SiC Wafer Gaýtadan Işlemek Tehnologiýasynyň Häzirki Ýagdaýy we Meýilleri

Üçünji nesil ýarymgeçiriji substrat materialy hökmünde,kremniý karbidi (SiC)monokristal ýokary ýygylykly we ýokary kuwwatly elektron enjamlaryny öndürmekde giň ulanylyş mümkinçiliklerine eýedir. SiC-niň gaýtadan işlemek tehnologiýasy ýokary hilli substrat materiallarynyň öndürilmeginde aýgytlaýjy rol oýnaýar. Bu makalada Hytaýda we daşary ýurtlarda SiC gaýtadan işlemek tehnologiýalary boýunça häzirki barlaglaryň ýagdaýy tanyşdyrylýar, kesmek, üwemek we jylalamak prosesleriniň mehanizmleri, şeýle hem plastinkanyň tekizligi we ýüzüniň gödekligindäki meýiller seljerilýär we deňeşdirilýär. Şeýle hem, SiC plastinkasyny gaýtadan işlemekde bar bolan kynçylyklar görkezilýär we geljekki ösüş ugurlary ara alnyp maslahatlaşylýar.

Kremniý karbidi (SiC)Plastinkalar üçünji nesil ýarymgeçiriji enjamlar üçin möhüm esasy materiallar bolup, mikroelektronika, elektrik elektronikasy we ýarymgeçiriji yşyklandyryş ýaly ugurlarda uly ähmiýete we bazar mümkinçiliklerine eýedir. Örän ýokary gatylygy we himiki durnuklylygy sebäpliSiC monokristallary, däp bolan ýarymgeçirijileri gaýtadan işlemek usullary olary gaýtadan işlemek üçin doly laýyk däl. Köp halkara kompaniýalary SiC monokristallarynyň tehniki taýdan kyn gaýtadan işlemegi boýunça giňişleýin gözleg işlerini geçirseler-de, degişli tehnologiýalar berk gizlin saklanýar.

Soňky ýyllarda Hytaý SiC monokristal materiallaryny we enjamlaryny işläp düzmekde tagallalaryny artdyrdy. Şeýle-de bolsa, ýurtda SiC enjam tehnologiýasynyň ösüşi häzirki wagtda gaýtadan işlemek tehnologiýalaryndaky we plastinka hilindäki çäklendirmeler bilen çäklendirilýär. Şonuň üçin Hytaýyň SiC monokristal substratlarynyň hilini ýokarlandyrmak we olaryň amaly ulanylyşyny we köpçülikleýin önümçiligini gazanmak üçin SiC gaýtadan işlemek mümkinçiliklerini gowulandyrmagy möhümdir.

Esasy gaýtadan işlemek tapgyrlaryna aşakdakylar girýär: kesmek → iri üwemek → inçe üwemek → iri jylamak (mehaniki jylamak) → inçe jylamak (himiki mehaniki jylamak, CMP) → barlag.

SiC monokristallarynyň kesilmegi

Gaýtadan işlemekdeSiC monokristallary, kesmek ilkinji we örän möhüm ädimdir. Kesiş prosesinden gelip çykýan plastinanyň egriligi, egriligi we umumy galyňlygynyň üýtgemegi (TTV) soňraky üýşürme we jylalama amallarynyň hilini we netijeliligini kesgitleýär.

Kesiji gurallary görnüşi boýunça almaz içki diametrli (ID) arralar, daşky diametrli (OD) arralar, lentaly arralar we simli arralar diýip bölüp bolýar. Simli arralar bolsa, hereket görnüşi boýunça özara hereket edýän we halkaly (soňsuz) sim ulgamlaryna bölünip bilner. Abraziwiň kesiş mehanizmine esaslanyp, simli arra kesmek tehnikalaryny iki görnüşe bölüp bolýar: erkin abraziw simli arra we berk abraziw almaz simli arra.

1.1 Adaty kesiş usullary

Daşky diametrli (DD) arralaryň kesiş çuňlugy pyçagyň diametri bilen çäklendirilýär. Kesiş prosesinde pyçak titreme we üýtgemelere sezewar bolýar, bu bolsa ýokary ses derejesine we pes berklige getirýär. Içki diametrli (ID) arralar pyçagyň içki aýlawynda kesiji gyra hökmünde almaz abraziwlerini ulanýarlar. Bu pyçaklar 0,2 mm çenli inçe bolup biler. Kesiş wagtynda, ID pyçagy ýokary tizlikde aýlanýar, kesiljek material bolsa pyçagyň merkezine görä radial hereket edýär we bu deňeşdirilen hereket arkaly kesiş gazanylýar.

Almaz lentli arralar ýygy-ýygydan durmagy we yzyna gaýtmagy talap edýär we kesiş tizligi örän pes - adatça 2 m/s-den geçmeýär. Şeýle hem, olar uly mehaniki aşynma we ýokary tehniki hyzmat çykdajylaryndan ejir çekýärler. Arra pyçagynyň giňligi sebäpli kesiş radiusy gaty kiçi bolup bilmez we köp kesimli kesiş mümkin däl. Bu däp bolan arra gurallary esasyň berkligi bilen çäklendirilen we egri kesişleri ýa-da çäklendirilen öwrüliş radiuslaryny edip bilmeýär. Olar diňe göni kesişleri edip bilýärler, giň kerfleri öndürýärler, pes girdejili bolýarlar we şonuň üçin kesmek üçin ýaramsyzdyrlar.SiC kristallary.

