Den aktuellen Zoustand an d'Trends vun der SiC-Waferveraarbechtungstechnologie

Als Hallefleeder-Substratmaterial vun der drëtter Generatioun,Siliziumkarbid (SiC)Eenzelkristaller hunn breet Uwendungsperspektiven an der Fabrikatioun vun Héichfrequenz- an Héichleistungselektroneschen Apparater. D'Veraarbechtungstechnologie vu SiC spillt eng entscheedend Roll bei der Produktioun vu qualitativ héichwäertege Substratmaterialien. Dësen Artikel stellt den aktuellen Zoustand vun der Fuerschung iwwer SiC-Veraarbechtungstechnologien souwuel a China wéi och am Ausland vir, analyséiert a vergläicht d'Mechanismen vu Schneid-, Schleif- a Polierprozesser, souwéi d'Trends an der Waferflaachheet an der Uewerflächenrauheet. Et weist och op déi existent Erausfuerderungen an der SiC-Waferveraarbechtung hin an diskutéiert zukünfteg Entwécklungsrichtungen.

Siliziumkarbid (SiC)Wafere si wichteg Grondmaterialien fir Hallefleederkomponenten vun der drëtter Generatioun a si bedeitend wichteg a Maartpotenzial a Beräicher wéi Mikroelektronik, Leeschtungselektronik a Hallefleederbeliichtung. Wéinst der extrem héijer Häert a chemescher Stabilitéit vunSiC Eenzelkristaller, traditionell Halbleiterveraarbechtungsmethoden sinn net ganz gëeegent fir hir Bearbechtung. Obwuel vill international Firmen extensiv Fuerschung iwwer déi technesch usprochsvoll Veraarbechtung vu SiC-Eenkristaller duerchgefouert hunn, ginn déi relevant Technologien strikt vertraulech behandelt.

An de leschte Joren huet China sech méi staark fir d'Entwécklung vu SiC-Eenkristallmaterialien an -bauelementer agesat. De Fortschrëtt vun der SiC-Basistechnologie am Land ass awer de Moment duerch Aschränkungen an den Veraarbechtungstechnologien an der Waferqualitéit ageschränkt. Dofir ass et essentiell fir China, d'SiC-Veraarbechtungskapazitéiten ze verbesseren, fir d'Qualitéit vun de SiC-Eenkristallsubstrater ze verbesseren an hir praktesch Uwendung a Masseproduktioun z'erreechen.

Déi wichtegst Veraarbechtungsschrëtt sinn: Schnëtt → Grobschleifen → Feinschleifen → Grobpoléieren (mechanescht Poléieren) → Feinpoléieren (chemesch-mechanescht Poléieren, CMP) → Inspektioun.

Schneiden vun SiC-Eenzelkristaller

An der Veraarbechtung vunSiC Eenzelkristaller, d'Schneiden ass den éischten a ganz wichtege Schrëtt. D'Béi, d'Verzerrung an d'Gesamtdickenvariatioun (TTV) vum Wafer, déi duerch de Schneidprozess resultéieren, bestëmmen d'Qualitéit an d'Effektivitéit vun de spéideren Schleif- a Polieroperatiounen.

Schneidinstrumenter kënnen no Form an Diamant-Säge mat bannenzegen Duerchmiesser (ID), Säge mat baussenzegen Duerchmiesser (OD), Bandsäge an Drotsäge kategoriséiert ginn. Drotsäge kënnen hirersäits no hirem Bewegungstyp a Réckgängeg an endlos (Loop-) Drotsystemer klasséiert ginn. Baséierend op dem Schnëttmechanismus vum Schleifmëttel kënnen d'Drotsäge-Scheitechniken an zwou Zorten opgedeelt ginn: fräi Schleifdrotsäge an Diamant-Drotsäge mat fixem Schleifmëttel.

