SiC Wafer өңдеу технологиясының ағымдағы жағдайы мен тенденциялары

Үшінші буын жартылай өткізгіш субстрат материалы ретінде,кремний карбиді (SiC)монокристалды жоғары жиілікті және жоғары қуатты электронды құрылғыларды өндіруде кең қолдану перспективалары бар. SiC өңдеу технологиясы жоғары сапалы субстрат материалдарын өндіруде шешуші рөл атқарады. Бұл мақалада Қытайда да, шетелде де SiC өңдеу технологиялары бойынша зерттеулердің қазіргі жағдайы, кесу, ұнтақтау және жылтырату процестерінің механизмдерін талдау және салыстыру, сондай-ақ пластинаның тегістігі мен бетінің кедір-бұдырлығының тенденциялары көрсетіледі. Ол сондай-ақ SiC пластинасын өңдеудегі бар қиындықтарды көрсетеді және болашақ даму бағыттарын талқылайды.

Кремний карбиді (SiC)пластиналар үшінші буындағы жартылай өткізгіш құрылғылар үшін маңызды негізгі материалдар болып табылады және микроэлектроника, энергетикалық электроника және жартылай өткізгішті жарықтандыру сияқты салаларда маңызды мәнге және нарықтық әлеуетке ие. Өте жоғары қаттылық пен химиялық тұрақтылыққа байланыстыSiC монокристалдары, жартылай өткізгішті өңдеудің дәстүрлі әдістері оларды өңдеуге толығымен сәйкес келмейді. Көптеген халықаралық компаниялар SiC монокристалдарын техникалық талап ететін өңдеу бойынша ауқымды зерттеулер жүргізгенімен, сәйкес технологиялар қатаң құпияда сақталады.

Соңғы жылдары Қытай SiC монокристалды материалдары мен құрылғыларын әзірлеуге күш салды. Дегенмен, елде SiC құрылғысының технологиясының дамуы қазіргі уақытта өңдеу технологияларындағы шектеулер мен пластинаның сапасымен шектеледі. Сондықтан Қытай үшін SiC монокристалды субстраттардың сапасын жақсарту және олардың практикалық қолданылуы мен жаппай өндірісіне қол жеткізу үшін SiC өңдеу мүмкіндіктерін жақсарту өте маңызды.

Негізгі өңдеу кезеңдері мыналарды қамтиды: кесу → дөрекі ұнтақтау → ұсақ тегістеу → өрескел жылтырату (механикалық жылтырату) → жұқа жылтырату (химиялық механикалық жылтырату, CMP) → тексеру.

SiC монокристалдарын кесу

өңдеудеSiC монокристалдары, кесу бірінші және өте маңызды қадам болып табылады. Кесу процесінің нәтижесінде пайда болатын вафлидің садағы, иілісі және жалпы қалыңдығының өзгеруі (TTV) кейінгі тегістеу және жылтырату операцияларының сапасы мен тиімділігін анықтайды.

Кескіш құралдарды пішіні бойынша ішкі диаметрі (ID) алмаз аралары, сыртқы диаметрі (ОД) аралары, таспа аралары және сым аралары деп бөлуге болады. Сым араларды, өз кезегінде, қозғалыс түріне қарай поршеньді және контурлы (шексіз) сым жүйелеріне жіктеуге болады. Абразивті кесу механизміне байланысты сым арамен кесу әдістерін екі түрге бөлуге болады: еркін абразивті сымды аралау және бекітілген абразивті алмас сымды аралау.

1.1 Кесудің дәстүрлі әдістері

Сыртқы диаметрлі (НҚ) араларды кесу тереңдігі пышақтың диаметрімен шектеледі. Кесу процесі кезінде пышақ діріл мен ауытқуға бейім, нәтижесінде шу деңгейі жоғары және қаттылық нашар болады. Ішкі диаметрлі (ID) аралар кескіш жиек ретінде пышақтың ішкі шеңберіне алмазды абразивтерді пайдаланады. Бұл пышақтар 0,2 мм-ге дейін жұқа болуы мүмкін. Кесу кезінде кесілетін материал пышақтың ортасына қатысты радиалды қозғалғанда, идентификатор пышағы жоғары жылдамдықпен айналады және осы салыстырмалы қозғалыс арқылы кесуге қол жеткізеді.

Алмаз таспалы аралар жиі тоқтаулар мен бұрылуларды қажет етеді, ал кесу жылдамдығы өте төмен — әдетте 2 м/с аспайды. Олар сондай-ақ айтарлықтай механикалық тозудан және жоғары техникалық қызмет көрсету шығындарынан зардап шегеді. Аралау дискісінің еніне байланысты кесу радиусы тым аз болуы мүмкін емес және көп кесінділерді кесу мүмкін емес. Бұл дәстүрлі аралау құралдары негіздің қаттылығымен шектеледі және қисық кесу жасай алмайды немесе шектеулі бұрылу радиустарына ие. Олар тек түзу кесуге қабілетті, кең керфтер жасайды, өнімділігі төмен, сондықтан кесуге жарамсыз.SiC кристалдары.

