SiC Wafer gaýtadan işleýiş tehnologiýasynyň häzirki ýagdaýy we ugurlary

Üçünji nesil ýarymgeçiriji substrat materialy hökmünde,kremniy karbid (SiC)ýeke kristal ýokary ýygylykly we ýokary kuwwatly elektron enjamlaryny öndürmekde giň mümkinçiliklere eýe. SiC gaýtadan işlemek tehnologiýasy ýokary hilli substrat materiallaryny öndürmekde aýgytly rol oýnaýar. Bu makala, Hytaýda we daşary ýurtlarda SiC gaýtadan işlemek tehnologiýalary boýunça gözlegleriň häzirki ýagdaýy, kesmek, üwemek we polatlamak mehanizmlerini seljermek we deňeşdirmek, şeýle hem wafli tekizligi we ýerüsti çişlik tendensiýalary bilen tanyşdyrýar. Şeýle hem, SiC wafli gaýtadan işlemekde bar bolan kynçylyklary görkezýär we geljekdäki ösüş ugurlaryny ara alyp maslahatlaşýar.

Silikon karbid (SiC)wafli üçünji nesil ýarymgeçiriji enjamlar üçin möhüm material bolup, mikroelektronika, elektrik elektronikasy we ýarymgeçiriji yşyklandyryş ýaly ugurlarda möhüm ähmiýete we bazar potensialyna eýe. Örän ýokary gatylygy we himiki durnuklylygy sebäpliSiC ýekeje kristal, adaty ýarymgeçirijini gaýtadan işlemegiň usullary, olary işlemek üçin düýbünden laýyk däl. Köp halkara kompaniýalary SiC ýeke kristallaryny tehniki taýdan talap edýän gaýtadan işlemek boýunça giňişleýin gözleg geçirseler-de, degişli tehnologiýalar gaty gizlin saklanýar.

Soňky ýyllarda Hytaý SiC ýeke kristal materiallary we enjamlary öndürmek boýunça tagallalaryny artdyrdy. Şeýle-de bolsa, SiC enjam tehnologiýasynyň ýurtda ösmegi häzirki wagtda gaýtadan işlemek tehnologiýalarynyň we wafliň hiliniň çäklendirilmegi bilen çäklendirilýär. Şonuň üçin Hytaý üçin SiC ýeke kristal substratlaryň hilini ýokarlandyrmak we amaly ulanylyşyna we köpçülikleýin önümçiligine ýetmek üçin SiC gaýtadan işlemek mümkinçiliklerini gowulandyrmak möhümdir.

Esasy gaýtadan işlemegiň ädimleri şulary öz içine alýar: kesmek → gödek üwemek → inçe üwemek → gödek ýalpyldawuk (mehaniki ýalpyldawuk) → inçe polishing (himiki mehaniki polishing, CMP) → gözden geçirmek.

SiC ýeke kristallarynyň kesilmegi

Gaýtadan işlemekdeSiC ýekeje kristal, kesmek ilkinji we gaty möhüm ädimdir. Wafli ýaýyň, ýaýyň we kesiş prosesiniň netijesinde umumy galyňlygyň üýtgemegi (TTV) soňraky üweýiş we polat amallarynyň hilini we netijeliligini kesgitleýär.

Kesiş gurallary görnüşi boýunça göwheriň içki diametri (ID), daşky diametri (OD) arra, zolakly armatura we sim armaturalaryna bölünip bilner. Sim armaturalary, öz gezeginde, hereket görnüşi boýunça özara jogap we aýlaw (tükeniksiz) sim ulgamlaryna bölünip bilner. Abraziwiň kesiş mehanizmine esaslanyp, sim arra kesmek usullaryny iki görnüşe bölmek bolar: erkin abraziw sim armaturasy we abraziw göwher simleri.

1.1 Adaty kesiş usullary

Daşky diametri (OD) arralaryň kesiş çuňlugy pyçagyň diametri bilen çäklenýär. Kesmek prosesinde pyçak titremä we gyşarmaga ýykgyn edýär, netijede sesiň ýokary derejesi we berkligi pes bolýar. Içki diametri (ID) pyçaklar pyçagyň içki aýlawynda göwher abraziw serişdeleri kesiş gyrasy hökmünde ulanýar. Bu pyçaklar 0,2 mm ýaly inçe bolup biler. Dilimlenende, ID pyçagy ýokary tizlikde aýlanýar, kesilmeli material pyçagyň merkezine görä düýpgöter hereket edýär we bu otnositel hereket arkaly dilimlenmegi gazanýar.