1.2 Erkin aşyndyryjy simli arra köp simli kesiş

Erkin abraziw simli arra bilen kesmek usuly simiň çalt hereketini ulanyp, suspenziýa daşaýar we bu bolsa materialyň aýrylmagyna mümkinçilik berýär. Ol esasan özara hereket edýän gurluşy ulanýar we häzirki wagtda monokristal kremniýiň netijeli köp waferli kesilmegi üçin ösen we giňden ulanylýan usuldyr. Şeýle-de bolsa, onuň SiC kesmekde ulanylyşy has az öwrenildi.

Erkin abraziw simli arralar galyňlygy 300 μm-den az bolan waferleri işläp bilýär. Olar pes kerf ýitgisini üpjün edýär, seýrek döwülmelere sebäp bolýar we ýüziň hilini deňeşdirme boýunça gowy edýär. Şeýle-de bolsa, abraziwleriň dürtülmegine we içine girmegine esaslanýan materialy aýyrmak mehanizmi sebäpli waferiň ýüzünde uly galyndy stres, mikro çatlaklar we has çuňňur zyýan gatlaklary emele gelýär. Bu bolsa waferiň egrilenmegine getirýär, ýüziň profiliniň takyklygyny gözegçilikde saklamagy kynlaşdyrýar we soňraky işläp bejeriş tapgyrlaryna düşýän ýükü artdyrýar.

Kesiş netijeliligine şlam güýçli täsir edýär; abraziwleriň ýitiligini we şlamyň konsentrasiýasyny saklamak zerurdyr. Şlamy gaýtadan işlemek we gaýtadan işlemek gymmatdyr. Uly ölçegli külçeleri kesende, abraziwler çuň we uzyn kerflere girmekde kynçylyk çekýärler. Şol bir abraziw däne ölçeginde kerf ýitgisi berk abraziw simli arralardan has köp bolýar.

1.3 Berkidilen aşyndyryjy almaz simli arra köp simli kesiş

Berkidilen abraziw almaz simli arralar, adatça, elektrokaplama, sinterleme ýa-da smola bilen birikdirme usullary arkaly almaz bölejiklerini polat sim substratyna goýmak arkaly ýasalýar. Elektrokaplamaly almaz simli arralar has dar kerfler, has gowy dilim hili, ýokary netijelilik, pes hapalanma we ýokary gatylykly materiallary kesmek ukyby ýaly artykmaçlyklary hödürleýär.

Gaýtadan işleýän elektrokaplanan almaz simli arra häzirki wagtda SiC-ni kesmek üçin iň giňden ulanylýan usuldyr. 1-nji surat (bu ýerde görkezilmedik) bu usul arkaly kesilen SiC waferleriniň ýüzüniň tekizligini görkezýär. Kesmek dowam edende, waferiň egriligi artýar. Sebäbi sim aşak hereket edende sim bilen materialyň arasyndaky aragatnaşyk meýdany artýar, bu bolsa simiň garşylygyny we titremesini artdyrýar. Sim waferiň iň ýokary diametrine ýetende, titreme iň ýokary derejä ýetýär we netijede iň ýokary egrilige getirýär.

Kesmegiň soňky tapgyrlarynda, simiň tizlenmegi, durnukly tizlikli hereketi, haýallamagy, durmagy we yzyna gaýtmagy, şeýle hem sowadyjy suwuklyk bilen galyndylary aýyrmakdaky kynçylyklar sebäpli, plastinkanyň ýüzüniň hili ýaramazlaşýar. Simiň yzyna gaýtmagy we tizligiň üýtgemegi, şeýle hem simdäki uly almaz bölejikleri ýüziň çyzyklarynyň esasy sebäpleridir.

1.4 Sowuk bölmek tehnologiýasy

SiC monokristallaryny sowuk bölmek üçünji nesil ýarymgeçiriji materiallaryny gaýtadan işlemek ulgamynda innowasion prosesdir. Soňky ýyllarda ol hasyllylygy ýokarlandyrmakda we material ýitgisini azaltmakda uly artykmaçlyklary sebäpli uly üns çekdi. Tehnologiýany üç tarapdan seljerip bolýar: iş prinsipi, proses akymy we esasy artykmaçlyklar.

Kristalyň ugruny kesgitlemek we daşky diametri üwemek: Gaýtadan işlemezden öň, SiC külçesiniň kristal ugruny kesgitlemek gerek. Soňra külçe daşky diametri üwemek arkaly silindrik gurluşa (adatça SiC şaýbasy diýilýär) öwrülýär. Bu ädim soňraky ugur boýunça kesmek we dilimlemek üçin esas döredýär.