1.2 Тегін абразивті сымды аралау көп сымды кесу

Тегін абразивті сым арамен кесу техникасы материалды кетіруге мүмкіндік беретін суспензияны керфке тасымалдау үшін сымның жылдам қозғалысын пайдаланады. Ол, ең алдымен, поршеньді құрылымды пайдаланады және қазіргі уақытта бір кристалды кремнийді тиімді көп вафельді кесу үшін жетілген және кеңінен қолданылатын әдіс болып табылады. Дегенмен, оның SiC кесуде қолданылуы аз зерттелген.

Тегін абразивті сым аралары қалыңдығы 300 мкм-ден аз пластиналарды өңдей алады. Олар керфтің төмен жоғалуын ұсынады, сирек сынуды тудырады және салыстырмалы түрде жақсы бет сапасын береді. Дегенмен, абразивтердің домалақтауы мен шегіністеріне негізделген материалды кетіру механизмінің арқасында пластинаның бетінде айтарлықтай қалдық кернеу, микрожарықтар және тереңірек зақымдану қабаттары пайда болады. Бұл пластинаның деформациясына әкеледі, бет профилінің дәлдігін бақылауды қиындатады және кейінгі өңдеу қадамдарына жүктемені арттырады.

Кесу өнімділігіне суспензия қатты әсер етеді; абразивтердің өткірлігін және суспензияның концентрациясын сақтау қажет. Шламды өңдеу және қайта өңдеу қымбатқа түседі. Ірі өлшемді құймаларды кесу кезінде абразивтердің терең және ұзын керфтерге енуі қиынға соғады. Бірдей абразивтік түйіршік өлшемі кезінде керфтің жоғалуы бекітілген абразивті сымды араларға қарағанда көбірек болады.

1.3 Бекітілген абразивті алмас сымды ара көп сымды кесу

Бекітілген абразивті алмас сым аралары әдетте гауһар бөлшектерін болат сымның астарына электропландау, агломерациялау немесе шайырмен байланыстыру әдістері арқылы кірістіру арқылы жасалады. Электрлік жалатылған алмас сым аралары тар керфтер, жақсырақ тілім сапасы, жоғары тиімділік, төмен ластану және қаттылығы жоғары материалдарды кесу мүмкіндігі сияқты артықшылықтарды ұсынады.

Поршеньді электрленген алмас сым арасы қазіргі уақытта SiC кесу үшін ең көп қолданылатын әдіс болып табылады. 1-сурет (мұнда көрсетілмеген) осы әдіспен кесілген SiC пластинкаларының бетінің тегістігін көрсетеді. Кесу жүріп жатқанда, вафлидің деформациясы артады. Себебі сым мен материал арасындағы байланыс аймағы сым төмен қарай жылжып, кедергі мен сым дірілін арттырады. Сым пластинаның максималды диаметріне жеткенде, діріл ең жоғарғы шегіне жетеді, бұл максималды деформацияға әкеледі.

Кесудің кейінгі кезеңдерінде сымның жеделдету, тұрақты жылдамдықпен қозғалысы, баяулауы, тоқтауы және кері айналуы салдарынан, салқындатқыш сұйықтықпен қоқыстарды жою қиындықтарымен қатар, пластинаның бетінің сапасы нашарлайды. Сымның кері айналуы және жылдамдықтың ауытқуы, сондай-ақ сымдағы үлкен алмас бөлшектері беткі сызаттардың негізгі себептері болып табылады.

1.4 Суық бөлу технологиясы

SiC монокристалдарын суықпен бөлу үшінші буындағы жартылай өткізгіш материалдарды өңдеу саласындағы инновациялық процесс болып табылады. Соңғы жылдары ол шығымдылықты арттырудағы және материалдық шығынды азайтудағы маңызды артықшылықтарына байланысты айтарлықтай назар аударды. Технологияны үш аспектіден талдауға болады: жұмыс принципі, процесс ағыны және негізгі артықшылықтар.

Кристаллдың бағытын анықтау және сыртқы диаметрін ұнтақтау: өңдеу алдында SiC құймасының кристалдық бағытын анықтау керек. Содан кейін құйма цилиндрлік құрылымға (әдетте SiC шайбасы деп аталады) сыртқы диаметрді тегістеу арқылы пішінделеді. Бұл қадам кейінгі бағытты кесу және кесу үшін негіз қалады.

