ot ang ilang praktikal nga aplikasyon ug paghimo sa masa.

Ang nag-unang mga lakang sa pagproseso naglakip sa: pagputol → coarse grinding → fine grinding → rough polishing (mechanical polishing) → fine polishing (chemical mechanical polishing, CMP) → inspection.

Pagputol sa SiC Single Crystals

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

Ang mga galamiton sa pagputol mahimong ma-categorize pinaagi sa porma ngadto sa diamante sa sulod nga diametro (ID) mga gabas, gawas nga diametro (OD) nga gabas, band saw, ug wire saws. Ang mga wire saws, sa baylo, mahimong maklasipikar pinaagi sa ilang motion type ngadto sa reciprocating ug loop (walay katapusan) nga sistema sa wire. Base sa pagputol nga mekanismo sa abrasive, wire saw slicing techniques mahimong bahinon ngadto sa duha ka matang: free abrasive wire sawing ug fixed abrasive diamond wire sawing.

1.1 Tradisyonal nga mga Pamaagi sa Pagputol

Ang giladmon sa pagputol sa outer diameter (OD) nga mga gabas limitado sa diametro sa sulab. Atol sa proseso sa pagputol, ang sulab kay prone sa vibration ug deviation, nga moresulta sa taas nga lebel sa kasaba ug dili maayo nga rigidity. Ang sulod nga diametro (ID) nga mga gabas naggamit ug diamante nga mga abrasive sa sulod nga sirkumperensiya sa blade isip cutting edge. Kini nga mga blades mahimong ingon ka nipis sa 0.2 mm. Atol sa paghiwa, ang ID blade motuyok sa taas nga tulin samtang ang materyal nga pagaputlon naglihok nga radially relatibong sa sentro sa blade, nga makab-ot ang paghiwa pinaagi niining relatibong paglihok.

Ang mga gabas sa diamante nga banda nanginahanglan kanunay nga paghunong ug pagbag-o, ug ang katulin sa pagputol gamay kaayo-kasagaran dili molapas sa 2 m / s. Nag-antos usab sila sa hinungdanon nga pagsul-ob sa mekanikal ug taas nga gasto sa pagmentinar. Tungod sa gilapdon sa saw blade, ang cutting radius dili mahimong gamay ra, ug ang multi-slice cutting dili mahimo. Kini nga mga tradisyonal nga galamiton sa paggabas limitado sa kagahi sa base ug dili makahimo sa mga curved cut o adunay limitado nga turn radii. Sila makahimo lamang sa mga tul-id nga pagputol, makahimo og lapad nga mga kerf, adunay ubos nga abot nga rate, ug sa ingon dili angay alang sa pagputol.Mga kristal nga SiC.

1.2 Libre nga Abrasive Wire Saw Multi-Wire Cutting

Ang libre nga abrasive wire saw slicing technique naggamit sa paspas nga paglihok sa wire aron madala ang slurry ngadto sa kerf, nga makapahimo sa pagtangtang sa materyal. Kini nag-una nga naggamit sa usa ka reciprocating nga istruktura ug sa pagkakaron usa ka hamtong ug kaylap nga gigamit nga pamaagi alang sa episyente nga multi-wafer nga pagputol sa single-crystal silicon. Bisan pa, ang aplikasyon niini sa pagputol sa SiC wala kaayo gitun-an.

Ang libre nga abrasive wire saws makaproseso sa mga wafer nga adunay gibag-on nga ubos sa 300 μm. Nagtanyag sila og ubos nga pagkawala sa kerf, panagsa ra nga hinungdan sa chipping, ug moresulta sa medyo maayo nga kalidad sa nawong. Bisan pa, tungod sa mekanismo sa pagtangtang sa materyal-base sa rolling ug indentation sa mga abrasive-ang wafer nga nawong lagmit nga makahimo og mahinungdanon nga nahabilin nga stress, microcracks, ug mas lawom nga mga lut-od sa kadaot. Nagdala kini sa wafer warping, nagpalisud sa pagkontrol sa katukma sa profile sa nawong, ug nagdugang sa load sa sunod nga mga lakang sa pagproseso.

Ang pasundayag sa pagputol naimpluwensyahan pag-ayo sa slurry; gikinahanglan aron mapadayon ang kahait sa mga abrasive ug ang konsentrasyon sa slurry. Ang slurry nga pagtambal ug pag-recycle kay mahal. Kung ang pagputol sa dagkong mga ingot, ang mga abrasive maglisud sa pagsulod sa lawom ug taas nga mga kerf. Ubos sa parehas nga abrasive nga gidak-on sa lugas, ang pagkawala sa kerf mas dako kaysa sa fixed-abrasive wire saws.