Göwher zolakly arra ýygy-ýygydan duralgalary we tersine öwrülmegi talap edýär we kesiş tizligi gaty pes - adatça 2 m / s-den geçmeýär. Şeýle hem ep-esli mehaniki könelmekden we ýokary tehniki çykdajylardan ejir çekýärler. Pyçagyň giňligi sebäpli, kesiş radiusy gaty kiçi bolup bilmez we köp dilimli kesmek mümkin däl. Bu adaty armatura gurallary binanyň berkligi bilen çäklenýär we egri kesikleri edip bilmeýär ýa-da öwrüliş radiosyny çäklendirýär. Diňe göni kesmäge ukyply, giň kerf öndürýär, hasyllylygy pes we şonuň üçin kesmek üçin ýaramly dälSiC kristallary.

1.2 Mugt abraziw sim köp simli kesmegi gördi

Erkin abraziw sim armatura dilimlemek usuly, materialy aýyrmaga mümkinçilik berýän simiň çalt hereketini ulanýar. Ilki bilen özara garşylykly gurluşy ulanýar we häzirki wagtda bir kristal kremnini netijeli köp wafli kesmek üçin kämillik we giňden ulanylýan usul. Şeýle-de bolsa, SiC kesmekde ulanylyşy az öwrenildi.

Mugt abraziw sim armaturalary galyňlygy 300 μm-dan az bolan wafli gaýtadan işläp biler. Pes kerf ýitgisini hödürleýärler, seýrek kesilmegine sebäp bolýarlar we ýeriň hiline görä gowy bolýarlar. Şeýle-de bolsa, abraziwleriň togalanmagyna we indentasiýasyna esaslanýan materiallary aýyrmak mehanizmi sebäpli, wafli üstü galyndy stresini, mikrokratlary we has çuňňur zeper gatlaklaryny ösdürýär. Bu wafli çişmegine getirýär, ýerüsti profiliň takyklygyny dolandyrmagy kynlaşdyrýar we indiki gaýtadan işlemek ädimlerinde ýüki artdyrýar.

Kesmek ýerine ýetirijiligine gaty täsir edýär; abraziw serişdeleriniň ýitiligini we süýümiň konsentrasiýasyny saklamaly. Çalt bejermek we gaýtadan işlemek gaty gymmat. Uly göwrümli ingotlary keseniňizde, abraziw serişdeleri çuň we uzyn kerflere girmekde kynçylyk çekýär. Şol bir abraziw däne ululygynda, kerf ýitgisi durnukly abraziw simlerden has uly.

1.3 Kesilen abraziw göwher sim, köp simli kesiş gördi

Berkidilen abraziw göwher simleri, adatça göwher bölejiklerini elektroplatirlemek, sintezlemek ýa-da rezin baglamak usullary arkaly polat sim substratyna salmak arkaly ýasalýar. Elektroplirlenen göwher sim arralary dar kerfler, has gowy dilimiň hili, has ýokary netijelilik, pes hapalanma we ýokary gaty materiallary kesmek ukyby ýaly artykmaçlyklary hödürleýär.

Özara garşy elektroplirlenen göwher sim, häzirki wagtda SiC-ni kesmek üçin iň giňden ulanylýan usuldyr. 1-nji suratda (bu ýerde görkezilmeýär) bu usuly ulanyp kesilen SiC wafli ýerleriniň tekizligi görkezilýär. Kesmek bilen, wafli sahypa köpelýär. Sebäbi sim bilen materialyň arasyndaky aragatnaşyk meýdany sim aşaklygyna hereket edip, garşylygy we sim titremesini ýokarlandyrýar. Sim wafli iň ýokary diametrine ýetende yrgyldy iň ýokary derejesine ýetýär we netijede iň ýokary sahypa çykýar.

Kesmegiň soňky tapgyrlarynda, tizlenme, durnukly tizlikli hereket, tizlenme, durmak we tersine geçmek, sowadyjy bilen galyndylary aýyrmakdaky kynçylyklar sebäpli, wafliň üstki hili ýaramazlaşýar. Simiň tersine öwrülmegi we tizligiň üýtgemegi, şeýle hem simdäki uly göwher bölejikleri, ýerüsti çyzmagyň esasy sebäpleridir.

1.4 Sowuk aýralyk tehnologiýasy

SiC ýeke kristallaryň sowuk bölünmegi, üçünji nesil ýarymgeçiriji materiallary gaýtadan işlemek pudagynda innowasiýa prosesi. Soňky ýyllarda hasyllylygy ýokarlandyrmakda we maddy ýitgileri azaltmakda görnükli artykmaçlyklary sebäpli uly ünsi çekdi. Tehnologiýany üç tarapdan seljerip bolar: iş ýörelgesi, proses akymy we esasy artykmaçlyklar.

Kristal ugry kesgitlemek we daşarky diametri üwemek: Işlemezden ozal, SiC ingotynyň kristal ugruny kesgitlemeli. Soňra ingot daşky diametri üwemek arkaly silindr gurluşyna (köplenç SiC puck diýilýär) şekillendirilýär. Bu ädim soňraky ugry kesmek we dilimlemek üçin esas döredýär.