Көп сымды кесу: Бұл әдіс цилиндрлік құйманы кесу үшін кесу сымдарымен біріктірілген абразивті бөлшектерді пайдаланады. Дегенмен, ол кесінділердің айтарлықтай жоғалуы мен бетінің тегіс еместігі мәселелерінен зардап шегеді.

Лазерлік кесу технологиясы: Лазер кристалдың ішінде жіңішке тілімдерді ажыратуға болатын модификацияланған қабатты қалыптастыру үшін қолданылады. Бұл тәсіл материалды жоғалтуды азайтады және өңдеу тиімділігін арттырады, бұл оны SiC пластинасын кесудің перспективалы жаңа бағытына айналдырады.

Кесу процесін оңтайландыру

Бекітілген абразивтік көп сымды кесу: бұл қазіргі уақытта SiC жоғары қаттылық сипаттамаларына жақсы сәйкес келетін негізгі технология.

Электр разрядтарын өңдеу (EDM) және суық бөлу технологиясы: Бұл әдістер арнайы талаптарға бейімделген әртараптандырылған шешімдерді ұсынады.

Жылтырату процесі: материалды алу жылдамдығы мен беттің зақымдалуын теңестіру өте маңызды. Беттің біркелкілігін жақсарту үшін химиялық механикалық жылтырату (CMP) қолданылады.

Нақты уақыттағы бақылау: нақты уақытта беттің кедір-бұдырын бақылау үшін онлайн тексеру технологиялары енгізілген.

Лазерлік кесу: Бұл әдіс кесіндінің жоғалуын азайтады және өңдеу циклдерін қысқартады, дегенмен термиялық әсер ету аймағы қиын болып қала береді.

Гибридті өңдеу технологиялары: механикалық және химиялық әдістерді біріктіру өңдеу тиімділігін арттырады.

Бұл технология қазірдің өзінде өнеркәсіптік қолдануға қол жеткізді. Мысалы, Infineon SILTECTRA-ны сатып алды және қазір 8 дюймдік пластинаның жаппай өндірісін қолдайтын негізгі патенттерге ие. Қытайда Delong Laser сияқты компаниялар 6 дюймдік пластинаны өңдеу үшін бір құймаға 30 вафли шығару тиімділігіне қол жеткізді, бұл дәстүрлі әдістермен салыстырғанда 40% жақсарды.

Отандық құрал-жабдықтардың өндірісі жылдамдайтындықтан, бұл технология SiC субстратын өңдеудің негізгі шешімі болады деп күтілуде. Жартылай өткізгіш материалдардың диаметрінің ұлғаюымен дәстүрлі кесу әдістері ескірді. Ағымдағы нұсқалардың ішінде поршенді алмас сымды аралау технологиясы қолданудың ең перспективалы перспективаларын көрсетеді. Лазерлік кесу пайда болған әдіс ретінде айтарлықтай артықшылықтар береді және болашақта негізгі кесу әдісі болады деп күтілуде.

2,SiC монокристалды ұнтақтау

Үшінші буындағы жартылай өткізгіштердің өкілі ретінде кремний карбиді (SiC) кең диапазонға, жоғары ыдырайтын электр өрісіне, қаныққан электрондардың жылжу жылдамдығына және тамаша жылу өткізгіштікке байланысты маңызды артықшылықтарды ұсынады. Бұл қасиеттер SiC-ті жоғары вольтты қолданбаларда (мысалы, 1200 В ортада) әсіресе тиімді етеді. SiC субстраттарын өңдеу технологиясы құрылғыны дайындаудың негізгі бөлігі болып табылады. Беткі қабаттың сапасы мен дәлдігі эпитаксиалды қабаттың сапасына және соңғы құрылғының өнімділігіне тікелей әсер етеді.

Тегістеу процесінің негізгі мақсаты кесу кезінде пайда болған беткі ара іздерін және зақымдалған қабаттарды жою және кесу процесінде туындаған деформацияны түзету болып табылады. SiC өте жоғары қаттылығын ескере отырып, ұнтақтау бор карбиді немесе алмас сияқты қатты абразивтерді пайдалануды талап етеді. Кәдімгі ұнтақтау әдетте дөрекі ұнтақтау және ұсақ ұнтақтау болып бөлінеді.

2.1 Дөрекі және ұсақ ұнтақтау

Тегістеуді абразивтік бөлшектердің өлшеміне қарай жіктеуге болады:

Дөрекі ұнтақтау: өңдеу тиімділігін арттыра отырып, кесу кезінде пайда болған ара іздерін және зақымдалған қабаттарды кетіру үшін үлкенірек абразивтерді пайдаланады.

Ұсақ ұнтақтау: Дөрекі ұнтақтау нәтижесінде қалған зақымдану қабатын кетіру, беттің кедір-бұдырын азайту және бет сапасын жақсарту үшін жұқа абразивтерді пайдаланады.