Köp simli kesiş: Bu usul silindrik külçäni kesmek üçin aşyndyryjy bölejikleri kesiji simler bilen birleşdirip ulanýar. Şeýle-de bolsa, ol ep-esli kerf ýitgisinden we ýüziň deňsizliginden ejir çekýär.

Lazer bilen kesmek tehnologiýasy: Kristallyň içinde inçe bölekleri aýryp bolýan üýtgedilen gatlak emele getirmek üçin lazer ulanylýar. Bu usul material ýitgisini azaldýar we gaýtadan işlemegiň netijeliligini ýokarlandyrýar, bu bolsa ony SiC plastinka kesmek üçin geljegi uly täze ugur edýär.

Kesmek prosesini optimizirlemek

Berkidilen Aşyndyryjy Köp Simli Kesiş: Bu häzirki wagtda esasy tehnologiýa bolup, SiC-niň ýokary gatylyk häsiýetlerine gowy laýyk gelýär.

Elektrik razrýadlaryny işläp taýýarlamak (EDM) we sowuk bölmek tehnologiýasy: Bu usullar belli bir talaplara laýyk gelýän dürli çözgütleri hödürleýär.

Jilalamak prosesi: Materialyň aýrylma tizligini we ýüziň zeperlenmegini deňleşdirmek möhümdir. Himiki mehaniki jilalamak (HMJ) ýüziň deňligini ýokarlandyrmak üçin ulanylýar.

Real wagt gözegçiligi: Ýeriň tekizligini real wagt tertibinde gözegçilik etmek üçin onlaýn barlag tehnologiýalary ornaşdyrylýar.

Lazer bilen dilimlemek: Bu usul kerf ýitgisini azaldýar we gaýtadan işlemek sikllerini gysgaldýar, emma termal täsirlenen zona kynçylyk döredýär.

Gibrid Gaýtadan Işlemek Tehnologiýalary: Mehaniki we himiki usullary utgaşdyrmak gaýtadan işlemegiň netijeliligini ýokarlandyrýar.

Bu tehnologiýa eýýäm senagatda ulanylyşyny gazandy. Mysal üçin, Infineon SILTECTRA-ny satyn aldy we häzir 8 dýuýmlyk waferleriň köpçülikleýin önümçiligini goldaýan esasy patentlere eýe. Hytaýda Delong Laser ýaly kompaniýalar 6 dýuýmlyk waferleri gaýtadan işlemek üçin her külçeden 30 wafer öndürmek netijeliligini gazandylar, bu bolsa däp bolan usullar bilen deňeşdirilende 40% ösüşdir.

Öý enjamlarynyň önümçiligi çaltlaşdygyça, bu tehnologiýanyň SiC substratyny gaýtadan işlemek üçin esasy çözgüt bolmagyna garaşylýar. Ýarymgeçiriji materiallaryň diametriniň artmagy bilen, däp bolan kesiş usullary könelişdi. Häzirki wariantlaryň arasynda almaz simli arra tehnologiýasy iň geljegi uly ulanyş mümkinçiliklerini görkezýär. Lazer bilen kesiş, täze tehnologiýa hökmünde, uly artykmaçlyklary hödürleýär we geljekde esasy kesiş usulyna öwrülmegine garaşylýar.

2,SiC ýeke kristally üweme

Üçünji nesil ýarymgeçirijileriň wekili hökmünde kremniý karbidi (SiC) giň zolak aralygy, ýokary dargama elektrik meýdany, ýokary doýgun elektron sürüş tizligi we ajaýyp ýylylyk geçirijiligi sebäpli uly artykmaçlyklary hödürleýär. Bu häsiýetler SiC-ni ýokary woltly ulanylyşlarda (meselem, 1200V gurşawlarda) aýratyn artykmaçlyga eýedir. SiC substratlaryny gaýtadan işlemek tehnologiýasy enjam öndürmegiň esasy bölegidir. Substratyň ýüzüniň hili we takyklygy epitaksial gatlagyň hiline we gutarnykly enjamyň işine gönüden-göni täsir edýär.

Öwürmek prosesiniň esasy maksady kesmek wagtynda ýüzeý arra yzlaryny we zyýan gatlaklaryny aýyrmak, şeýle hem kesmek prosesi sebäpli dörän deformasiýany düzetmekdir. SiC-niň örän ýokary gatylygy göz öňünde tutulanda, öwürmek üçin bor karbidi ýa-da almaz ýaly berk abraziwleriň ulanylmagy talap edilýär. Adaty öwürmek adatça iri öwürmek we inçe öwürmek bolup bölünýär.

2.1 Gödek we inçe üwemek

Öwürtmek aşındyryjy bölejikleriň ölçegine görä kategoriýalaşdyrylyp bilner:

Gödek üwemek: Esasan hem kesmek wagtynda ýüze çykan arra yzlaryny we zyýan gatlaklaryny aýyrmak üçin has uly abraziwleri ulanýar we gaýtadan işlemegiň netijeliligini ýokarlandyrýar.

Inçe üwemek: Gödek üwemekden galan zyýan gatlagyny aýyrmak, ýüzüň gödekligini azaltmak we ýüzüň hilini ýokarlandyrmak üçin has inçe abraziwleri ulanýar.