Köp simli kesiş: Bu usul silindr ingotyny kesmek üçin kesiji simler bilen birleşdirilen abraziw bölejikleri ulanýar. Şeýle-de bolsa, ep-esli kerf ýitgisinden we ýerüsti deňsizlik meselelerinden ejir çekýär.

Lazer kesmek tehnologiýasy: Kristal içinde üýtgedilen gatlak emele getirmek üçin lazer ulanylýar, ondan inçe dilimleri aýryp bolýar. Bu çemeleşme, material ýitgisini azaldýar we gaýtadan işlemegiň netijeliligini ýokarlandyrýar, ony SiC wafli kesmek üçin geljegi uly täze ugra öwürýär.

Kesmek prosesi optimizasiýasy

Kesgitli abraziw köp simli kesmek: Häzirki wagtda SiC-iň ýokary gatylyk aýratynlyklary üçin oňaýly esasy tehnologiýa.

Elektrik akdyryş enjamy (EDM) we sowuk aýralyk tehnologiýasy: Bu usullar belli bir talaplara laýyk gelýän dürli görnüşli çözgütleri üpjün edýär.

Polishing prosesi: Materiallary aýyrmagyň derejesini we ýerüsti zeperleri deňleşdirmek zerurdyr. Surfaceerüsti birmeňzeşligi ýokarlandyrmak üçin himiki mehaniki polishing (CMP) ulanylýar.

Hakyky wagtlaýyn gözegçilik: real wagtdaky ýerüsti gödeklige gözegçilik etmek üçin onlaýn gözleg tehnologiýalary girizilýär.

Lazer dilimlemek: Bu usul, kerf ýitgisini azaldýar we termiki täsir edýän zona kyn mesele bolup galsa-da, gaýtadan işlemegiň siklini gysgaldýar.

Gibrid gaýtadan işlemek tehnologiýalary: Mehaniki we himiki usullary birleşdirmek gaýtadan işlemegiň netijeliligini ýokarlandyrýar.

Bu tehnologiýa eýýäm senagat taýdan ulanylmagyny gazandy. Mysal üçin, Infineon SILTECTRA satyn aldy we häzirki wagtda 8 dýuým wafli köpçülikleýin önümçiligini goldaýan esasy patentlere eýe. Hytaýda “Delong Laser” ýaly kompaniýalar 6 dýuým wafli gaýtadan işlemek üçin her ingot üçin 30 wafl öndürijiligini gazandylar, bu adaty usullardan 40% gowulaşdy.

Içerki enjamlary öndürmek çaltlaşdygyça, bu tehnologiýa SiC substraty gaýtadan işlemek üçin esasy çözgüt bolar diýlip garaşylýar. Ondarymgeçiriji materiallaryň diametriniň ýokarlanmagy bilen adaty kesiş usullary köneldi. Häzirki wariantlaryň arasynda göwher simli armatura tehnologiýasy iň geljegi uly amaly perspektiwalary görkezýär. Lazer kesmek, ýüze çykýan usul hökmünde möhüm artykmaçlyklary hödürleýär we geljekde esasy kesiş usuly bolar diýlip garaşylýar.

2 、SiC ýeke kristal üweýji

Üçünji nesil ýarymgeçirijileriň wekili hökmünde kremniy karbid (SiC) giň zolakly, ýokary döwülýän elektrik meýdany, ýokary doýma elektron akymynyň tizligi we ajaýyp ýylylyk geçirijiligi sebäpli möhüm artykmaçlyklary hödürleýär. Bu häsiýetler ýokary woltly programmalarda (meselem, 1200V gurşawda) SiC-ni has amatly edýär. SiC substratlary gaýtadan işlemek tehnologiýasy enjam ýasamagyň esasy bölegi. Substratyň üstki hili we takyklygy epitaksial gatlagyň hiline we soňky enjamyň işleýşine gönüden-göni täsir edýär.

Öwürmek prosesiniň esasy maksady, dilimlenende ýüze çykan ýerüsti yzlary we zeper gatlaklaryny aýyrmak we kesiş prosesi bilen ýüze çykan deformasiýany düzetmekdir. SiC-iň aşa gatydygyny göz öňünde tutup, üwemek bor karbidi ýa-da göwher ýaly gaty abraziw serişdeleri ulanmagy talap edýär. Adaty üweýji, adatça, üweýji we inçe üweýişlere bölünýär.

2.1 Gödek we nepis üwemek

Taşlaýyş abraziw bölejikleriň ululygyna görä bölünip bilner:

Gödek üweýji: Has uly abraziw serişdeleri, esasan, arra yzlaryny we dilimlemek döwründe dörän zeper gatlaklaryny aýyrmak, gaýtadan işlemegiň netijeliligini ýokarlandyrmak üçin ulanýar.

Inçe üweýji: Gödek üwemek bilen galan zeper gatlagyny aýyrmak, ýeriň çişligini azaltmak we ýeriň hilini ýokarlandyrmak üçin has inçe abraziw serişdeleri ulanýar.