Көптеген отандық SiC субстрат өндірушілері ауқымды өндіріс процестерін пайдаланады. Кең таралған әдіс шойын пластинасының және монокристалды алмас суспензиясының көмегімен екі жақты тегістеуді қамтиды. Бұл процесс сымды аралау нәтижесінде қалған зақымдану қабатын тиімді түрде жояды, пластинаның пішінін түзетеді және TTV (жалпы қалыңдықтың өзгеруі), садақ және иілуді азайтады. Материалды алу жылдамдығы тұрақты, әдетте 0,8–1,2 мкм/мин жетеді. Дегенмен, алынған пластинаның беті салыстырмалы түрде жоғары кедір-бұдыры бар күңгірт болады (әдетте шамамен 50 нм), бұл кейінгі жылтырату қадамдарына жоғары талаптар қояды.

2.2 Бір жақты тегістеу

Бір жақты ұнтақтау бір уақытта пластинаның бір жағын ғана өңдейді. Бұл процесс барысында вафли болат пластинаға балауызбен бекітіледі. Қолданылатын қысым астында субстрат аздап деформацияға ұшырайды, ал үстіңгі беті тегістеледі. Тегістеуден кейін төменгі беті тегістеледі. Қысымды алып тастаған кезде, үстіңгі бет өзінің бастапқы пішінін қалпына келтіруге ұмтылады, бұл сондай-ақ ұнтақталған төменгі бетке де әсер етеді - екі жақтың тегістігін бүгіп, нашарлатады.

Сонымен қатар, ұнтақтау тақтасы қысқа уақыт ішінде ойыс болып, пластинаның дөңес болуы мүмкін. Пластинаның тегістігін сақтау үшін жиі таңу қажет. Төмен өнімділікке және пластинаның нашар тегістігіне байланысты бір жақты ұнтақтау жаппай өндіріске жарамайды.

Әдетте, №8000 тегістеу дөңгелектері ұсақ тегістеу үшін қолданылады. Жапонияда бұл процесс салыстырмалы түрде жетілген және тіпті №30000 жылтырату дөңгелектерін пайдаланады. Бұл өңделген пластинаның бетінің кедір-бұдырлығын 2 нм-ден төмен түсіруге мүмкіндік береді, бұл пластиналарды қосымша өңдеусіз соңғы CMP (Химиялық механикалық жылтырату) үшін дайын етеді.

2.3 Бір жақты жұқарту технологиясы

Алмазды бір жақты жұқарту технологиясы - бір жақты тегістеудің жаңа әдісі. 5-суретте көрсетілгендей (мұнда көрсетілмеген) процесс алмаспен байланыстырылған тегістеу тақтасын пайдаланады. Вафли вакуумды адсорбция арқылы бекітіледі, бұл кезде вафли де, алмазды тегістеу дөңгелегі де бір уақытта айналады. Тегістеу дөңгелегі пластинаны мақсатты қалыңдыққа дейін жұқарту үшін бірте-бірте төмен қарай жылжиды. Бір жағы аяқталғаннан кейін, вафли екінші жағын өңдеу үшін аударылады.

Жіңішкергеннен кейін 100 мм вафли келесі нәтижелерге қол жеткізе алады:

Садақ < 5 мкм

TTV < 2 мкм

Бетінің кедір-бұдырлығы < 1 нм

Бұл бір вафельді өңдеу әдісі жоғары тұрақтылықты, тамаша консистенцияны және жоғары материалды кетіру жылдамдығын ұсынады. Кәдімгі екі жақты ұнтақтаумен салыстырғанда бұл әдіс ұнтақтау тиімділігін 50%-дан астамға арттырады.

2.4 Екі жақты тегістеу

Екі жақты тегістеу бір уақытта астардың екі жағын тегістеу үшін үстіңгі және астыңғы тегістеу тақтасын пайдаланады, бұл екі жағынан да тамаша бет сапасын қамтамасыз етеді.

Процесс барысында ұнтақтау пластиналары алдымен дайындаманың ең жоғары нүктелеріне қысым түсіріп, деформацияны тудырады және сол нүктелерде материалды біртіндеп алып тастайды. Жоғары нүктелер тегістелген сайын, негізге түсетін қысым бірте-бірте біркелкі болады, нәтижесінде бүкіл бет бойынша дәйекті деформация пайда болады. Бұл үстіңгі және төменгі беттердің біркелкі тегістелуіне мүмкіндік береді. Тегістеу аяқталғаннан кейін және қысым босатылғаннан кейін субстраттың әрбір бөлігі тең қысымға байланысты біркелкі қалпына келеді. Бұл ең аз деформацияға және жақсы тегістікке әкеледі.