1.1 Traditionell Schnëttmethoden

D'Schnëttdéift vu Säge mat äusseren Duerchmiesser (OD) ass vum Duerchmiesser vun der Klingen limitéiert. Wärend dem Schnëttprozess ass d'Kling ufälleg fir Vibratiounen an Ofwäichungen, wat zu héije Geräischer a schlechter Steifheet féiert. Säge mat banneschten Duerchmiesser (ID) benotzen Diamant-Abrasiven um banneschten Ëmfang vun der Kling als Schneidkant. Dës Säge kënne bis zu 0,2 mm dënn sinn. Beim Schnëtten rotéiert d'ID-Kling mat héijer Geschwindegkeet, während d'Material, dat geschnidden soll ginn, sech radial relativ zum Zentrum vun der Kling beweegt, wouduerch d'Schnëtt duerch dës relativ Bewegung erreecht gëtt.

Diamant-Bandsäge brauchen dacks Stopp a Réckgäng, an d'Schnëttgeschwindegkeet ass ganz niddreg - typescherweis net méi wéi 2 m/s. Si leiden och ënner bedeitende mechanesche Verschleiss an héijen Ënnerhaltskäschten. Wéinst der Breet vun der Sägeblatt kann de Schnëttradius net ze kleng sinn, a Méischnëttschneiden ass net méiglech. Dës traditionell Sägebühren sinn duerch d'Steifheet vun der Basis limitéiert a kënnen keng gebéit Schnëtt maachen oder hunn limitéiert Wenderadiusen. Si kënnen nëmme riichte Schnëtt maachen, produzéieren breet Spueren, hunn eng niddreg Ausbezuelungsquote a sinn dofir net gëeegent fir ze schneiden.SiC-Kristaller.

1.2 Gratis Schleifdrahtsäge Multi-Drot Schneiden

D'Schneidtechnik mat fräiem abrasivem Drotsäge benotzt déi séier Bewegung vum Drot, fir Schlamm an d'Schnëtt ze transportéieren, wat d'Materialentfernung erméiglecht. Si benotzt haaptsächlech eng hin- a zréckgedriwwe Struktur an ass de Moment eng ausgereift a wäit verbreet Method fir effizient Multi-Wafer-Schneiden vun Eenkristallsilizium. Seng Uwendung beim SiC-Schneiden ass awer manner extensiv ënnersicht ginn.

Fräi Schleifdrahtsäge kënne Wafer mat enger Déckt vu manner wéi 300 μm veraarbechten. Si bidden e niddrege Schnëttverloscht, verursaache selten Ofsplitterungen a resultéieren an enger relativ gudder Uewerflächenqualitéit. Wéinst dem Materialentfernungsmechanismus - baséiert op dem Walzen an der Indentatioun vun den Abrasiven - tendéiert d'Waferuewerfläch awer zu bedeitender Reschtspannung, Mikrorëss a méi déif Schiedsschichten. Dëst féiert zu Waferverformung, mécht et schwéier d'Genauegkeet vum Uewerflächenprofil ze kontrolléieren an erhéicht d'Belaaschtung vun de spéideren Veraarbechtungsschritte.

D'Schnëttleistung gëtt staark vum Schlamm beaflosst; et ass néideg, d'Schärft vun den Abrasiven an d'Konzentratioun vum Schlamm z'erhalen. D'Schlammbehandlung an d'Recycling si deier. Beim Schneiden vu grousse Barren hunn Abrasiven Schwieregkeeten, déif a laang Spalten anzedringen. Ënner der selwechter Abrasivekärgréisst ass de Spaltverloscht méi grouss wéi dee vun Drotsägen mat festem Schleifmëttel.

1.3 Fest Schleifmaschinn Diamant Drot See Multi-Drot Schneiden

Fest abrasive Diamant-Drotsäge ginn typescherweis hiergestallt andeems Diamantpartikelen op e Stahldrotsubstrat duerch Galvaniséierung, Sinterung oder Harzbindungsmethoden agebett ginn. Galvaniséiert Diamant-Drotsäge bidden Virdeeler wéi méi schmuel Schnëtt, besser Schnëttqualitéit, méi héich Effizienz, manner Kontaminatioun an d'Fäegkeet fir Materialien mat héijer Härte ze schneiden.