Ýerli SiC substrat öndürijileriniň köpüsi uly möçberli önümçilik proseslerini ulanýarlar. Umumy usul çoýun plastinka we monokristal almaz şlamyny ulanyp iki taraplaýyn üwemegi öz içine alýar. Bu proses sim kesmekden galan zyýan gatlagyny netijeli aýyrýar, waferiň görnüşini düzedýär we TTV (Umumy galyňlygyň üýtgemegi), egriligi we döwülmegi azaldýar. Materialyň aýrylma tizligi durnukly bolup, adatça 0,8–1,2 μm/min ýetýär. Şeýle-de bolsa, netijede waferiň ýüzi mat bolup, deňeşdirme boýunça ýokary gödeklik bilen - adatça 50 nm töweregi - bu bolsa indiki jylamak tapgyrlaryna has ýokary talaplary döredýär.

2.2 Bir taraply üwemek

Bir taraply üwemek bir wagtyň özünde waferiň diňe bir tarapyny işläp düzýär. Bu prosesde wafer polat plitanyň üstüne mum bilen berkidilýär. Basyş astynda substrat ýeňil deformasiýa sezewar bolýar we ýokarky ýüzi tekizlenýär. Üwemekden soň, aşaky ýüzi tekizlenýär. Basyş aýrylanda, ýokarky ýüzi asyl görnüşine gaýdyp gelýär, bu bolsa eýýäm ýerlenen aşaky ýüzine hem täsir edýär - iki tarapyň hem egrilenmegine we tekizlenmegine sebäp bolýar.

Mundan başga-da, üweýji plastinka gysga wagtyň içinde içi gysyk bolup, plastinkanyň güberçek bolmagyna sebäp bolup biler. Plastinanyň tekizligini saklamak üçin ýygy-ýygydan üwemek gerek. Pes netijeliligi we plastinkanyň tekizliginiň pesligi sebäpli, bir taraply üwemek köpçülikleýin önümçilik üçin amatly däl.

Adatça, inçe üwemek üçin #8000 üwemek tigirleri ulanylýar. Ýaponiýada bu proses deňeşdirme boýunça ösen we hatda #30000 üwemek tigirlerini hem ulanýar. Bu işlenen waflileriň ýüzüniň nagyşlygynyň 2 nm-den aşak ýetmegine mümkinçilik berýär, bu bolsa waflileri goşmaça işlenişsiz gutarnykly CMP (himiki mehaniki üwemek) üçin taýýar edýär.

2.3 Bir taraply inçelme tehnologiýasy

Almazly Bir Taraply Inçelme Tehnologiýasy bir taraply üwemegiň täze usulydyr. 5-nji suratda görkezilişi ýaly (bu ýerde görkezilmedik), bu proses almaz bilen baglanyşykly üwelme plastinkasyny ulanýar. Plastinka wakuum adsorbsiýasy arkaly berkidilýär, şol bir wagtyň özünde wafli we almazly üwelme tigiri bir wagtda aýlanýar. Üwelme tigiri waflini maksatly galyňlyga çenli inçelmek üçin aşaky tarapa süýşýär. Bir tarapy işlenip gutarylandan soň, wafli beýleki tarapyny işläp taýýarlamak üçin öwrülýär.

Inçelden soň, 100 mm plastinka aşakdakylary gazanyp biler:

Ýaý < 5 μm

TTV < 2 μm

Ýüziň bükülüligi < 1 nm

Bu bir waferli gaýtadan işlemek usuly ýokary durnuklylygy, ajaýyp yzygiderliligi we ýokary material aýyrma tizligini üpjün edýär. Adaty iki taraply üwemek bilen deňeşdirilende, bu usul üwemek netijeliligini 50% -den gowrak ýokarlandyrýar.

2.4 Iki taraplaýyn üwemek

Iki taraply öjüklemekde substratyň iki tarapyny bir wagtyň özünde öjüklemek üçin ýokarky we aşaky öjüklemek plastinkasy ulanylýar, bu bolsa iki tarapyň hem ajaýyp ýüzüniň hilini üpjün edýär.

Prosesde, üwürtme plitalary ilki bilen iş böleginiň iň ýokary nokatlaryna basyş edýär, bu bolsa deformasiýa we şol nokatlarda materiallaryň ýuwaş-ýuwaş aýrylmagyna sebäp bolýar. Ýokary nokatlar deňleşdirilende, substrata basyş kem-kemden birmeňzeş bolýar we netijede tutuş ýüzde yzygiderli deformasiýa ýüze çykýar. Bu bolsa ýokarky we aşaky ýüzleriň deň derejede üwürtilmegine mümkinçilik berýär. Üwürtme tamamlanandan we basyş boşadylandan soň, substratyň her bir bölegi başdan geçiren deň basyşy sebäpli deň derejede dikeldilýär. Bu bolsa minimal egrilige we gowy tekizlige getirýär.