Тегістеуден кейінгі пластинаның бетінің кедір-бұдырлығы абразивті бөлшектердің мөлшеріне байланысты - кішірек бөлшектер тегіс беттерді береді. Екі жақты тегістеу үшін 5 мкм абразивтерді пайдаланған кезде, пластинаның тегістігі мен қалыңдығының өзгеруін 5 мкм шегінде басқаруға болады. Атомдық күш микроскопиясы (AFM) өлшемдері шамамен 100 нм беттің кедір-бұдырлығын (Rq) көрсетеді, тереңдігі 380 нм-ге дейін тегістеу шұңқырлары және абразивті әсерден туындаған көрінетін сызықтық белгілер бар.

Неғұрлым жетілдірілген әдіс поликристалды гауһар суспензиясымен біріктірілген полиуретанды көбік төсемдерін пайдаланып екі жақты тегістеуді қамтиды. Бұл процесс SiC субстраттарын кейінгі жылтырату үшін өте тиімді, Ra < 3 нм-ге қол жеткізе отырып, өте төмен бетінің кедір-бұдыры бар пластиналарды шығарады.

Дегенмен, бетті сызу шешілмеген мәселе болып қала береді. Бұған қоса, бұл процесте қолданылатын поликристалды алмаз жарылғыш синтез арқылы өндіріледі, бұл техникалық қиын, аз мөлшерде береді және өте қымбат.

SiC монокристалдарын жылтырату

Кремний карбиді (SiC) пластиналарындағы жоғары сапалы жылтыратылған бетке қол жеткізу үшін жылтырату тегістеу шұңқырлары мен нанометрлік масштабтағы беттік толқындарды толығымен жоюы керек. Мақсат - ластанбаған немесе деградациясыз, жер асты қабатының зақымдануы және қалдық беттік кернеуі жоқ тегіс, ақаусыз бетті шығару.

3.1 SiC пластинкаларын механикалық жылтырату және CMP

SiC монокристалды құйма өскеннен кейін бетіндегі ақаулар оны эпитаксиалды өсу үшін тікелей пайдалануға жол бермейді. Сондықтан қосымша өңдеу қажет. Құйма алдымен дөңгелектеу арқылы стандартты цилиндрлік пішінге келтіріледі, содан кейін сым кесу арқылы пластинкаларға кесіледі, содан кейін кристаллографиялық бағытты тексеру жүргізіледі. Жылтырату пластинаның сапасын жақсартудағы, кристалдардың өсу ақауларынан және алдыңғы өңдеу қадамдарынан туындаған ықтимал беттік зақымдануды жоюдағы маңызды қадам болып табылады.

SiC бетіндегі зақымдану қабаттарын жоюдың төрт негізгі әдісі бар:

Механикалық жылтырату: Қарапайым, бірақ сызаттар қалдырады; бастапқы жылтыратуға жарамды.

Химиялық механикалық жылтырату (CMP): Химиялық ою арқылы сызаттарды жояды; дәлдікпен жылтыратуға жарамды.

Сутегімен өңдеу: HTCVD процестерінде әдетте қолданылатын күрделі жабдықты қажет етеді.

Плазма көмегімен жылтырату: күрделі және сирек қолданылады.

Тек механикалық жылтырату сызаттарды тудыруы мүмкін, ал тек химиялық жылтырату біркелкі емес оюға әкелуі мүмкін. CMP екі артықшылықты біріктіреді және тиімді, үнемді шешім ұсынады.

CMP жұмыс принципі

CMP вафлиді белгіленген қысыммен айналмалы жылтырату төсеміне қарсы айналдыру арқылы жұмыс істейді. Бұл салыстырмалы қозғалыс, суспензиядағы нано-өлшемді абразивтерден механикалық абразивтермен және реактивті агенттердің химиялық әрекетімен үйлеседі, беттің планаризациясына қол жеткізеді.

Қолданылатын негізгі материалдар:

Жылтырататын суспензия: Құрамында абразивтер мен химиялық реагенттер бар.

Жылтырату төсеніші: пайдалану кезінде тозып, кеуектер көлемін және суспензияны жеткізу тиімділігін азайтады. Кедір-бұдырды қалпына келтіру үшін әдетте гауһар тасты қолданатын тұрақты таңу қажет.

Әдеттегі CMP процесі

Абразивті: 0,5 мкм алмаз шламы

Мақсатты беттің кедір-бұдырлығы: ~0,7 нм

Химиялық механикалық жылтырату:

Жылтырату жабдығы: бір жақты жылтырататын AP-810

Қысым: 200 г/см²

Пластинаның жылдамдығы: 50 айн/мин

Керамикалық ұстағыштың жылдамдығы: 38 айн/мин

Шламның құрамы:

SiO₂ (30 масса%, рН = 10,15)

0–70 масса% H₂O₂ (30 масса%, реагент сорты)

Масс.% 5 KOH және 1% HNO₃ көмегімен рН мәнін 8,5-ке реттеңіз

Шламның шығыны: 3 л/мин, қайта айналымда

Бұл процесс SiC пластинкасының сапасын тиімді түрде жақсартады және төменгі ағындық процестерге қойылатын талаптарды қанағаттандырады.