Déi galvaniséiert Diamant-Drotsäg mat Hin- a Réckgäng ass de Moment déi am meeschte verbreet Method fir SiC ze schneiden. Figur 1 (hei net gewisen) illustréiert d'Uewerflächenflaachheet vu SiC-Wafers, déi mat dëser Technik geschnidden ginn. Mam Schnëtt klëmmt d'Waferverformung. Dëst läit dorun, datt d'Kontaktfläch tëscht dem Drot an dem Material zouhëlt, wa sech den Drot no ënnen beweegt, wouduerch de Widderstand an d'Drotvibratioun eropgoen. Wann den Drot den maximalen Duerchmiesser vum Wafer erreecht, ass d'Vibratioun op hirem Héichpunkt, wat zu enger maximaler Verformung féiert.

An de spéidere Phasen vum Schnëtt, wéinst der Beschleunigung, der Bewegung mat stabiler Geschwindegkeet, der Verzögerung, dem Stoppen an der Ëmkéier vum Drot, zesumme mat Schwieregkeeten fir Dreck mam Killmëttel ze entfernen, verschlechtert sech d'Uewerflächenqualitéit vum Wafer. Drotëmkéier a Geschwindegkeetsschwankungen, souwéi grouss Diamantpartikelen um Drot, sinn déi Haaptursaache fir Uewerflächenkratzer.

1.4 Kalt Trennungstechnologie

D'Kaltrennung vu SiC-Eenkristaller ass en innovativen Prozess am Beräich vun der Veraarbechtung vu Hallefleedermaterial vun der drëtter Generatioun. An de leschte Joren huet se vill Opmierksamkeet op sech gezunn wéinst senge bemierkenswäerte Virdeeler bei der Verbesserung vum Rendement an der Reduktioun vum Materialverloscht. D'Technologie kann aus dräi Aspekter analyséiert ginn: Funktionsprinzip, Prozessoflaf a Kärvirdeeler.

Bestëmmung vun der Kristallorientéierung a Schleifen vum äusseren Duerchmiesser: Virun der Veraarbechtung muss d'Kristallorientéierung vum SiC-Barr bestëmmt ginn. De Barr gëtt dann duerch Schleifen vum äusseren Duerchmiesser zu enger zylindrescher Struktur (allgemeng SiC-Puck genannt) geformt. Dëse Schrëtt leet d'Grondlag fir dat spéidert direktionalt Schneiden a Scheiwen.

Méifach Drotschneiden: Dës Method benotzt abrasiv Partikelen a Kombinatioun mat Schneiddrot fir den zylindresche Barren ze schneiden. Si leid awer ënner bedeitende Schnëttverloscht a Problemer mat der Uewerflächenungläichheet.

Laserschneidtechnologie: E Laser gëtt benotzt fir eng modifizéiert Schicht am Kristall ze bilden, vun där dënn Scheiwen ofgetrennt kënne ginn. Dës Method reduzéiert de Materialverloscht a verbessert d'Veraarbechtungseffizienz, wat et zu enger villverspriechender neier Richtung fir de SiC-Waferschneiden mécht.

Optimiséierung vum Schneidprozess

Fix Schleifmëttel mat ville Dréit: Dëst ass de Moment déi allgemeng Technologie, gutt geegent fir déi héich Härtheetseigenschaften vu SiC.

Elektresch Entladungsbearbechtung (EDM) a Kaltseparatiounstechnologie: Dës Methode bidden diversifizéiert Léisungen, déi op spezifesch Ufuerderungen zougeschnidden sinn.

Polierprozess: Et ass essentiell, d'Materialabsorptiounsquote an d'Uewerflächeschued auszegläichen. Chemesch-mechanesch Polieren (CMP) gëtt benotzt fir d'Uewerflächenuniformitéit ze verbesseren.

Echtzäit-Iwwerwaachung: Online-Inspektiounstechnologien ginn agefouert fir d'Uewerflächenrauheet a Echtzäit ze iwwerwaachen.

Laserschneiden: Dës Technik reduzéiert de Verloscht vum Schnëtt a verkierzt d'Veraarbechtungszyklen, obwuel déi thermesch betraff Zon eng Erausfuerderung bleift.