1.3 Giayo nga Abrasive Diamond Wire Saw Multi-Wire Cutting

Ang mga pirmi nga abrasive nga diamante nga wire saws kasagaran gihimo pinaagi sa pag-embed sa mga partikulo sa diamante ngadto sa usa ka steel wire substrate pinaagi sa electroplating, sintering, o resin bonding nga mga pamaagi. Ang electroplated diamond wire saws nagtanyag og mga bentaha sama sa mas pig-ot nga mga kerf, mas maayo nga kalidad sa slice, mas taas nga episyente, ubos nga kontaminasyon, ug ang abilidad sa pagputol sa mga materyales nga taas ang katig-a.

Ang reciprocating electroplated diamond wire saw mao ang pinaka kaylap nga gigamit nga pamaagi sa pagputol sa SiC. Ang Figure 1 (wala gipakita dinhi) nag-ilustrar sa nawong nga patag sa SiC wafers nga giputol gamit kini nga teknik. Samtang nagpadayon ang pagputol, ang wafer warpage nagdugang. Kini tungod kay ang lugar sa pagkontak tali sa wire ug sa materyal nga pagtaas samtang ang wire molihok paubos, nagdugang resistensya ug wire vibration. Kung ang wire makaabot sa kinatas-ang diyametro sa wafer, ang vibration anaa sa kinapungkayan niini, nga moresulta sa maximum warpage.

Sa ulahing mga yugto sa pagputol, tungod sa wire nga gipapaspas, stable-speed nga paglihok, deceleration, paghunong, ug pagbalik, uban sa mga kalisud sa pagtangtang sa mga tinumpag gamit ang coolant, ang kalidad sa nawong sa wafer nadaot. Ang pagbag-o sa wire ug pag-usab-usab sa tulin, ingon man ang dagkong mga partikulo sa diamante sa wire, mao ang nag-unang hinungdan sa mga garas sa nawong.

1.4 Cold Separation Technology

Ang bugnaw nga pagbulag sa mga single nga kristal sa SiC usa ka bag-ong proseso sa natad sa pagproseso sa materyal nga semiconductor sa ikatulo nga henerasyon. Sa bag-ohay nga mga tuig, kini nakadani sa mahinungdanon nga pagtagad tungod sa iyang talagsaong mga bentaha sa pagpalambo sa abot ug pagkunhod sa materyal nga pagkawala. Ang teknolohiya mahimong analisahon gikan sa tulo ka mga aspeto: prinsipyo sa pagtrabaho, dagan sa proseso, ug kinauyokan nga mga bentaha.

Determinasyon sa Crystal Orientation ug Outer Diameter Grinding: Sa wala pa ang pagproseso, ang kristal nga oryentasyon sa SiC ingot kinahanglan matino. Ang ingot giporma sa usa ka cylindrical nga istruktura (kasagaran gitawag nga SiC puck) pinaagi sa outer diameter grinding. Kini nga lakang nagbutang sa pundasyon alang sa sunod nga direksyon nga pagputol ug paghiwa.

Multi-Wire Cutting: Kini nga pamaagi naggamit sa abrasive nga mga partikulo nga gihiusa sa pagputol sa mga wire aron ihiwa ang cylindrical ingot. Bisan pa, nag-antos kini sa hinungdanon nga pagkawala sa kerf ug mga isyu sa dili patas sa nawong.

Teknolohiya sa Pagputol sa Laser: Ang usa ka laser gigamit aron maporma ang usa ka gibag-o nga layer sa sulod sa kristal, diin ang nipis nga mga hiwa mahimong mabulag. Kini nga pamaagi makapakunhod sa pagkawala sa materyal ug makapauswag 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 karon ang mainstream nga teknolohiya, haum kaayo alang sa taas nga katig-a nga mga kinaiya sa SiC.

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

Proseso sa Pagpasinaw: Kinahanglan nga balansehon ang rate sa pagtangtang sa materyal ug kadaot sa nawong. Ang Chemical Mechanical Polishing (CMP) gigamit aron mapaayo ang pagkaparehas sa nawong.

Tinuod nga Oras nga Pag-monitor: Ang mga teknolohiya sa online nga inspeksyon gipaila aron mamonitor ang kabangis sa nawong sa tinuud nga oras.

Laser Slicing: Kini nga teknik nagpamenos sa pagkawala sa kerf ug nagpamubo sa mga siklo sa pagproseso, bisan kung ang apektadong thermal zone nagpabilin nga usa ka hagit.