Механикалық жылтыратудағы техникалық қиындықтар

SiC кең жолақты жартылай өткізгіш ретінде электроника өнеркәсібінде маңызды рөл атқарады. Керемет физикалық және химиялық қасиеттері бар SiC монокристалдары жоғары температура, жоғары жиілік, жоғары қуат және радиацияға төзімділік сияқты экстремалды орталарға қолайлы. Дегенмен, оның қатты және сынғыш табиғаты тегістеу және жылтырату үшін үлкен қиындықтар тудырады.

Жетекші әлемдік өндірушілер 6 дюймдік пластинкалардан 8 дюймдік пластинкаларға ауысқан сайын, өңдеу кезінде крекинг және пластинаның зақымдалуы сияқты мәселелер шығымдылыққа айтарлықтай әсер етіп, маңыздырақ болды. 8 дюймдік SiC субстраттарының техникалық мәселелерін шешу қазір саланың алға жылжуының негізгі көрсеткіші болып табылады.

8 дюймдік дәуірде SiC пластинасын өңдеу көптеген қиындықтарға тап болады:

Вафельді масштабтау партиядағы чиптің шығуын ұлғайту, жиектердің жоғалуын азайту және өндіріс шығындарын азайту үшін қажет, әсіресе электромобильді қолданудағы сұраныстың өсуін ескере отырып.

8 дюймдік SiC монокристалдарының өсуі пісіп-жетілгенімен, ұнтақтау және жылтырату сияқты кері процестер әлі де қиыншылықтарға тап болады, бұл төмен өнімділікке әкеледі (бар болғаны 40–50%).

Үлкен пластиналар қысымның күрделі бөлінуін бастан кешіреді, бұл жылтырату кернеуін және кірістілік консистенциясын басқарудың қиындықтарын арттырады.

8 дюймдік пластинаның қалыңдығы 6 дюймдік пластинкалардың қалыңдығына жақындағанымен, олар күйзеліс пен деформацияға байланысты өңдеу кезінде зақымдануға бейім.

Кесуге байланысты кернеуді, деформацияны және крекингті азайту үшін лазерлік кесу барған сайын қолданылады. Дегенмен:

Ұзын толқынды лазерлер термиялық зақым келтіреді.

Қысқа толқынды лазерлер ауыр қалдықтарды тудырады және зақымдану қабатын тереңдетеді, жылтырату күрделілігін арттырады.

SiC үшін механикалық жылтырату жұмыс процесі

Жалпы процесс ағыны мыналарды қамтиды:

Бағдар кесу

Дөрекі ұнтақтау

Ұсақ ұнтақтау

Механикалық жылтырату

Соңғы қадам ретінде химиялық механикалық жылтырату (CMP).

CMP әдісін таңдау, процесс маршрутын жобалау және параметрлерді оңтайландыру шешуші мәнге ие. Жартылай өткізгіштерді өндіруде CMP жоғары сапалы эпитаксиалды өсу үшін өте тегіс, ақаусыз және зақымданбаған беттері бар SiC пластинкаларын шығарудың шешуші қадамы болып табылады.

(а) Тигельден SiC құймасын алыңыз;

(b) сыртқы диаметрді тегістеу арқылы бастапқы пішінді орындау;

(c) туралау жазықтарын немесе ойықтарын пайдаланып кристалдың бағдарын анықтау;

(d) Көп сымды аралау арқылы құйманы жұқа пластинкаларға кесіңіз;

(e) Тегістеу және жылтырату қадамдары арқылы айна тәрізді беттің тегістігіне қол жеткізу.

Өңдеу қадамдарының сериясын аяқтағаннан кейін, SiC пластинаның сыртқы жиегі жиі өткір болады, бұл өңдеу немесе пайдалану кезінде сыну қаупін арттырады. Мұндай нәзіктікті болдырмау үшін жиектерді тегістеу қажет.

Дәстүрлі кесу процестерінен басқа, SiC пластинкаларын дайындаудың инновациялық әдісі байланыстыру технологиясын қамтиды. Бұл тәсіл жұқа SiC монокристалды қабатын гетерогенді субстратқа (тірек субстрат) байланыстыру арқылы вафельді өндіруге мүмкіндік береді.

3-суретте процесс ағыны көрсетілген:

Біріншіден, SiC монокристалының бетінде сутегі ионын имплантациялау немесе ұқсас әдістер арқылы белгілі бір тереңдікте деламинация қабаты қалыптасады. Содан кейін өңделген SiC монокристалы тегіс тірек субстратпен байланыстырылады және қысым мен жылу әсеріне ұшырайды. Бұл SiC монокристалды қабатын тірек субстратқа сәтті тасымалдауға және бөлуге мүмкіндік береді.