Hybrid Veraarbechtungstechnologien: D'Kombinatioun vu mechaneschen a chemesche Methoden erhéicht d'Veraarbechtungseffizienz.

Dës Technologie huet schonn industriell Uwendungen erreecht. Infineon, zum Beispill, huet SILTECTRA iwwerholl an huet elo Kärpatenter, déi d'Masseproduktioun vun 8-Zoll-Waferen ënnerstëtzen. A China hunn Firmen wéi Delong Laser eng Ausgabeeffizienz vun 30 Wafer pro Barre fir d'Veraarbechtung vu 6-Zoll-Waferen erreecht, wat eng Verbesserung vu 40% géintiwwer traditionelle Methoden entsprécht.

Well d'Produktioun vun Haushaltsapparater sech beschleunegt, gëtt erwaart, datt dës Technologie déi Mainstream-Léisung fir d'Veraarbechtung vu SiC-Substrater gëtt. Mat dem zouhuelenden Duerchmiesser vun Hallefleitmaterialien sinn traditionell Schnëttmethoden obsolet ginn. Ënnert den aktuellen Optiounen weist d'Hin- a Réckgängeg-Diamant-Drotsägetechnologie déi villverspriechendst Uwendungsperspektiven. Laserschneiden, als nei opkomende Technik, bitt bedeitend Virdeeler a gëtt erwaart, datt et an Zukunft déi primär Schnëttmethod gëtt.

2.SiC Eenzelkristallschleifen

Als Vertrieder vun den Hallefleeder vun der drëtter Generatioun bitt Siliziumkarbid (SiC) bedeitend Virdeeler wéinst senger breeder Bandlück, sengem héijen Duerchbrochselektresche Feld, senger héijer Sättigungselektronendriftgeschwindegkeet a senger exzellenter Wärmeleitfäegkeet. Dës Eegeschafte maachen SiC besonnesch virdeelhaft an Héichspannungsapplikatiounen (z.B. 1200V-Ëmfeld). D'Veraarbechtungstechnologie fir SiC-Substrater ass e fundamentale Bestanddeel vun der Fabrikatioun vun Apparater. D'Uewerflächenqualitéit an d'Prezisioun vum Substrat beaflossen direkt d'Qualitéit vun der epitaktischer Schicht an d'Leeschtung vum fäerdegen Apparat.

Den Haaptzweck vum Schleifprozess ass et, Sägebëss a Schiedsschichten op der Uewerfläch ze entfernen, déi beim Schneiden entstane sinn, an d'Deformatioun ze korrigéieren, déi duerch de Schnëttprozess verursaacht gëtt. Wéinst der extrem héijer Häert vu SiC erfuerdert d'Schleifen d'Benotzung vun haarde Schleifmëttel wéi Borcarbid oder Diamant. Konventionellt Schleifen gëtt typescherweis a Grobschleifen a Feinschleifen opgedeelt.

2.1 Grob- a Feinschleifen

Schleifen kann no der Gréisst vun de Schleifpartikelen agedeelt ginn:

Grobschleifen: Benotzt méi grouss Schleifmëttel haaptsächlech fir Sägespuren a Schiedsschichten ze entfernen, déi beim Schneiden entstane sinn, wat d'Veraarbechtungseffizienz verbessert.

Feinschleifen: Benotzt méi fein Schleifmëttel fir d'Schuedschicht ze entfernen, déi duerch grob Schleifen hannerlooss gouf, d'Uewerflächenrauheet ze reduzéieren an d'Uewerflächenqualitéit ze verbesseren.

Vill national SiC-Substrathersteller benotze grouss Produktiounsprozesser. Eng üblech Method besteet aus duebelsäitegem Schleifen mat enger Gossplack a monokristallinem Diamantschlamm. Dëse Prozess läscht effektiv d'Schiedsschicht, déi duerch d'Drotsägen entstanen ass, korrigéiert d'Waferform a reduzéiert den TTV (Total Thickness Variation), d'Béi an d'Verzerrung. D'Materialabsorptiounsquote ass stabil a erreecht typescherweis 0,8–1,2 μm/min. Déi resultéierend Waferuewerfläch ass awer matt mat enger relativ héijer Rauheet – typescherweis ongeféier 50 nm – wat méi héich Ufuerderungen un déi spéider Polierschrëtt stellt.