Mga Teknolohiya sa Pagproseso sa Hybrid: Ang paghiusa sa mga pamaagi sa mekanikal ug kemikal nagpauswag sa kahusayan sa pagproseso.

Kini nga teknolohiya nakab-ot na sa industriyal nga aplikasyon. Ang Infineon, pananglitan, nakakuha sa SILTECTRA ug karon naghupot sa kinauyokan nga mga patente nga nagsuporta sa mass production sa 8-pulgada nga mga wafer. Sa China, ang mga kompanya sama sa Delong Laser nakab-ot ang usa ka kahusayan sa output nga 30 nga mga wafer matag ingot alang sa 6-pulgada nga pagproseso sa wafer, nga nagrepresentar sa usa ka 40% nga pag-uswag sa tradisyonal nga mga pamaagi.

Samtang paspas ang paghimo sa mga kagamitan sa domestic, kini nga teknolohiya gilauman nga mahimong panguna nga solusyon alang sa pagproseso sa substrate sa SiC. Sa nagkadako nga diyametro sa mga materyales sa semiconductor, ang tradisyonal nga mga pamaagi sa pagputol nahimo’g karaan. Lakip sa karon nga mga kapilian, ang reciprocating diamond wire saw nga teknolohiya nagpakita sa labing maayong mga prospect sa aplikasyon. Ang pagputol sa laser, ingon usa ka us aka us aka pamaagi, nagtanyag hinungdanon nga mga bentaha ug gipaabut nga mahimong panguna nga pamaagi sa pagputol sa umaabot.

2,SiC Single Crystal Grinding

Ingon usa ka representante sa ikatulo nga henerasyon nga semiconductors, ang silicon carbide (SiC) nagtanyag hinungdanon nga mga bentaha tungod sa lapad nga bandgap niini, taas nga pagkaguba sa natad sa kuryente, taas nga tulin sa pag-anod sa elektron sa saturation, ug maayo kaayo nga conductivity sa thermal. Kini nga mga kabtangan naghimo sa SiC nga labi ka mapuslanon sa taas nga boltahe nga aplikasyon (pananglitan, 1200V nga 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 direkta nga makaapekto sa kalidad sa epitaxial layer ug ang pasundayag sa katapusan nga aparato.

Ang nag-unang katuyoan sa proseso sa paggaling mao ang pagtangtang sa mga marka sa saw sa ibabaw ug mga lut-od sa kadaot nga gipahinabo sa panahon sa paghiwa, ug aron matul-id ang deformasyon nga gipahinabo sa proseso sa pagputol. Tungod sa hilabihan ka taas nga katig-a sa SiC, ang paggaling nagkinahanglan sa paggamit sa gahi nga mga abrasive sama sa boron carbide o diamante. Ang conventional grinding kasagarang gibahin sa coarse grinding ug fine grinding.

2.1 Coarse ug Maayong Paggaling

Ang paggaling mahimong ma-categorize base sa abrasive nga gidak-on sa partikulo:

Coarse Grinding: Gigamit ang mas dagkong mga abrasive aron makuha ang mga marka sa gabas ug makadaot nga mga layer nga gipahinabo sa panahon sa paghiwa, aron mapaayo ang kahusayan sa pagproseso.

Maayo nga Paggaling: Naggamit ug mas pino nga mga abrasive aron makuha ang kadaot nga layer nga nahabilin sa coarse grinding, pagpakunhod sa kabangis sa nawong, ug pagpauswag sa kalidad sa nawong.

Daghang mga domestic nga SiC substrate manufacturer ang naggamit sa dinagkong proseso sa produksiyon. Ang kasagarang pamaagi naglakip sa double-sided grinding gamit ang cast iron plate ug monocrystalline diamond slurry. Kini nga proseso epektibo nga nagtangtang sa kadaot nga layer nga nahabilin sa wire sawing, nagtul-id sa porma sa wafer, ug nagpamenos sa TTV (Total Thickness Variation), Bow, ug Warp. Ang materyal nga pagtangtang rate mao ang lig-on, kasagaran sa pagkab-ot sa 0.8-1.2 μm/min. Bisan pa, ang resulta nga wafer nga nawong kay matte nga adunay medyo taas nga kabangis-kasagaran mga 50 nm-nga nagpahamtang sa mas taas nga panginahanglan sa sunod nga mga lakang sa pagpasinaw.