Бөлінген SiC қабаты қажетті тегістікке қол жеткізу үшін беттік өңдеуден өтеді және оны кейінгі байланыстыру процестерінде қайта пайдалануға болады. SiC кристалдарын дәстүрлі кесумен салыстырғанда, бұл әдіс қымбат материалдарға сұранысты азайтады. Техникалық қиындықтар әлі де болса да, төмен бағамен вафельді өндіруге мүмкіндік беретін зерттеулер мен әзірлемелер белсенді түрде алға жылжуда.

SiC жоғары қаттылығы мен химиялық тұрақтылығын ескере отырып, оны бөлме температурасындағы реакцияларға төзімді етеді - ұсақ ұнтақтау шұңқырларын жою, беттің зақымдалуын азайту, сызаттарды, шұңқырларды және апельсин қабығы ақауларын жою, беттің кедір-бұдырын азайту, тегістікті жақсарту және бет сапасын жақсарту үшін механикалық жылтырату қажет.

Жоғары сапалы жылтыратылған бетке қол жеткізу үшін мыналарды орындау қажет:

Абразивтердің түрлерін реттеңіз,

Бөлшектердің мөлшерін азайту,

Процесс параметрлерін оңтайландыру,

Қажетті қаттылығы бар жылтырату материалдары мен төсемдерді таңдаңыз.

7-суретте 1 мкм абразивтермен екі жақты жылтырату 10 мкм шегінде тегістік пен қалыңдықтың өзгеруін бақылай алатынын және беттің кедір-бұдырлығын шамамен 0,25 нм дейін азайтатынын көрсетеді.

3.2 Химиялық механикалық жылтырату (CMP)

Химиялық механикалық жылтырату (CMP) өңделетін материалда тегіс, жазық бетті қалыптастыру үшін ультра ұсақ бөлшектердің қажалуын химиялық оюмен біріктіреді. Негізгі қағидасы:

Жылтырататын суспензия мен вафли беті арасында жұмсақ қабат түзетін химиялық реакция жүреді.

Абразивті бөлшектер мен жұмсақ қабат арасындағы үйкеліс материалды жояды.

CMP артықшылықтары:

Таза механикалық немесе химиялық жылтыратудың кемшіліктерін жеңеді,

Жаһандық және жергілікті планаризацияға қол жеткізеді,

Жоғары тегістік пен төмен кедір-бұдырлы беттерді шығарады,

Ешқандай жер үсті немесе жер асты зақымын қалдырмайды.

Егжей-тегжейлі:

Вафли қысыммен жылтырату алаңына қатысты қозғалады.

Қоймадағы нанометрлік масштабтағы абразивтер (мысалы, SiO₂) кесуге, Si–C коваленттік байланыстарын әлсіретуге және материалды кетіруді жақсартуға қатысады.

CMP әдістерінің түрлері:

Тегін абразивті жылтырату: абразивтер (мысалы, SiO₂) суспензияда суспензияланады. Материалды алу үш денелі абразивтік (вафли-под-абразивті) арқылы жүзеге асады. Біркелкілікті жақсарту үшін абразивті өлшем (әдетте 60–200 нм), рН және температураны дәл бақылау керек.

Бекітілген абразивті жылтырату: абразивтер агломерацияны болдырмау үшін жылтырату алаңына ендірілген - жоғары дәлдікпен өңдеу үшін өте қолайлы.

Жылтыратудан кейінгі тазалау:

Жылтыратылған вафлилер:

Химиялық тазалау (соның ішінде DI суы мен суспензия қалдықтарын кетіру),

DI сумен шаю, және

Ыстық азотты кептіру

беткі ластаушы заттарды азайту үшін.

Бетінің сапасы және өнімділігі

Бетінің кедір-бұдырын Ra < 0,3 нм дейін азайтуға болады, бұл жартылай өткізгіш эпитаксистік талаптарды қанағаттандырады.

Жаһандық планаризация: Химиялық жұмсарту мен механикалық жоюдың үйлесімі таза механикалық немесе химиялық әдістерден асып түсетін сызаттар мен біркелкі емес оюларды азайтады.

Жоғары тиімділік: 200 нм/сағ жоғары материалды кетіру жылдамдығымен SiC сияқты қатты және сынғыш материалдар үшін қолайлы.

Басқа дамып келе жатқан жылтырату әдістері

CMP-ге қосымша балама әдістер ұсынылды, соның ішінде:

Электрохимиялық жылтырату, катализатор көмегімен жылтырату немесе ою, және

Трибохимиялық жылтырату.

Дегенмен, бұл әдістер әлі де зерттеу сатысында және SiC күрделі материал қасиеттеріне байланысты баяу дамыды.