2.2 Eensäiteg Schleifen

Eensäiteg Schleifen veraarbecht nëmmen eng Säit vum Wafer gläichzäiteg. Wärend dësem Prozess gëtt de Wafer mat Wachs op eng Stahlplack montéiert. Ënnert ugewandtem Drock gëtt de Substrat liicht deforméiert, an d'Uewerfläch gëtt flaach gemaach. Nom Schleifen gëtt déi ënnescht Uewerfläch ausgeglach. Wann den Drock ewechgeholl gëtt, tendéiert déi iewescht Uewerfläch sech op hir ursprénglech Form zeréckzekréien, wat och déi scho geschliffen ënnescht Uewerfläch beaflosst - wouduerch béid Säiten sech verformen an hir Flaachheet ofbauen.

Ausserdeem kann d'Schleifplack a kuerzer Zäit konkav ginn, wouduerch de Wafer konvex gëtt. Fir d'Flaachheet vun der Plack ze erhalen, ass eng reegelméisseg Schleifung noutwendeg. Wéinst der gerénger Effizienz an der schlechter Waferflaachheet ass eng eenzeg Säit Schleifung net fir d'Masseproduktioun gëeegent.

Typesch gi Schleifrieder vun der Klass #8000 fir d'Feinschleifen benotzt. A Japan ass dëse Prozess relativ ausgereift a souguer #30000 Polierrieder ginn agesat. Dëst erlaabt et, datt d'Uewerflächenrauheet vun de veraarbechte Waferen ënner 2 nm kënnt, sou datt d'Wafere fir de leschte CMP (Chemical Mechanical Polishing) ouni weider Veraarbechtung prett sinn.

2.3 Eensäiteg Verdënnungstechnologie

Diamant-Eensäiteg-Ausdënnungstechnologie ass eng nei Method fir eenzel Säiten ze schleifen. Wéi an der Figur 5 illustréiert (net hei gewisen), benotzt de Prozess eng diamantgebonnen Schleifplack. De Wafer gëtt iwwer Vakuumadsorptioun fixéiert, während souwuel de Wafer wéi och d'Diamantschleifscheif gläichzäiteg dréien. D'Schleifscheif beweegt sech lues a lues no ënnen fir de Wafer op eng Zildicke ze verdënnen. Nodeems eng Säit fäerdeg ass, gëtt de Wafer ëmgedréint fir déi aner Säit ze veraarbechten.

Nom Verdënnen kann e Wafer vun 100 mm folgend erreechen:

Béi < 5 μm

TTV < 2 μm

Uewerflächenrauheet < 1 nm

Dës Eenzelwafer-Veraarbechtungsmethod bitt eng héich Stabilitéit, eng exzellent Konsistenz an eng héich Materialabnahmequote. Am Verglach zum konventionelle duebelsäitege Schleifen verbessert dës Technik d'Schleifeffizienz ëm iwwer 50%.

2.4 Duebelsäiteg Schleifen

Duebelsäiteg Schleifen benotzt souwuel eng iewescht wéi och eng ënnescht Schleifplack fir béid Säite vum Substrat gläichzäiteg ze schleifen, wat eng exzellent Uewerflächenqualitéit op béide Säiten garantéiert.

Wärend dem Prozess üben d'Schleifplacken als éischt Drock op déi héchst Punkte vum Werkstéck aus, wat zu enger Deformatioun an enger gradueller Materialentfernung op dëse Punkte féiert. Wann déi héich Punkte gläichméisseg ausgeglach ginn, gëtt den Drock um Substrat graduell méi gläichméisseg, wat zu enger konsequenter Deformatioun iwwer déi ganz Uewerfläch féiert. Dëst erlaabt et, souwuel déi iewescht wéi och déi ënnescht Uewerfläch gläichméisseg ze schleifen. Soubal d'Schleifen ofgeschloss ass an den Drock ofgeholl gëtt, erhëlt sech all Deel vum Substrat gläichméisseg duerch den gläiche Drock, deen en erlieft huet. Dëst féiert zu minimaler Verformung a gudder Flaachheet.