Öwürilenden soň waferiň ýüzüniň gödekligi abraziw bölejikleriniň ölçegine baglydyr - kiçi bölejikler has tekiz ýüzleri berýär. Iki taraplaýyn öwürmek üçin 5 μm abraziwler ulanylanda, waferiň tekizligi we galyňlygynyň üýtgemegi 5 μm içinde gözegçilikde saklanyp bilner. Atom Güýç Mikroskopiýasynyň (AFM) ölçegleri takmynan 100 nm ýüziň gödekligini (Rq) görkezýär, öwürilen çukurlar 380 nm çuňluga çenli we abraziw täsir sebäpli görünýän çyzykly yzlar bar.

Has ösen usul poliuretan köpük ýastykçalaryny polikristal almaz şlamy bilen birleşdirip, iki taraplaýyn üwemegi öz içine alýar. Bu proses örän pes ýüz büdürlüligi bolan waferleri öndürýär we Ra < 3 nm gazanýar, bu bolsa SiC substratlarynyň soňraky jylamak üçin örän peýdalydyr.

Şeýle-de bolsa, ýüziň çyzylmagy çözülmedik mesele bolmagynda galýar. Mundan başga-da, bu prosesde ulanylýan polikristal almaz partlaýjy sintez arkaly öndürilýär, bu bolsa tehniki taýdan kyn, az mukdarda öndürilýär we örän gymmatdyr.

SiC monokristallarynyň jylaňlamagy

Kremniý karbidi (SiC) plitalarynda ýokary hilli jylaňlanan ýüz gazanmak üçin, jylaňlama jylaňlama çukurlaryny we nanometr ölçegli ýüz tolkunlaryny doly aýyrmalydyr. Maksat, hapalanma ýa-da zaýalanma, ýerasty zeperlenme we galan ýüz stresi bolmadyk tekiz, kemçiliksiz ýüz öndürmekdir.

3.1 SiC plitalarynyň mehaniki jylaňlamagy we CMP

SiC monokristal külçesiniň ösmeginden soň, ýüzdäki kemçilikler onuň epitaksial ösüş üçin gönüden-göni ulanylmagyna päsgel berýär. Şonuň üçin mundan beýläk gaýtadan işlemek gerek. Küçe ilki tegeleklemek arkaly standart silindrik görnüşe getirilýär, soňra sim kesmek arkaly waflara dilimlenýär, soňra kristalografik ugur barlagy geçirilýär. Jylawlamak wafleriň hilini gowulandyrmakda, kristal ösüş kemçilikleriniň we öňki gaýtadan işlemek ädimleriniň sebäp bolup biljek ýüzdäki zyýany çözmekde möhüm ädimdir.

SiC-de ýüzleý zyýanly gatlaklary aýyrmagyň dört esasy usuly bar:

Mehaniki jylamak: Ýönekeý, ýöne çyzyklary galdyrýar; ilkinji jylamak üçin amatly.

Himiki mehaniki jylamak (HMJ): Çyzgylary himiki aşındyrmak arkaly aýyrýar; takyk jylamak üçin amatly.

Wodorod aşındyrmasy: HTCVD proseslerinde giňden ulanylýan çylşyrymly enjamlary talap edýär.

Plazma kömegi bilen jylamak: Çylşyrymly we seýrek ulanylýar.

Diňe mehaniki jylamak dyrnaklara sebäp bolýar, diňe himiki jylamak bolsa deň däl aşynmalara sebäp bolup biler. CMP iki artykmaçlygy hem özünde jemleýär we netijeli we tygşytly çözgüt hödürleýär.

CMP iş prinsipi

CMP aýlanýan jylawlaýjy ýastyga garşy bellenen basyş astynda waferi aýlamak arkaly işleýär. Bu deňeşdirilen hereket, suspenziýadaky nano ölçegli abraziwlerden mehaniki aşynma we reaktiv agentleriň himiki täsiri bilen birleşip, ýüziň tekizleşmegine ýetýär.

Ulanylan esasy materiallar:

Jilalaýjy şlam: Abraziwleri we himiki reagentleri öz içine alýar.

Jilalaýjy ýassyk: Ulanylanda könelişýär, gözenekleriň ululygyny we çümdüriji maddalaryň eltilmeginiň netijeliligini peseldýär. Gyrymsylygy dikeltmek üçin, adatça, almaz şkafy ulanyp, yzygiderli çilim çekmek gerek bolýar.

Adaty CMP prosesi

Aşındyryjy: 0,5 μm almaz şlamy

Maksatly ýüziň tekizligi: ~0.7 nm

Himiki mehaniki jylamak:

Jilalaýjy enjamlar: AP-810 bir taraply jilalaýjy

Basyş: 200 g/sm²

Plastinka tizligi: 50 aýlaw/min

Keramik saklaýjynyň tizligi: 38 aýlaw/min

Süýümiň düzümi:

SiO₂ (30 agramy%, pH = 10.15)

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

5 agramlyk % KOH we 1 agramlyk % HNO₃ ulanyp, pH-ny 8.5-e sazlaň

Süýümiň akym tizligi: 3 L/min, gaýtadan aýlanylýar

Bu proses SiC plastinkasynyň hilini netijeli gowulandyrýar we aşaky akym prosesleriniň talaplaryna laýyk gelýär.