Içerki SiC substrat öndürijileriniň köpüsi uly göwrümli önümçilik amallaryny ulanýarlar. Adaty usul, guýma demir plastinka we monokristally göwher süýümini ulanyp, iki taraplaýyn üwemegi öz içine alýar. Bu amal sim armaturasy bilen galan zeper gatlagyny netijeli aýyrýar, wafli görnüşini düzedýär we TTV (Jemi galyňlygyň üýtgemegi), ýaý we warp azalýar. Materiallary aýyrmagyň derejesi durnukly, adatça 0.8–1.2 μm / min. Şeýle-de bolsa, emele gelen wafli, has ýokary gödekligi bilen mat bolýar, adatça 50 nm töweregi, bu bolsa indiki polat ädimlerine has köp talap edýär.

2.2 Bir taraplaýyn üwemek

Bir taraplaýyn üweýiş prosesi bir gezekde wafliň diňe bir tarapyny. Bu amalyň dowamynda wafli polat plastinka mum bilen oturdylýar. Ulanylýan basyş astynda substrat birneme deformasiýa bolýar we ýokarky ýeri tekizlenýär. Öwürilenden soň aşaky ýeri tekizlenýär. Haçan-da basyş aýrylanda, ýokarky ýer öňki görnüşine gaýdyp gelýär, bu hem eýýäm ýeriň aşaky ýüzüne täsir edýär - iki tarapyň hem tekizlenmegine we peselmegine sebäp bolýar.

Mundan başga-da, üweýji plastinka gysga wagtyň içinde konkaw bolup, wafliň konweks bolmagyna sebäp bolup biler. Tabagyň tekizligini saklamak üçin ýygy-ýygydan geýinmek zerur. Pes netijeliligi we wafli tekizligi sebäpli bir taraply üwemek köpçülikleýin öndürmek üçin amatly däl.

Adatça, # 8000 ýylmaýjy tigirler inçe üwemek üçin ulanylýar. Processaponiýada bu proses has kämildir we hatda # 30000 ýalpyldawuk tigirleri ulanýar. Bu, gaýtadan işlenen waflleriň üstki çişligine 2 nm-den aşakda ýetmäge mümkinçilik berýär, bu bolsa wafleri goşmaça CMP (Himiki Mehaniki Polishing) üçin goşmaça işlemezden taýýarlaýar.

2.3 Bir taraply inçe tehnologiýasy

Göwher bir taraply inçe tehnologiýasy, bir taraplaýyn üwemegiň täze usulydyr. 5-nji suratda görkezilişi ýaly (bu ýerde görkezilmeýär), amal göwher bilen örtülen ýylmaýjy plastinka ulanýar. Wafli wakuum adsorbsiýasy arkaly kesgitlenýär, wafli we göwher ýylmaýjy tigir bir wagtda aýlanýar. Öýjükli tigir, wafli maksatly galyňlyga çenli inçe etmek üçin kem-kemden aşak süýşýär. Bir tarapy gutarandan soň, beýleki tarapy gaýtadan işlemek üçin wafli agdarylýar.

Inçelenden soň, 100 mm wafli gazanyp biler:

<aý <5 μm

TTV <2 μm

Faceerüsti çişlik <1 nm

Bu ýeke-täk wafli gaýtadan işlemek usuly ýokary durnuklylygy, ajaýyp yzygiderliligi we ýokary material aýyrmagyň tizligini hödürleýär. Adaty iki taraplaýyn üwemek bilen deňeşdirilende, bu usul üweýiş netijeliligini 50% -den gowrak ýokarlandyrýar.

2.4 Iki taraplaýyn üwemek

Iki taraplaýyn üweýji aşaky we aşaky ýylmaýjy plastinany bir wagtyň özünde substratyň iki tarapyny üwemek üçin ulanýar we iki tarapynda-da ýeriň ýokary hilini üpjün edýär.

Bu prosesde üweýji plitalar ilki bilen iş böleginiň iň ýokary nokatlaryna basyş edýär we şol nokatlarda deformasiýa we kem-kemden material çykarylmagyna sebäp bolýar. Highokarky nokatlar tekizlenende, substrata edilýän basyş kem-kemden birmeňzeş bolýar, netijede tutuş ýer ýüzünde yzygiderli deformasiýa bolýar. Bu ýokarky we aşaky ýüzleriň deň derejede ýerleşmegine mümkinçilik berýär. Öwürmek tamamlanandan we basyş goýberilenden soň, substratyň her bölegi başdan geçiren deň basyşy sebäpli birmeňzeş dikelýär. Bu minimal siňdirişe we oňat tekizlige getirýär.