2.2 Single-Sided nga Paggaling

Ang single-sided grinding nagproseso lang sa usa ka kilid sa wafer matag higayon. Atol niini nga proseso, ang wafer gibutang sa wax sa usa ka steel plate. Ubos sa gipadapat nga presyur, ang substrate moagi sa gamay nga deformation, ug ang ibabaw nga nawong gipatag. Human sa paggaling, ang ubos nga nawong gipatag. Kung ang presyur gikuha, ang ibabaw nga nawong lagmit nga maulian sa orihinal nga porma niini, nga makaapekto usab sa yuta nga ubos nga nawong - hinungdan nga ang duha ka kilid mag-warp ug mag-us-os sa patag.

Dugang pa, ang grinding plate mahimong concave sa mubo nga panahon, hinungdan nga ang wafer mahimong convex. Aron mapadayon ang patag sa plato, gikinahanglan ang kanunay nga pagsinina. Tungod sa ubos nga kahusayan ug dili maayo nga wafer flatness, ang single-sided grinding dili angay alang sa mass production.

Kasagaran, ang #8000 grinding wheels gigamit alang sa maayong paggaling. Sa Japan, kini nga proseso medyo hingkod ug bisan ang paggamit sa #30000 nga mga ligid sa pagpasinaw. Gitugotan niini ang kabangis sa nawong sa giproseso nga mga wafer nga moabot sa ubos sa 2 nm, nga naghimo sa mga wafer nga andam alang sa katapusan nga CMP (Chemical Mechanical Polishing) nga wala’y dugang nga pagproseso.

2.3 Single-Sided Thinning Technology

Ang Diamond Single-Sided Thinning Technology maoy usa ka nobela nga pamaagi sa single-side grinding. Ingon sa gihulagway sa Figure 5 (wala gipakita dinhi), ang proseso naggamit sa usa ka plato nga gigapos sa diamante. Ang wafer gitakda pinaagi sa vacuum adsorption, samtang ang wafer ug ang diamond grinding wheel dungan nga nagtuyok. Ang ligid sa paggaling anam-anam nga naglihok paubos aron manipis ang wafer sa gibag-on nga gipunting. Human makompleto ang usa ka kilid, ang wafer balihon aron maproseso ang pikas nga bahin.

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

Bow < 5 μm

TTV < 2 μm

Pagkabaga sa nawong <1 nm

Kini nga pamaagi sa pagproseso sa us aka wafer nagtanyag taas nga kalig-on, maayo kaayo nga pagkamakanunayon, ug taas nga rate sa pagtangtang sa materyal. Kung itandi sa naandan nga doble nga panig nga paggaling, kini nga pamaagi nagpauswag sa kahusayan sa paggaling sa sobra sa 50%.

2.4 Doble-Sided nga Paggaling

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

Atol sa proseso, ang paggaling nga mga plato una nga nag-aplay sa presyur sa labing kataas nga mga punto sa workpiece, hinungdan sa deformation ug anam-anam nga pagtangtang sa materyal sa mga punto. Samtang ang taas nga mga lugar gipatag, ang presyur sa substrate anam-anam nga nahimong mas uniporme, nga miresulta sa makanunayon nga deformation sa tibuok nawong. Kini nagtugot sa ibabaw ug sa ubos nga mga ibabaw nga yuta nga parehas. Kung kompleto na ang paggaling ug ang presyur gipagawas, ang matag bahin sa substrate maulian nga parehas tungod sa parehas nga presyur nga nasinati niini. Kini modala ngadto sa gamay nga warping ug maayo nga patag.

Ang kabangis sa nawong sa ostiya human sa paggaling nagdepende sa gidak-on sa abrasive nga partikulo-ang gagmay nga mga partikulo makahatag og mas hamis nga mga ibabaw. Kung naggamit ug 5 μm nga mga abrasive para sa doble nga kilid nga paggaling, ang wafer flatness ug gibag-on nga pagbag-o mahimong makontrol sa sulod sa 5 μm. Ang mga pagsukod sa Atomic Force Microscopy (AFM) nagpakita sa usa ka pagkabaga sa ibabaw (Rq) nga mga 100 nm, nga adunay mga lungag sa paggaling hangtod sa 380 nm ang giladmon ug makita nga mga linya nga marka tungod sa abrasive nga aksyon.

Ang usa ka mas abante nga pamaagi naglakip sa double-sided grinding gamit ang polyurethane foam pads inubanan sa polycrystalline diamond slurry. Kini nga proseso nagpatunghag mga wafer nga adunay ubos kaayo nga pagkagapas sa nawong, nga nakab-ot ang Ra <3 nm, nga labi ka mapuslanon alang sa sunod nga pagpasinaw sa mga substrate sa SiC.

Bisan pa, ang pagkalot sa nawong nagpabilin nga wala masulbad nga isyu. Dugang pa, ang polycrystalline nga diamante nga gigamit sa kini nga proseso gihimo pinaagi sa eksplosibo nga synthesis, nga sa teknikal nga paghagit, naghatag gamay nga kantidad, ug labi ka mahal.