Mehaniki jylaňlamada tehniki kynçylyklar

SiC, giň zolakly ýarymgeçiriji hökmünde, elektronika senagatynda möhüm rol oýnaýar. Ajaýyp fiziki we himiki häsiýetleri bilen SiC monokristallary ýokary temperatura, ýokary ýygylyk, ýokary kuwwatlylyk we radiasiýa garşylygy ýaly ekstremal gurşawlar üçin amatlydyr. Şeýle-de bolsa, onuň gaty we döwülýän tebigaty üwemek we jylalamak üçin uly kynçylyklary döredýär.

Dünýäniň öňdebaryjy önüm öndürijileri 6 dýuýmlyk waferlerden 8 dýuýmlyk waferlere geçýärkä, gaýtadan işlemek wagtynda ýarylma we waferleriň zaýalanmagy ýaly meseleler has-da möhümleşdi we hasyla düýpli täsir etdi. 8 dýuýmlyk SiC substratlarynyň tehniki kynçylyklaryny çözmek häzirki wagtda pudagyň ösüşiniň esasy ölçegidir.

8 dýuýmlyk döwürde SiC wafer işläp taýýarlamak köp sanly kynçylyklar bilen ýüzbe-ýüz bolýar:

Çipleriň her partiýadaky önümçiligini artdyrmak, gyralaryň ýitgisini azaltmak we önümçilik çykdajylaryny azaltmak üçin, esasanam elektrik ulaglarynyň ulanylyşynda artýan islegi göz öňünde tutup, wafer ölçeglerini ölçeklendirmek zerurdyr.

8 dýuýmlyk SiC monokristallarynyň ösüşi ýetişen bolsa-da, üwemek we jylalamak ýaly arka tarapdaky prosesler henizem päsgelçiliklere duçar bolýar, bu bolsa pes hasyllylyga getirýär (diňe 40–50%).

Uly waferler has çylşyrymly basyş paýlanyşyny başdan geçirýärler, bu bolsa jylawlama stresini we hasylyň yzygiderliligini dolandyrmagyň kynçylygyny artdyrýar.

8 dýuýmlyk waferleriň galyňlygy 6 dýuýmlyk waferleriň galyňlygyna golaýlaşsa-da, olar ulanylanda stres we egrilik sebäpli zaýalanmaga has meýilli.

Kesmek bilen baglanyşykly stres, döwülme we çatlamany azaltmak üçin lazer bilen kesmek barha köp ulanylýar. Şeýle-de bolsa:

Uzyn tolkunly lazerler termal zyýan ýetirýär.

Gysga tolkunly lazerler agyr galyndylary döredýär we zyýan gatlagyny çuňlaşdyrýar, bu bolsa jylaňmagyň çylşyrymlylygyny artdyrýar.

SiC üçin mehaniki jylaňlama iş akymy

Umumy proses akymyna aşakdakylar girýär:

Ugur kesiş

Gödek üwemek

Inçe üwemek

Mehaniki jylaňlama

Himiki mehaniki jilalama (CMP) soňky ädim hökmünde

CMP usulyny saýlamak, proses ýolunyň dizaýny we parametrleri optimizirlemek örän möhümdir. Ýarymgeçirijiler önümçiliginde CMP ýokary hilli epitaksial ösüş üçin möhüm bolan örän tekiz, kemçiliksiz we zyýansyz ýüzli SiC plastinkalaryny öndürmek üçin kesgitleýji ädimdir.

(a) SiC külçesini tigelden çykaryň;

(b) Daşky diametrli üwemek arkaly başlangyç şekillendirmäni ýerine ýetiriň;

(c) Kristallyň ugruny deňleşdiriş tekizlikleri ýa-da oýuklary ulanyp kesgitleň;

(d) Köp simli arra ulanyp, külçäni inçe waferlere bölüň;

(e) Öwütmek we jylamak tapgyrlary arkaly aýna ýaly ýüz tekizligine ýetmek.

Gaýtadan işlemegiň birnäçe ädimlerini tamamlandan soň, SiC plastinkasynyň daşky gyrasy köplenç ýiti bolýar, bu bolsa ulanylanda ýa-da ulanylanda döwülme howpuny artdyrýar. Şeýle döwülmeleriň öňüni almak üçin gyralary üwemek gerek bolýar.

Adaty dilimleme proseslerinden başga-da, SiC waflilerini taýýarlamak üçin innowasion usul birikdirme tehnologiýasyny öz içine alýar. Bu usul inçe SiC monokristal gatlagyny dürli substrata (daýanç substrat) birikdirip, wafli öndürmäge mümkinçilik berýär.

3-nji surat prosesiň akymyny görkezýär:

Ilki bilen, SiC monokristalynyň ýüzünde wodorod ion implantasiýa ýa-da şuňa meňzeş usullar arkaly belli bir çuňlukda delaminasiýa gatlagy emele gelýär. Soňra işlenen SiC monokristal tekiz daýanç substrata birikdirilýär we basyşa we gyzgynlyga sezewar edilýär. Bu bolsa SiC monokristal gatlagynyň daýanç substrata üstünlikli geçirilmegine we bölünmegine mümkinçilik berýär.