Taşlanylandan soň wafliň üstki çişligi abraziw bölejikleriň ululygyna baglydyr - kiçi bölejikler has ýumşak ýüzleri berýär. Iki taraplaýyn üwemek üçin 5 μm abraziw serişdesi ulanylanda, 5 mμ içinde wafli tekizligi we galyňlygynyň üýtgemegi dolandyrylyp bilner. Atom güýji mikroskopiýasy (AFM) ölçegleri, takmynan 100 nm çuňlukda (Rq), 380 nm çuňlukda üweýji çukurlary we abraziw hereketleriň netijesinde görünýän çyzykly bellikleri görkezýär.

Has ösen usul, polikristally göwher süýümi bilen birleşdirilen poliuretan köpük padleri ulanyp, iki taraplaýyn üwemegi öz içine alýar. Bu amal, gaty pes ýerüsti çişlikli wafli öndürýär, Ra <3 nm-e ýetýär, bu bolsa SiC substratlarynyň soňraky ýuwulmagy üçin örän peýdalydyr.

Şeýle-de bolsa, ýerüsti çyzmak çözülmedik mesele bolup galýar. Mundan başga-da, bu amalda ulanylýan polikristally göwher, tehniki taýdan kyn, az mukdarda we gaty gymmat partlaýjy sintez arkaly öndürilýär.

SiC ýeke kristallaryny ýuwmak

Silikon karbid (SiC) wafli boýunça ýokary hilli ýalpyldawuk ýüzüne ýetmek üçin, ýylmaýjy çukurlary we nanometr ölçegli ýerüsti düzgünleri doly aýyrmaly. Maksat hapalanmazdan ýa-da zaýalanmazdan, ýerasty zeper ýetmezden we galyndy üstündäki stres bolmazdan tekiz, kemçiliksiz ýer öndürmekdir.

3.1 SiC wafli mehaniki polishing we CMP

SiC ýeke kristal ingot ulalandan soň, ýerüsti kemçilikler epitaksial ösüş üçin gönüden-göni ulanylmagynyň öňüni alýar. Şonuň üçin has köp işlemek zerurdyr. Ingot ilki bilen tegelek arkaly adaty silindr görnüşinde emele gelýär, soňra sim kesmek arkaly waflere bölünýär we kristalografiki ugry barlaýar. Polishing, hrustal ösüş kemçilikleri we deslapky gaýtadan işlemek ädimleri sebäpli ýüze çykýan potensial ýerüsti zeperleri çözmek üçin wafli hilini ýokarlandyrmakda möhüm ädimdir.

SiC-de ýerüsti zeper gatlaklaryny aýyrmagyň dört esasy usuly bar:

Mehaniki ýalpyldawuk: pleönekeý, ýöne yzlary galdyrýar; başlangyç ýalpyldawuk üçin amatly.

Himiki mehaniki polishing (CMP): Himiki efir arkaly çyzgylary aýyrýar; takyk ýuwmak üçin amatly.

Wodorodyň dökülmegi: HTCVD proseslerinde köplenç ulanylýan çylşyrymly enjamlary talap edýär.

Plazma bilen kömek etmek: Çylşyrymly we seýrek ulanylýar.

Diňe mehaniki ýalpyldawuk çyzgylara sebäp bolýar, diňe himiki ýalpyldawuk tekizlenmä sebäp bolup biler. CMP iki artykmaçlygy birleşdirýär we netijeli, tygşytly çözgüt hödürleýär.

CMP iş ýörelgesi

CMP wafli aýlanýan ýalpyldawuk pad bilen kesgitlenen basyş astynda aýlamak arkaly işleýär. Bu otnositel hereket, nano ululykdaky abraziwlerden mehaniki aşgazan we reaktiw serişdeleriň himiki täsiri bilen birleşip, ýerüsti meýilnamalaşdyryşa ýetýär.

Ulanylýan esasy materiallar:

Ishinguwýan süýüm: abraziw serişdeleri we himiki reagentleri öz içine alýar.

Polat ýassygy: Ulanylanda könelýär, gözenegiň ululygyny we çalt eltmegiň netijeliligini peseldýär. Gödek geýim, adatça göwher geýimini ulanmak, gödekligi dikeltmek üçin zerurdyr.

Adaty CMP prosesi

Abraziw: 0,5 μm göwher süýümi

Nyşana ýeriň gödekligi: ~ 0.7 nm

Himiki mehaniki polishing:

Polat enjamlary: AP-810 bir taraply poliş

Basyş: 200 g / sm²

Plastinanyň tizligi: 50 aýlaw

Keramiki saklaýjynyň tizligi: 38 aýlaw

Uryalňyş kompozisiýa:

SiO₂ (30 wt%, pH = 10.15)

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

5 wt% KOH we 1 wt% HNO₃ ulanyp pH-ni 8.5-e sazlaň

Çalt akym tizligi: 3 L / min, gaýtadan işlenýär

Bu amal SiC wafli hilini netijeli ýokarlandyrýar we aşaky akymlar üçin talaplara laýyk gelýär.