Pagpasinaw sa SiC Single Crystals

Aron makab-ot ang taas nga kalidad nga gipasinaw nga nawong sa mga wafer sa silicon carbide (SiC), ang pagpasinaw kinahanglan nga hingpit nga magtangtang sa mga grinding pit ug nanometer-scale surface undulations. Ang tumong mao ang paghimo og usa ka hapsay, walay depekto nga nawong nga walay kontaminasyon o pagkadaut, walay kadaot sa ilalom sa yuta, ug walay nahabilin nga stress sa nawong.

3.1 Mechanical Polishing ug CMP sa SiC Wafers

Pagkahuman sa pagtubo sa usa ka SiC nga kristal nga ingot, ang mga depekto sa nawong nagpugong niini nga direkta nga magamit alang sa pagtubo sa epitaxial. Busa, gikinahanglan ang dugang nga pagproseso. Ang ingot una nga giporma sa usa ka standard nga cylindrical nga porma pinaagi sa rounding, unya 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 nawong tungod sa mga depekto sa pagtubo sa kristal ug mga lakang sa pagproseso sa wala pa.

Adunay upat ka nag-unang mga pamaagi sa pagtangtang sa mga lut-od sa kadaot sa nawong sa SiC:

Mechanical polishing: Yano apan nagbilin ug mga garas; angay alang sa pasiunang pagpasinaw.

Chemical Mechanical Polishing (CMP): Pagtangtang sa mga garas pinaagi sa kemikal nga pag-ukit; angay alang sa tukma nga pagpasinaw.

Hydrogen etching: Nanginahanglan komplikado nga kagamitan, kasagarang gigamit sa mga proseso sa HTCVD.

Plasma-assisted polishing: Komplikado ug panagsa ra gamiton.

Ang mekanikal lamang nga pagpasinaw lagmit makapahinabog mga garas, samtang ang kemikal lamang nga pagpasinaw mahimong mosangpot sa dili patas nga pagkulit. Gihiusa sa CMP ang duha nga mga bentaha ug nagtanyag usa ka episyente, epektibo nga solusyon.

Prinsipyo sa Pagtrabaho sa CMP

Ang CMP naglihok pinaagi sa pag-rotate sa wafer ubos sa gitakda nga pressure 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 reaktibo nga ahente, nakab-ot ang planarization sa ibabaw.

Panguna nga mga materyales nga gigamit:

Pagpasinaw nga slurry: Naglangkob sa mga abrasive ug mga kemikal nga reagents.

Polishing pad: Naguba sa panahon sa paggamit, pagkunhod sa gidak-on sa lungag ug pagkaayo sa pagpadala sa slurry. Ang regular nga pagsinina, kasagaran gamit ang diamante nga dresser, gikinahanglan aron mapasig-uli ang kabangis.

Kinaandan nga Proseso sa CMP

Abrasive: 0.5 μm nga diamante nga slurry

Target nga pagkabaga sa nawong: ~0.7 nm

Chemical Mechanical Polishing:

Kagamitan sa pagpasinaw: AP-810 single-sided polisher

Presyon: 200 g/cm²

Katulin sa plato: 50 rpm

Katulin sa naghupot sa seramik: 38 rpm

Komposisyon sa slurry:

SiO₂ (30 wt%, pH = 10.15)

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

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

Slurry flow rate: 3 L/min, recirculated

Kini nga proseso epektibo nga nagpauswag sa kalidad sa wafer sa SiC ug nagtagbo sa mga kinahanglanon alang sa mga proseso sa ubos.

Teknikal nga mga Hagit sa Mechanical Polishing

Ang SiC, ingon usa ka lapad nga bandgap semiconductor, adunay hinungdanon nga papel sa industriya sa elektroniko. Uban sa maayo kaayo nga pisikal ug kemikal nga mga kabtangan, ang SiC single nga mga kristal angay alang sa grabe nga mga palibot, sama sa taas nga temperatura, taas nga frequency, taas nga gahum, ug resistensya sa radiation. Bisan pa, ang gahi ug brittle nga kinaiyahan nagpresentar sa dagkong mga hagit sa paggaling ug pagpasinaw.

Samtang nag-transition ang nag-unang global nga mga tiggama gikan sa 6-pulgada ngadto sa 8-pulgada nga mga wafer, ang mga isyu sama sa pag-crack ug pagkadaot sa wafer atol sa pagproseso nahimong mas prominente, nga nakaapekto sa abot. Ang pagsulbad sa mga teknikal nga hagit sa 8-pulgada nga SiC substrates karon usa ka hinungdanon nga sukaranan alang sa pag-uswag sa industriya.