D'Uewerflächenrauheet vum Wafer nom Schleifen hänkt vun der Gréisst vun den abrasiven Partikelen of - méi kleng Partikelen ergëtt méi glat Uewerflächen. Wann 5 μm Schleifmëttel fir duebelsäiteg Schleifen benotzt ginn, kënnen d'Flaachheet an d'Décktvariatioun vum Wafer bannent 5 μm kontrolléiert ginn. Miessunge vun der Atomkraaftmikroskopie (AFM) weisen eng Uewerflächenrauheet (Rq) vu ronn 100 nm, mat Schleiflächer bis zu 380 nm déif a siichtbare lineare Spuere verursaacht duerch d'Abrasiounswierkung.

Eng méi fortgeschratt Method besteet aus engem duebelsäitege Schleifen mat Polyurethan-Schaumpads a Kombinatioun mat polykristalliner Diamantschlamm. Dëse Prozess produzéiert Waferen mat enger ganz gerénger Uewerflächenrauheet, déi e Ra < 3 nm erreechen, wat ganz virdeelhaft fir d'spéider Poléierung vu SiC-Substrater ass.

Wéi och ëmmer, bleift d'Kratzen op der Uewerfläch e Problem, dat net geléist gouf. Zousätzlech gëtt den polykristalline Diamant, deen an dësem Prozess benotzt gëtt, iwwer explosiv Synthese produzéiert, wat technesch usprochsvoll ass, kleng Quantitéiten erzielt an extrem deier ass.

Poléieren vun SiC-Eenzelkristaller

Fir eng héichqualitativ poléiert Uewerfläch op Siliziumkarbid (SiC)-Waferen z'erreechen, muss d'Poléierung Schleiflächer an Uewerflächenwellungen op Nanometerniveau komplett ewechhuelen. D'Zil ass et, eng glat, defektfräi Uewerfläch ouni Kontaminatioun oder Degradatioun, ouni Ënnerflächeschued a ouni Reschtoberflächenspannung ze produzéieren.

3.1 Mechanesch Poléierung a CMP vu SiC-Waferen

Nom Wuesstum vun engem SiC-Eenkristall-Barr verhënneren Uewerflächendefekter, datt en direkt fir epitaktesch Wuesstum benotzt ka ginn. Dofir ass eng weider Veraarbechtung noutwendeg. De Barr gëtt fir d'éischt duerch Ronnung an eng Standardzylindresch Form geformt, dann mat Drotschneiden a Wafer geschnidden, gefollegt vun enger kristallografescher Orientéierungsverifizéierung. D'Poléieren ass e wichtege Schrëtt fir d'Waferqualitéit ze verbesseren, potenziell Uewerflächeschued ze bekämpfen, déi duerch Kristallwuesstumsdefekter verursaacht ginn, an duerch virdru Veraarbechtungsschrëtt.

Et gi véier Haaptmethoden fir d'Entfernung vun Uewerflächeschuedschichten op SiC:

Mechanesch Poléierung: Einfach, awer loosst Kratzer; gëeegent fir den éischte Polierprozess.

Chemesch-mechanesch Polieren (CMP): Entfernt Kratzer duerch chemesch Ätzung; gëeegent fir Präzisiounspoléieren.

Waasserstoffätzen: Erfuerdert komplex Ausrüstung, déi dacks an HTCVD-Prozesser benotzt gëtt.

Plasma-assistéiert Polieren: Komplex a selten benotzt.

Eleng mechanescht Polieren tendéiert zu Kratzer ze féieren, während eleng chemescht Polieren zu enger ongläicher Ätzung féiere kann. CMP kombinéiert béid Virdeeler a bitt eng effizient a käschtegënschteg Léisung.

CMP-Aarbechtsprinzip

CMP funktionéiert andeems de Wafer ënner engem bestëmmten Drock géint e rotéierende Polierpad rotéiert gëtt. Dës relativ Bewegung, kombinéiert mat mechanescher Ofdreiwung duerch Nano-Schleifmëttel am Schlamm an der chemescher Wierkung vu reaktiven Agenten, erreecht eng Uewerflächenplanariséierung.