Mehaniki polishingdäki tehniki kynçylyklar

SiC, giň zolakly ýarymgeçiriji hökmünde elektronika pudagynda möhüm rol oýnaýar. Ajaýyp fiziki we himiki aýratynlyklary bilen, SiC ýeke kristallary ýokary temperatura, ýokary ýygylyk, ýokary güýç we radiasiýa garşylygy ýaly ekstremal şertlere laýyk gelýär. Şeýle-de bolsa, onuň gaty we döwük tebigaty üwemek we ýuwmak üçin uly kynçylyklary döredýär.

Öňdebaryjy dünýä öndürijileriniň 6 dýuýmdan 8 dýuým wafli geçişine geçmegi bilen, gaýtadan işlemek wagtynda döwmek we wafli zeperlenmek ýaly meseleler has görnükli bolup, hasyllylyga ep-esli täsir etdi. 8 dýuýmlyk SiC substratlarynyň tehniki kynçylyklaryny çözmek indi pudagyň ösüşi üçin esasy görkeziji bolup durýar.

8 dýuýmlyk döwürde SiC wafli gaýtadan işlemek köp kynçylyklar bilen ýüzbe-ýüz bolýar:

Wafli masştablaşdyrmak, her topara çip çykaryşyny ýokarlandyrmak, gyradaky ýitgini azaltmak we önümçilik çykdajylaryny azaltmak üçin zerurdyr, esasanam elektrik ulagyndaky islegleriň artýandygyny göz öňünde tutup.

8 dýuýmlyk SiC ýeke kristallaryň ösüşi kämillik ýaşyna ýeten hem bolsa, üwemek we ýalpyldatmak ýaly yzky prosesler pes hasyllylyga sebäp bolýar (diňe 40-50%).

Uly wafli has çylşyrymly basyş paýlanyşyny başdan geçirýär, polishing stresini we hasyl yzygiderliligini dolandyrmagyň kynlygyny ýokarlandyrýar.

8 dýuým wafli galyňlygy 6 dýuým wafli bilen ýakynlaşsa-da, stres we sarsma sebäpli işlenende has köp zeper ýetýär.

Kesmek bilen baglanyşykly stres, sahypa we döwülmegi azaltmak üçin lazer kesmek has köp ulanylýar. Şeýle-de bolsa:

Uzyn tolkun uzynlygy lazerler termiki zeper ýetmegine sebäp bolýar.

Gysga tolkun uzynlygy lazerler agyr galyndylary döredýär we zeper gatlagyny çuňlaşdyrýar, ýalpyldawuklygy ýokarlandyrýar.

SiC üçin mehaniki polishing iş tertibi

Umumy proses akymy aşakdakylary öz içine alýar:

Ugry kesmek

Gödek üweýji

Gowy üwemek

Mehaniki ýalpyldawuk

Iň soňky ädim hökmünde himiki mehaniki polishing (CMP)

CMP usulyny saýlamak, marşrut dizaýny we parametrleri optimizirlemek gaty möhümdir. Ondarymgeçiriji önümçiliginde, ýokary hilli epitaksial ösüş üçin zerur bolan ultra tekiz, kemçiliksiz we zyýansyz ýüzler bilen SiC wafli öndürmek üçin kesgitleýji ädimdir.

(a) SiC ingotyny çüýden aýyryň;

(b) Daşky diametri üwemek arkaly başlangyç şekillendirmek;

(c) Düzediş tekizlerini ýa-da kranlaryny ulanyp, kristal ugruny kesgitläň;

d) köp simli arra ulanyp, ingoty inçe wafli bilen kesiň;

e) üweýiş we ýalpyldawuk ädimler arkaly aýna meňzeş üstüň tekizligini gazanmak.

Gaýtadan işlemek ädimleriniň birnäçesini tamamlandan soň, SiC wafli daşky gyrasy köplenç ýiti bolýar, bu ulanylanda ýa-da ulanylanda kesmek howpuny ýokarlandyrýar. Şeýle näzikligiň öňüni almak üçin gyralary üwemek zerur.

Adaty dilimlemek proseslerinden başga-da, SiC wafli taýýarlamagyň innowasion usuly baglanyşyk tehnologiýasyny öz içine alýar. Bu çemeleşme, inçe SiC ýeke kristal gatlagyny birmeňzeş substrata (goldaýan substrat) birikdirip, wafli ýasamaga mümkinçilik berýär.

3-nji suratda prosesiň akymy görkezilýär:

Ilki bilen, wodorod ion implantasiýasy ýa-da şuňa meňzeş usullar arkaly SiC ýeke kristalynyň üstünde belli bir çuňlukda delaminasiýa gatlagy emele gelýär. Gaýtadan işlenen SiC ýeke kristal tekiz goldaýan substrat bilen baglanyşdyrylýar we basyşa we ýylylyga sezewar bolýar. Bu, SiC ýeke-kristal gatlagyny goldaýan substrata üstünlikli geçirmäge we bölmäge mümkinçilik berýär.