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

Ang pag-scale sa wafer gikinahanglan aron madugangan ang output sa chip matag batch, makunhuran ang pagkawala sa ngilit, ug mas mubu ang gasto sa produksiyon—labi na ang pagsaka sa panginahanglan sa mga aplikasyon sa electric vehicle.

Samtang ang pagtubo sa 8-pulgada nga SiC nga single nga mga kristal nahamtong na, ang mga proseso sa back-end sama sa paggaling ug pagpasinaw nag-atubang gihapon sa mga bottleneck, nga miresulta sa ubos nga abot (40-50%) ra.

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

Bisan kung ang gibag-on sa 8-pulgada nga mga wafer nagkaduol sa 6-pulgada nga mga wafer, kini labi nga dali nga madaot sa panahon sa pagdumala tungod sa kapit-os ug pag-warping.

Aron makunhuran ang tensiyon nga may kalabotan sa pagputol, pagkaguba, ug pag-crack, ang pagputol sa laser labi nga gigamit. Apan:

Ang taas nga wavelength nga mga laser hinungdan sa thermal damage.

Ang mubo nga wavelength nga mga laser makamugna og bug-at nga mga tinumpag ug nagpalawom sa kadaot nga layer, nagdugang sa pagkakomplikado sa pagpasinaw.

Mechanical Polishing Workflow para sa SiC

Ang kinatibuk-ang dagan sa proseso naglakip sa:

Pagputol sa orientasyon

Coarse grinding

Maayo nga paggaling

Mekanikal nga pagpasinaw

Chemical Mechanical Polishing (CMP) isip katapusang lakang

Ang pagpili sa pamaagi sa CMP, disenyo sa ruta sa proseso, ug pag-optimize sa mga parameter hinungdanon. Sa paghimo sa semiconductor, ang CMP mao ang pagtino nga lakang alang sa paghimo sa mga wafer sa SiC nga adunay ultra-smooth, depekto, ug wala’y kadaot nga mga ibabaw, nga hinungdanon alang sa taas nga kalidad nga pagtubo sa epitaxial.

(a) Kuhaa ang SiC ingot gikan sa crucible;

(b) Ipahigayon ang inisyal nga pagporma gamit ang outer diameter grinding;

(c) Tinoa ang kristal nga oryentasyon gamit ang alignment flats o notches;

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

(e) Makab-ot ang sama sa salamin nga kahapsay sa nawong pinaagi sa paggaling ug pagpasinaw nga mga lakang.

Human makompleto ang sunod-sunod nga mga lakang sa pagproseso, ang gawas nga ngilit sa SiC wafer kanunay nga mahimong mahait, nga nagdugang sa risgo sa pag-chip sa panahon sa pagdumala o paggamit. Aron malikayan ang ingon nga pagkahuyang, gikinahanglan ang paggaling sa ngilit.

Dugang sa tradisyonal nga mga proseso sa paghiwa, ang usa ka bag-ong pamaagi sa pag-andam sa mga wafer sa SiC naglakip sa teknolohiya sa pagbugkos. Kini nga pamaagi makahimo sa wafer fabrication pinaagi sa pagbugkos sa usa ka nipis nga SiC single-crystal layer ngadto sa usa ka heterogeneous substrate (pagsuporta sa substrate).

Ang Figure 3 naghulagway sa dagan sa proseso:

Una, usa ka delamination layer ang naporma sa usa ka piho nga giladmon sa ibabaw sa SiC single nga kristal pinaagi sa hydrogen ion implantation o susama nga mga teknik. Ang giproseso nga SiC nga usa ka kristal unya gibugkos sa usa ka patag nga pagsuporta sa substrate ug gipailalom sa presyur ug kainit. Kini nagtugot sa malampuson nga pagbalhin ug pagbulag sa SiC single-crystal layer ngadto sa nagsuporta nga substrate.

Ang nahimulag nga layer sa SiC moagi sa pagtambal sa ibabaw aron makab-ot ang gikinahanglan nga patag ug mahimong magamit pag-usab sa sunod nga mga proseso sa pagbugkos. Kung itandi sa tradisyonal nga paghiwa sa mga kristal nga SiC, kini nga teknik nagpamenos sa panginahanglan alang sa mahal nga mga materyales. Bisan kung ang mga teknikal nga hagit nagpabilin, ang panukiduki ug pag-uswag aktibo nga nag-uswag aron mahimo ang mas mubu nga gasto sa produksiyon sa wafer.