Schlësselmaterialien déi benotzt goufen:

Polierschlamm: Enthält Schleifmëttel a chemesch Reagenzien.

Polierschicht: Verschleisst sech beim Gebrauch, wouduerch d'Porengréisst an d'Schlammliwwerungseffizienz reduzéiert ginn. Reegelméisseg Polieren, typescherweis mat engem Diamantpoléierer, ass néideg fir d'Rauheet ze restauréieren.

Typesche CMP-Prozess

Schleifmëttel: 0,5 μm Diamantschläim

Zilflächenrauheet: ~0,7 nm

Chemesch-mechanesch Poléieren:

Poliergerät: AP-810 eenzeg Säiteg Poliermaschinn

Drock: 200 g/cm²

Plackengeschwindegkeet: 50 rpm

Keramikhaltergeschwindegkeet: 38 rpm

Zesummesetzung vum Schlamm:

SiO₂ (30 Gew.-%, pH = 10,15)

0–70 Gew.-% H₂O₂ (30 Gew.-%, Reagenzqualitéit)

Ajustéiert de pH-Wäert op 8,5 mat 5 Gew.-% KOH an 1 Gew.-% HNO₃.

Schlammduerchflussrate: 3 L/min, recirkuliert

Dëse Prozess verbessert d'Qualitéit vun SiC-Wafers effektiv a erfëllt d'Ufuerderunge fir Downstream-Prozesser.

Technesch Erausfuerderungen beim mechanesche Polieren

SiC, als Halbleiter mat breeder Bandlück, spillt eng wichteg Roll an der Elektronikindustrie. Mat exzellenten physikaleschen a chemeschen Eegeschafte si SiC-Eenkristaller fir extrem Ëmfeld gëeegent, wéi héich Temperaturen, héich Frequenz, héich Leeschtung a Stralungsbeständegkeet. Seng haart a brécheg Natur stellt awer grouss Erausfuerderunge beim Schleifen a Polieren duer.

Well féierend weltwäit Hiersteller vu 6-Zoll- op 8-Zoll-Waferen wiesselen, si Problemer wéi Rëssbildung a Waferschued während der Veraarbechtung ëmmer méi opfälleg ginn, wat d'Ausbezuelung däitlech beaflosst. D'Ugoen vun den techneschen Erausfuerderunge vun 8-Zoll-SiC-Substrater ass elo e wichtege Benchmark fir de Fortschrëtt vun der Industrie.

An der 8-Zoll-Ära steet d'SiC-Waferveraarbechtung virun enger Rei vun Erausfuerderungen:

Wafer-Skaléierung ass néideg fir d'Chip-Ausgab pro Batch ze erhéijen, de Kantenverloscht ze reduzéieren an d'Produktiounskäschten ze senken - besonnesch wéinst der steigender Nofro an Elektroauto-Applikatiounen.

Wärend de Wuesstum vun 8-Zoll SiC-Eenzelkristaller reifer ginn ass, hunn Backend-Prozesser wéi Schleifen a Polieren nach ëmmer Engpässe, wat zu niddrege Rendementer féiert (nëmmen 40–50%).

Gréisser Wafere erliewen méi komplex Drockverdeelungen, wat d'Schwieregkeet beim Gestioun vum Polierstress an der Konsistenz vum Austausch erhéicht.

Och wann d'Déckt vun 8-Zoll-Waferen där vun 6-Zoll-Waferen nobäi ass, si se méi ufälleg fir Schied beim Ëmgang duerch Stress a Verformung.

Fir d'Schneidspannung, d'Verformung an d'Rëssbildung ze reduzéieren, gëtt Laserschneiden ëmmer méi dacks benotzt. Wéi och ëmmer:

Laangwellelaser verursaachen thermesche Schued.

Kuerzwellelaser generéieren schwéiert Dreck a verdéiwen d'Schuedschicht, wouduerch d'Poléierungskomplexitéit erhéicht gëtt.