Bölünen SiC gatlagy zerur bolan tekizlige ýetmek üçin ýüzleý işlenýär we soňraky birikdirme proseslerinde gaýtadan ulanylyp bilner. SiC kristallarynyň däp bolan dilimlenmegi bilen deňeşdirilende, bu usul gymmat materiallara bolan islegi azaldýar. Tehniki kynçylyklar dowam etse-de, arzan bahadan wafer öndürmek üçin ylmy-barlag işleri we işläp taýýarlamalar işjeň ösdürilýär.

SiC-niň ýokary gatylygy we himiki durnuklylygy göz öňünde tutulanda, bu bolsa ony otagyň temperaturasynda reaksiýalara çydamly edýär, şonuň üçin inçe üwelen çukurlary aýyrmak, ýüzdäki zeperleri azaltmak, dyrnaklary, çukurlary we apelsin gabygynyň kemçiliklerini aradan aýyrmak, ýüziň gödekligini azaltmak, tekizligini gowulandyrmak we ýüziň hilini ýokarlandyrmak üçin mehaniki jylamak gerek.

Ýokary hilli jilolanan ýüzi gazanmak üçin aşakdakylar zerurdyr:

Aşındyryjy görnüşlerini sazlaň,

Bölejikleriň ululygyny kiçelt,

Proses parametrlerini optimizirlemek,

Ýeterlik berklikdäki jylawlaýjy materiallary we ýastykçalary saýlaň.

7-nji suratda 1 μm abraziwler bilen iki taraplaýyn jylamak 10 μm içinde tekizligiň we galyňlygyň üýtgemegini dolandyryp bilýändigi we ýüziň gödekligini takmynan 0,25 nm-e çenli azaldyp bilýändigi görkezilýär.

3.2 Himiki mehaniki jylaňlama (CMP)

Himiki mehaniki jylamak (HMJ) işlenýän materialda tekiz, tekiz ýüz emele getirmek üçin ultra inçe bölejikleriň aşynmagyny himiki aşynmak bilen utgaşdyrýar. Esasy prinsip:

Jilalaýjy şlam bilen waferiň ýüzüniň arasynda himiki reaksiýa bolup, ýumşak gatlak emele getirýär.

Aşyndyryjy bölejikler bilen ýumşak gatlagyň arasyndaky sürtülme materialy aýyrýar.

CMP-niň artykmaçlyklary:

Diňe mehaniki ýa-da himiki jylaňlamanyň kemçiliklerini ýeňip geçýär,

Global we ýerli planarizasiýany gazanýar,

Ýokary tekizlik we pes gödeklikli ýüzleri öndürýär,

Ýeriň ýa-da ýerasty zeper galdyrmaýar.

Jikme-jik:

Plastinka basyş astynda jylawlaýjy ýassykça görä hereket edýär.

Şlamdaky nanometr ölçegli abraziwler (meselem, SiO₂) kesmäge, Si-C kowalent baglanyşyklaryny gowşatmaga we materiallaryň aýrylmagyny güýçlendirmäge gatnaşýar.

CMP usullarynyň görnüşleri:

Erkin aşyndyryjy jylaňlama: Aşyndyryjylar (meselem, SiO₂) suspenziýada asylýar. Materialyň aýrylmagy üç göwrümli aşynma (wafer-pad-abraziw) arkaly amala aşyrylýar. Birmeňzeşligi gowulandyrmak üçin aşyndyryjynyň ululygy (adatça 60–200 nm), pH we temperatura takyk gözegçilikde saklanmalydyr.

Beslenen abraziw jilalama: Aşgarlaýjy maddalar aglomerasiýanyň öňüni almak üçin jilalama ýassygynyň içine ýerleşdirilýär - bu bolsa ýokary takyklykly işläp bejermek üçin ajaýypdyr.

Jilalamadan soňky arassalamak:

Jyllalanan waferler aşakdakylara sezewar bolýar:

Himiki arassalamak (DI suwuny we şlam galyndylaryny aýyrmak bilen birlikde),

DI suw bilen çaýkamak we

Gyzgyn azot guradyş

ýerüsti hapalanmalary azaltmak üçin.

Ýüzleýiş hili we iş görkezijisi

Ýarymgeçiriji epitaksiýa talaplaryna laýyk gelýän ýüziň bükülmesini Ra < 0.3 nm çenli azaltmak mümkin.

Ählumumy tekizleşdirme: Himiki ýumşatma we mehaniki aýyrmagyň utgaşmasy çyzyklary we deň däl aşynmalary azaldýar, arassa mehaniki ýa-da himiki usullardan has gowy netije berýär.

Ýokary netijelilik: SiC ýaly gaty we döwülýän materiallar üçin amatly, materiallary aýyrmak tizligi sagatda 200 nm-den ýokary.

Beýleki täze jilalaýyş usullary

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

Elektrokimiki jylamak, katalizator kömegi bilen jylamak ýa-da aşındyrmak we

Tribohimiki jylamak.

Şeýle-de bolsa, bu usullar henizem ylmy-barlag tapgyrynda we SiC-niň kyn material häsiýetleri sebäpli haýal ösdi.