Tungod sa taas nga katig-a ug kemikal nga kalig-on sa SiC-nga naghimo niini nga makasugakod sa mga reaksyon sa temperatura sa lawak-gikinahanglan ang mekanikal nga pagpasinaw aron matangtang ang maayong mga gahong sa paggaling, makunhuran ang kadaot sa nawong, mawagtang ang mga garas, pitting, ug mga depekto sa panit sa orange, ipaubos ang kabangis sa nawong, mapalambo ang patag, ug mapalambo ang kalidad sa nawong.

Aron makab-ot ang usa ka taas nga kalidad nga gipasinaw nga nawong, kinahanglan nga:

I-adjust ang mga matang sa abrasive,

Bawasan ang gidak-on sa partikulo,

Pag-optimize sa mga parameter sa proseso,

Pagpili sa mga materyales sa pagpasinaw ug mga pad nga adunay igong katig-a.

Gipakita sa Figure 7 nga ang double-sided polishing nga adunay 1 μm abrasives makakontrol sa flatness ug gibag-on nga kausaban sa sulod sa 10 μm, ug makapakunhod sa kabangis sa nawong ngadto sa mga 0.25 nm.

3.2 Chemical Mechanical Polishing (CMP)

Ang Chemical Mechanical Polishing (CMP) naghiusa sa ultrafine nga particle abrasion nga adunay kemikal nga pag-ukit aron mahimong hapsay, planar nga nawong sa materyal nga giproseso. Ang sukaranan nga prinsipyo mao ang:

Ang usa ka kemikal nga reaksyon mahitabo tali sa polishing slurry ug sa wafer ibabaw, nga nahimong usa ka humok nga layer.

Ang friction tali sa abrasive nga mga partikulo ug ang humok nga layer nagtangtang sa materyal.

Mga bentaha sa CMP:

Gibuntog ang mga kakulian sa puro mekanikal o kemikal nga pagpasinaw,

Nakab-ot ang global ug lokal nga pagplano,

Naghimo sa mga ibabaw nga adunay taas nga patag ug ubos nga pagkagisi,

Wala’y gibilin nga kadaot sa nawong o ilawom sa yuta.

Sa detalye:

Ang wafer nagalihok kalabot sa polishing pad ubos sa pressure.

Ang Nanometer-scale abrasives (eg, SiO₂) sa slurry moapil sa paggunting, pagpahuyang sa Si-C covalent bonds ug pagpausbaw sa pagtangtang sa materyal.

Mga matang sa CMP Techniques:

Libre nga Abrasive Polishing: Ang mga abrasive (pananglitan, SiO₂) gisuspinde sa slurry. Ang pagtangtang sa materyal mahitabo pinaagi sa tulo ka lawas nga abrasion (wafer–pad–abrasive). Ang abrasive nga gidak-on (kasagaran 60–200 nm), pH, ug temperatura kinahanglang tukma nga kontrolon aron mapalambo ang pagkaparehas.

Fixed Abrasive Polishing: Ang mga abrasive gi-embed sa polishing pad aron mapugngan ang agglomeration—maayo alang sa pagproseso sa high-precision.

Paglimpyo human sa pagpasinaw:

Ang gipasinaw nga mga wafer moagi sa:

Paglimpyo sa kemikal (lakip ang tubig sa DI ug pagtangtang sa nahabilin nga slurry),

DI tubig rinsing, ug

Pag-uga sa init nga nitrogen

aron mamenosan ang mga kontaminado sa ibabaw.

Kalidad ug Pagganap sa Ibabaw

Ang kabangis sa nawong mahimong makunhuran sa Ra <0.3 nm, nga nagtagbo sa mga kinahanglanon sa semiconductor epitaxy.

Global Planarization: Ang kombinasyon sa kemikal nga pagpahumok ug mekanikal nga pagtangtang makapamenos sa mga garas ug dili patas nga pagkulit, nga labaw sa lunsay nga mekanikal o kemikal nga mga pamaagi.

Taas nga Episyente: Angayan alang sa gahi ug brittle nga mga materyales sama sa SiC, nga adunay mga rate sa pagtangtang sa materyal nga labaw sa 200 nm / h.

Ubang mga Nag-uswag nga Mga Teknik sa Pagpaputi

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

Electrochemical polishing, Catalyst-assisted polishing o etching, ug

Tribochemical polishing.

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

Sa katapusan, ang pagproseso sa SiC usa ka anam-anam nga proseso sa pagkunhod sa warpage ug kabangis aron mapauswag ang kalidad sa nawong, kung diin ang pagkontrol sa pagkabuak ug kabangis kritikal sa matag yugto.