Сайып келгенде, SiC өңдеу бетінің сапасын жақсарту үшін деформация мен кедір-бұдырды азайтудың бірте-бірте процесі болып табылады, мұнда тегістік пен кедір-бұдырды бақылау әр кезеңде өте маңызды.

Өңдеу технологиясы

Вафельді ұнтақтау кезеңінде вафлиді қажетті тегістікке және беттің кедір-бұдырлығына дейін ұнтақтау үшін бөлшектердің әртүрлі өлшемдері бар алмазды суспензия қолданылады. Бұдан кейін механикалық және химиялық механикалық жылтырату (CMP) әдістерін қолданып, зақымсыз жылтыратылған кремний карбиді (SiC) пластинкаларын шығару үшін жылтырату жүргізіледі.

Жылтыратудан кейін SiC пластиналары барлық техникалық параметрлердің талап етілетін стандарттарға сәйкестігіне көз жеткізу үшін оптикалық микроскоптар және рентгендік дифрактометрлер сияқты құралдарды қолдану арқылы қатаң сапаны тексеруден өтеді. Соңында, жылтыратылған пластиналар бетін ластаушы заттарды кетіру үшін арнайы тазартқыш құралдар мен өте таза суды қолдану арқылы тазаланады. Содан кейін олар ультра жоғары таза азот газы мен айналдыру кептіргіштері арқылы кептіріліп, бүкіл өндіріс процесін аяқтайды.

Көп жылдық күш-жігерден кейін Қытайда SiC монокристалды өңдеуде айтарлықтай прогреске қол жеткізілді. Отандық түрде 100 мм қоспаланған жартылай оқшаулағыш 4H-SiC монокристалдары сәтті әзірленді, енді n-типті 4H-SiC және 6H-SiC монокристалдарын партиялармен шығаруға болады. TankeBlue және TYST сияқты компаниялар қазірдің өзінде 150 мм SiC монокристалдарын әзірледі.

SiC пластинасын өңдеу технологиясына келетін болсақ, отандық мекемелер кристалды кесу, ұнтақтау және жылтыратудың технологиялық шарттары мен жолдарын алдын ала зерттеді. Олар негізінен құрылғыны жасау талаптарын қанағаттандыратын үлгілерді шығаруға қабілетті. Дегенмен, халықаралық стандарттармен салыстырғанда отандық вафлидің бетін өңдеу сапасы әлі де айтарлықтай артта қалып отыр. Бірнеше мәселе бар:

Халықаралық SiC теориялары мен өңдеу технологиялары қатаң қорғалған және оңай қол жетімді емес.

Теориялық зерттеулер мен процестерді жетілдіру мен оңтайландыруға қолдау көрсету жеткіліксіз.

Шетелден құрал-жабдықтар мен бөлшектерді әкелудің құны жоғары.

Жабдықтарды жобалау, өңдеу дәлдігі және материалдар бойынша отандық зерттеулер әлі де халықаралық деңгейлермен салыстырғанда айтарлықтай олқылықтарды көрсетеді.

Қазіргі уақытта Қытайда қолданылатын жоғары дәлдіктегі құралдардың көпшілігі импортталады. Сынақ жабдықтары мен әдістемелері де одан әрі жетілдіруді қажет етеді.

Үшінші буындағы жартылай өткізгіштердің дамуын жалғастыра отырып, SiC монокристалды субстраттардың диаметрі беттік өңдеу сапасына қойылатын жоғары талаптармен қатар тұрақты түрде артып келеді. Вафельді өңдеу технологиясы SiC монокристалының өсуінен кейінгі ең техникалық қиын қадамдардың біріне айналды.

Өңдеудегі бар қиындықтарды шешу үшін кесу, ұнтақтау және жылтырату механизмдерін одан әрі зерделеу және SiC пластинасын өндірудің қолайлы технологиялық әдістері мен жолдарын зерттеу қажет. Сонымен қатар, алдыңғы қатарлы халықаралық өңдеу технологияларын үйреніп, жоғары сапалы негіздерді шығару үшін соңғы ультра дәлдіктегі өңдеу әдістері мен жабдықтарын қабылдау қажет.

Вафли мөлшері ұлғайған сайын кристалды өсіру және өңдеу қиындығы да артады. Дегенмен, төменгі ағынды құрылғылардың өндірістік тиімділігі айтарлықтай жақсарады және бірлік құны төмендейді. Қазіргі уақытта SiC пластинкасының негізгі жеткізушілері дүние жүзінде диаметрі 4 дюймден 6 дюймге дейінгі өнімдерді ұсынады. Cree және II-VI сияқты жетекші компаниялар қазірдің өзінде 8 дюймдік SiC вафельді өндіру желілерін дамытуды жоспарлауды бастады.