Ahyrsoňy, SiC işläp bejermek, ýüziň hilini gowulandyrmak üçin buruşmagy we gödekligi azaltmagyň tapgyrlaýyn prosesidir, bu ýerde tekizlik we gödekligi gözegçilik etmek her tapgyrda möhümdir.

Gaýtadan işlemek tehnologiýasy

Plastinany üwemek tapgyrynda, wafri gerek bolan tekizlige we ýüzüniň gödekligine çenli üwemek üçin dürli bölejik ölçegli almaz şlamy ulanylýar. Mundan soň, zyýansyz jylanan kremniý karbidi (SiC) wafrilerini öndürmek üçin mehaniki we himiki mehaniki jylamak (CMP) usullaryny ulanyp, jylamak işleri geçirilýär.

Jilalanandan soň, SiC waferleri ähli tehniki parametrleriň talap edilýän standartlara laýyk gelýändigine göz ýetirmek üçin optiki mikroskoplar we rentgen difraktometrleri ýaly gurallar arkaly berk hil barlagyndan geçýär. Ahyrsoňy, jilalanan waferler ýüzdäki hapaçylyklary aýyrmak üçin ýöriteleşdirilen arassalaýjy serişdeler we ultra arassa suw arkaly arassalanýar. Soňra olar ultra ýokary arassa azot gazy we aýlaw guradyjylar arkaly guradylýar we tutuş önümçilik prosesi tamamlanýar.

Köp ýyllaryň dowamynda tagalla edilenden soň, Hytaýyň içinde SiC monokristallaryny gaýtadan işlemekde uly öňegidişlikler gazanyldy. Ýurduň içinde 100 mm lehimli ýarym izolýasiýaly 4H-SiC monokristallary üstünlikli işlenip düzüldi we indi n-tipli 4H-SiC we 6H-SiC monokristallary tapgyrlaýyn öndürilip bilner. TankeBlue we TYST ýaly kompaniýalar eýýäm 150 mm SiC monokristallaryny işläp düzdüler.

SiC wafli gaýtadan işlemek tehnologiýasy babatda ýerli edaralar kristallary dilimlemek, üwemek we jylalamak üçin proses şertlerini we ýollaryny deslapky öwrendiler. Olar, esasan, enjam öndürmek üçin talaplara laýyk gelýän nusgalary öndürmäge ukyplydyrlar. Şeýle-de bolsa, halkara standartlary bilen deňeşdirilende, ýerli waflileriň ýüzleý gaýtadan işlemegiň hili henizem ep-esli yza galýar. Birnäçe mesele bar:

Halkara SiC teoriýalary we gaýtadan işlemek tehnologiýalary berk goralýar we olara elýeterli bolmak aňsat däl.

Prosesleri kämilleşdirmek we optimizirlemek üçin nazary barlaglaryň we goldawyň ýetmezçiligi bar.

Daşary ýurt enjamlaryny we böleklerini import etmegiň bahasy ýokary.

Enjamlaryň dizaýny, işleme takyklygy we materiallar boýunça ýerli barlaglar halkara derejeleri bilen deňeşdirilende uly tapawutlary görkezýär.

Häzirki wagtda Hytaýda ulanylýan ýokary takyklykly gurallaryň köpüsi daşary ýurtlardan getirilýär. Synag enjamlary we usullary hem has-da kämilleşdirilmegi talap edýär.

Üçünji nesil ýarymgeçirijileriň dowamly ösüşi bilen, SiC monokristal substratlarynyň diametri yzygiderli artýar, şeýle hem ýüzleý işlemegiň hiline ýokary talaplar goýulýar. Plastinkany gaýtadan işlemek tehnologiýasy SiC monokristallarynyň ösmeginden soň tehniki taýdan iň kyn ädimleriň birine öwrüldi.

Gaýtadan işlemekde bar bolan kynçylyklary çözmek üçin, kesmek, üwemek we jylalamak bilen baglanyşykly mehanizmleri has çuňňur öwrenmek, şeýle hem SiC wafer öndürmek üçin amatly proses usullaryny we ugurlaryny öwrenmek möhümdir. Şol bir wagtyň özünde, ýokary hilli substratlary öndürmek üçin öňdebaryjy halkara gaýtadan işlemek tehnologiýalaryndan öwrenmek we iň täze ultra takyk işleme usullaryny we enjamlaryny ornaşdyrmak zerurdyr.

Plastinkanyň ölçegleri ulaldygyça, kristallaryň ösmeginiň we gaýtadan işlemeginiň kynçylygy hem artýar. Şeýle-de bolsa, aşaky akymdaky enjamlaryň önümçilik netijeliligi ep-esli ýokarlanýar we birligiň bahasy azalýar. Häzirki wagtda dünýä derejesinde esasy SiC plastina üpjün edijileri diametri 4 dýuýmdan 6 dýuýma çenli önümleri hödürleýärler. Cree we II-VI ýaly öňdebaryjy kompaniýalar eýýäm 8 dýuýmlyk SiC plastina önümçilik liniýalaryny işläp düzmegi meýilleşdirmäge başladylar.