Teknolohiya sa Pagproseso

Atol sa yugto sa paggiling sa wafer, ang diamante nga slurry nga adunay lainlaing mga gidak-on sa partikulo gigamit sa paggaling sa ostiya sa gikinahanglan nga patag ug pagkagapos sa nawong. Gisundan kini sa pagpasinaw, gamit ang mekanikal ug kemikal nga mekanikal nga polishing (CMP) nga mga teknik aron makahimo og walay kadaot nga gipasinaw nga silicon carbide (SiC) nga mga wafer.

Human sa pagpasinaw, ang SiC wafers moagi sa higpit nga kalidad nga inspeksyon gamit ang mga instrumento sama sa optical microscopes ug X-ray diffractometers aron maseguro nga ang tanang teknikal nga mga parameter makaabot sa gikinahanglan nga mga sumbanan. Sa katapusan, ang gipasinaw nga mga wafer gilimpyohan gamit ang espesyal nga mga ahente sa paglimpyo ug ultrapure nga tubig aron makuha ang mga kontaminado sa nawong. Dayon sila gipauga gamit ang ultra-high purity nitrogen gas ug spin dryers, pagkompleto sa tibuok proseso sa produksyon.

Human sa mga tuig nga paningkamot, mahinungdanon nga pag-uswag ang nahimo sa SiC single crystal processing sulod sa China. Domestically, 100 mm doped semi-insulating 4H-SiC single nga kristal nga malampuson nga naugmad, ug n-type 4H-SiC ug 6H-SiC single kristal mahimo na karon sa paghimo sa mga batch. Ang mga kompanya sama sa TankeBlue ug TYST nakahimo na sa 150 mm SiC nga mga kristal.

Sa termino sa SiC wafer processing technology, ang mga domestic nga institusyon una nang nagsuhid sa mga kondisyon sa proseso ug mga ruta alang sa kristal nga paghiwa, paggaling, ug pagpasinaw. Makahimo sila sa paghimo og mga sampol nga batakan nga nagtagbo sa mga kinahanglanon alang sa paghimo sa aparato. Bisan pa, kung itandi sa internasyonal nga mga sumbanan, ang kalidad sa pagproseso sa nawong sa mga domestic nga wafer labi pa nga naatras. Adunay pipila ka mga isyu:

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

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

Ang gasto sa pag-import sa mga langyaw nga kagamitan ug mga sangkap taas.

Ang panukiduki sa balay bahin sa disenyo sa kagamitan, katukma sa pagproseso, ug mga materyales nagpakita gihapon og daghang mga kal-ang kung itandi sa internasyonal nga lebel.

Sa pagkakaron, kadaghanan sa mga high-precision nga mga instrumento nga gigamit sa China gi-import. Ang mga kagamitan ug pamaagi sa pagsulay nanginahanglan usab og dugang nga pag-uswag.

Sa padayon nga pag-uswag sa mga semiconductor sa ikatulo nga henerasyon, ang diametro sa SiC nga usa ka kristal nga substrate padayon nga nagdugang, kauban ang mas taas nga mga kinahanglanon alang sa kalidad sa pagproseso sa nawong. Ang teknolohiya sa pagproseso sa wafer nahimong usa sa labing teknikal nga paghagit nga mga lakang pagkahuman sa pagtubo sa usa ka kristal nga SiC.

Aron matubag ang naglungtad nga mga hagit sa pagproseso, hinungdanon nga tun-an pa ang mga mekanismo nga nahilambigit sa pagputol, paggaling, ug pagpasinaw, ug aron masusi ang angay nga mga pamaagi sa proseso ug mga ruta alang sa paghimo sa SiC wafer. Sa samang higayon, gikinahanglan ang pagkat-on gikan sa mga advanced nga internasyonal nga teknolohiya sa pagproseso ug pagsagop sa state-of-the-art nga ultra-precision machining techniques ug ekipo aron makagama ug dekalidad nga substrates.

Samtang nagkadako ang gidak-on sa wafer, ang kalisud sa pagtubo ug pagproseso sa kristal usab mosaka. Bisan pa, ang kahusayan sa paghimo sa mga aparato sa ilawom sa agos labi nga nag-uswag, ug ang gasto sa yunit gikunhuran. Sa pagkakaron, ang nag-unang SiC wafer suppliers sa tibuok kalibutan nagtanyag og mga produkto gikan sa 4 ka pulgada ngadto sa 6 ka pulgada ang diyametro. Ang mga nanguna nga kompanya sama sa Cree ug II-VI nagsugod na sa pagplano alang sa pagpauswag sa 8-pulgada nga mga linya sa produksiyon sa SiC wafer.