Aýrylan SiC gatlagy zerur tekizligi gazanmak üçin ýerüsti bejergi alýar we indiki baglanyşyk amallarynda gaýtadan ulanylyp bilner. SiC kristallarynyň adaty dilimleri bilen deňeşdirilende, bu usul gymmat materiallara bolan islegi azaldar. Tehniki kynçylyklar galsa-da, gözleg we ösüş arzan bahaly wafli önümçiligini üpjün etmek üçin işjeň öňe gidýär.

SiC-iň ýokary gatylygyny we himiki durnuklylygyny göz öňünde tutup, otag temperaturasyndaky reaksiýalara çydamly edýär - inçe üweýji çukurlary aýyrmak, ýerüsti zeperleri azaltmak, çyzuwlary, çukurlary we mämişi gabygynyň kemçiliklerini ýok etmek, ýeriň çişligi, tekizligi ýokarlandyrmak we ýeriň hilini ýokarlandyrmak zerur.

Qualityokary hilli ýalpyldawuk ýüzüne ýetmek üçin:

Abraziw görnüşleri sazlaň,

Bölejikleriň ululygyny azaltmak,

Amal parametrlerini optimizirläň,

Equeterlik gatylyk bilen ýalpyldawuk materiallary we ýassyklary saýlaň.

7-nji suratda 1 μm abraziw bilen iki taraplaýyn polishingiň 10 mkm aralygynda tekizlige we galyňlygyň üýtgemegine gözegçilik edip biljekdigi we ýeriň çişligini takmynan 0,25 nm çenli azaldyp biljekdigi görkezilýär.

3.2 Himiki mehaniki polishing (CMP)

Himiki mehaniki polishing (CMP) ultrafin bölejikleriň aşgazanyny himiki efir bilen birleşdirip, gaýtadan işlenýän materialyň üstünde tekiz we tekiz bir ýer emele getirýär. Esasy ýörelge:

Aumşak gatlak emele getirýän ýalpyldawuk we wafli ýeriň arasynda himiki reaksiýa ýüze çykýar.

Abraziw bölejikler bilen ýumşak gatlagyň arasyndaky sürtülme materialy aýyrýar.

CMP artykmaçlyklary:

Diňe mehaniki ýa-da himiki polishingiň kemçiliklerini ýeňip geçýär,

Global we ýerli meýilnamalaşdyrmaga ýetýär,

Highokarky tekizligi we pes gödekligi bilen ýüzleri öndürýär,

Surfaceerüsti ýa-da ýerasty zeper ýetmeýär.

Jikme-jik:

Wafli basyş astynda ýalpyldawuk pad bilen deňeşdirilende hereket edýär.

Nanometr masştably abraziw serişdeleri (meselem, SiO₂) gyrkmaga, Si - C kowalent baglanyşyklaryny gowşatmaga we material aýyrmagy güýçlendirýär.

CMP usullarynyň görnüşleri:

Mugt abraziw polishing: Abraziw serişdeleri (meselem, SiO₂) süýümde saklanýar. Materiallary aýyrmak üç bedeniň aşgazany (wafli - pad - abraziw) arkaly ýüze çykýar. Abraziw ululyk (adatça 60–200 nm), pH we temperatura birmeňzeşligi ýokarlandyrmak üçin takyk gözegçilikde saklanmalydyr.

Kesgitli abraziw polishing: agraziwasiýa, ýokary takyklyk bilen işlemek üçin amatly, aglomerasiýanyň öňüni almak üçin polat padine salynýar.

Polishingden soňky arassalama:

Jaýlanan wafli:

Himiki arassalaýyş (DI suwy we galyndy galyndylaryny goşmak bilen),

DI suw ýuwmak we

Gyzgyn azot guratmak

ýerüsti hapalaýjylary azaltmak üçin.

Faceerüsti hil we öndürijilik

Ondarymgeçirijiniň epitaksiýa talaplaryna laýyk gelýän ýerüsti çişligi Ra <0,3 nm çenli peseldip bolar.

Global meýilnamalaşdyryş: Himiki ýumşadyş we mehaniki aýyrmagyň utgaşmasy, arassa mehaniki ýa-da himiki usullardan has ýokary bolup, çyzylmalary we deň däl çişmegi azaldýar.

Effokary netijelilik: SiC ýaly gaty we döwük materiallar üçin amatly, sagady 200 nm / sagdan ýokary.

Beýleki döreýän polishing usullary

CMP-den başga-da alternatiw usullar teklip edildi, şol sanda:

Elektrokimiki ýalpyldawuk, katalizator kömegi bilen ýuwmak ýa-da ýuwmak we

Tribohimiki polishing.

Şeýle-de bolsa, bu usullar henizem gözleg tapgyrynda we SiC-iň kyn material aýratynlyklary sebäpli haýal ösdi.

Netijede, “SiC” gaýtadan işlemek, ýeriň hilini gowulandyrmak üçin sahypany we gödekligi kem-kemden azaltmak prosesi bolup, her basgançakda tekizlik we gödeklik gözegçilik möhümdir.

Gaýtadan işlemek tehnologiýasy

Wafli üweýiş döwründe dürli bölejik ölçegli göwher süýümi, wafli gerekli tekizlige we ýeriň gödekligine üwemek üçin ulanylýar. Ondan soň, mehaniki we himiki mehaniki polishing (CMP) usullaryny ulanyp, zyýansyz ýalpyldawuk kremniy karbid (SiC) wafli öndürmek üçin ulanylýar.

Ishinguwlandan soň, SiC wafli ähli tehniki parametrleriň talap edilýän standartlara laýyk gelmegini üpjün etmek üçin optiki mikroskoplar we rentgen diffraktometrleri ýaly gurallary ulanyp, berk hil barlagyndan geçýär. Ahyrynda, ýalpyldawuk wafli ýöriteleşdirilen arassalaýjy serişdeler we ýerüsti hapalaýjylary aýyrmak üçin ultrapura suwy bilen arassalanýar. Soňra aşa ýokary arassa azot gazy we egriji guradyjylar bilen guradylýar we ähli önümçilik prosesi tamamlanýar.

Birnäçe ýyllap dowam eden tagallalardan soň Hytaýyň içinde SiC ýeke kristal gaýtadan işlemekde ep-esli ösüş gazanyldy. Içerde 100 mm doply ýarym izolýasiýa 4H-SiC ýeke kristal üstünlikli işlenip düzüldi we n görnüşli 4H-SiC we 6H-SiC ýeke kristallary indi partiýalarda öndürilip bilner. TankeBlue we TYST ýaly kompaniýalar eýýäm 150 mm SiC ýeke kristallaryny öndürdiler.

SiC wafli gaýtadan işlemek tehnologiýasy nukdaýnazaryndan içerki edaralar kristal dilimlemek, üwemek we ýalpyldatmak üçin iş şertlerini we ugurlaryny ilki bilen öwrendiler. Enjam ýasamak talaplaryna laýyk gelýän nusgalary öndürmäge ukyply. Şeýle-de bolsa, halkara ülňüleri bilen deňeşdirilende, içerki wafli ýerüsti gaýtadan işlemegiň hili ep-esli yza galýar. Birnäçe mesele bar:

Halkara SiC teoriýalary we gaýtadan işleýiş tehnologiýalary berk goralýar we aňsat däl.

Amaly gowulaşdyrmak we optimizasiýa üçin teoretiki gözlegleriň we goldawyň ýetmezçiligi bar.

Daşary ýurt enjamlaryny we böleklerini import etmegiň bahasy gaty ýokary.

Enjamlaryň dizaýny, gaýtadan işlemegiň takyklygy we materiallary boýunça içerki gözlegler halkara derejeleri bilen deňeşdirilende ep-esli boşluklary görkezýär.

Häzirki wagtda Hytaýda ulanylýan ýokary takyk gurallaryň köpüsi import edilýär. Synag enjamlary we usulyýetleri hasam kämilleşdirilmegini talap edýär.

Üçünji nesil ýarymgeçirijileriň yzygiderli ösmegi bilen, ýerüsti gaýtadan işlemegiň hiline has ýokary talaplar bilen birlikde, SiC ýeke kristal substratlaryň diametri yzygiderli ýokarlanýar. Waferi gaýtadan işlemek tehnologiýasy, SiC ýeke kristal ösüşinden soň iň tehniki taýdan kyn ädimleriň birine öwrüldi.

Gaýtadan işlemekde bar bolan kynçylyklary çözmek üçin, kesmek, üwemek we ýuwmak bilen baglanyşykly mehanizmleri has-da öwrenmek we SiC wafli önümçiligi üçin amatly amal usullaryny we ugurlaryny öwrenmek zerurdyr. Şol bir wagtyň özünde, ýokary derejeli halkara gaýtadan işleýiş tehnologiýalaryndan öwrenmeli we ýokary hilli substratlary öndürmek üçin iň häzirki zaman ultra takyk işleýiş usullaryny we enjamlaryny ulanmaly.

Wafli ululygy ulaldygyça, hrustalyň ösmegi we gaýtadan işlenmegi kynlaşýar. Şeýle-de bolsa, aşaky enjamlaryň önümçilik netijeliligi ep-esli ýokarlanýar we enjamyň bahasy azalýar. Häzirki wagtda dünýäde esasy SiC wafli üpjün edijileri, diametri 4 dýuýmdan 6 dýuýma çenli önümleri hödürleýär. Cree we II-VI ýaly öňdebaryjy kompaniýalar eýýäm 8 dýuýmlyk SiC wafli önümçilik liniýalaryny ösdürmegi meýilleşdirip başladylar.