Mechanesch Polieraarbecht fir SiC

De generelle Prozessoflaf enthält:

Orientéierungsschneiden

Grob Schleifen

Fein Schleifen

Mechanesch Polierung

Chemesch-mechanesch Polieren (CMP) als leschte Schrëtt

D'Wiel vun der CMP-Method, den Design vum Prozesswee an d'Optimiséierung vun de Parameteren si wichteg. An der Hallefleederproduktioun ass CMP den entscheedende Schrëtt fir d'Produktioun vu SiC-Waferen mat ultra-glatten, defektfräien a beschiedegtfräien Uewerflächen, déi essentiell fir en héichwäertegt epitaktesch Wuesstum sinn.

(a) Huelt de SiC-Barr aus dem Tiegel eraus;

(b) Éischt Formung mat Hëllef vu Schleifen um baussenzegen Duerchmiesser duerchféieren;

(c) Bestëmmt d'Kristallorientéierung mat Hëllef vun Ausriichtungsflaache Linnen oder Kerben;

(d) De Barren mat Hëllef vun enger Méiddrotsäge a dënn Wafere schneiden;

(e) Eng spigelähnlech Uewerflächenglättung duerch Schleifen a Poléieren erreechen.

Nodeems d'Serie vu Veraarbechtungsschrëtt ofgeschloss ass, gëtt déi baussenzeg Kant vum SiC-Wafer dacks schaarf, wat de Risiko vum Ofsplitteren beim Ëmgang oder beim Gebrauch erhéicht. Fir sou eng Zerbriechlechkeet ze vermeiden, ass eng Kanteschleifung noutwendeg.

Nieft traditionelle Schneidprozesser gëtt et och eng innovativ Method fir d'Virbereedung vu SiC-Waferen, déi d'Bindungstechnologie benotzt. Dësen Usaz erméiglecht d'Waferfabrikatioun andeems eng dënn SiC-Eenkristallschicht un en heterogent Substrat (Ënnerstëtzungssubstrat) gebonnen gëtt.

Figur 3 illustréiert de Prozessoflaf:

Als éischt gëtt eng Delaminatiounsschicht an enger spezifizéierter Déift op der Uewerfläch vum SiC-Eenkristall iwwer Waasserstoffionenimplantatioun oder ähnlech Techniken geformt. Den veraarbechte SiC-Eenkristall gëtt dann un e flaacht Trägersubstrat gebonnen an Drock an Hëtzt ausgesat. Dëst erméiglecht en erfollegräichen Transfer an d'Trennung vun der SiC-Eenkristallschicht op dat Trägersubstrat.

Déi getrennt SiC-Schicht gëtt enger Uewerflächenbehandlung ënnerworf, fir déi erfuerderlech Flaachheet z'erreechen, a kann a spéideren Bindungsprozesser nei benotzt ginn. Am Verglach mam traditionellen Tëscheschneiden vu SiC-Kristaller reduzéiert dës Technik de Besoin fir deier Materialien. Och wann et nach ëmmer technesch Erausfuerderunge gëtt, gëtt et aktiv Fortschrëtter an der Fuerschung an Entwécklung, fir eng méi bëlleg Waferproduktioun z'erméiglechen.

Wéinst der héijer Häert a chemescher Stabilitéit vu SiC – déi et resistent géint Reaktiounen bei Raumtemperatur maachen – ass mechanescht Polieren noutwendeg fir fein Schleiflächer ze entfernen, Uewerflächeschädigung ze reduzéieren, Kratzer, Lächer an Orangenschueldefekter ze eliminéieren, d'Uewerflächenrauhheet ze reduzéieren, d'Flaachheet ze verbesseren an d'Uewerflächenqualitéit ze verbesseren.

Fir eng héichqualitativ poléiert Uewerfläch ze kréien, ass et néideg:

Schleifmëtteltypen upassen,

Reduzéiert d'Partikelgréisst,

Prozessparameter optimiséieren,

Wielt Poliermaterialien a Schleifpads mat ausreechender Häert.

Figur 7 weist, datt duebelsäiteg Polieren mat 1 μm Schleifmëttel d'Flaachheet an d'Décktvariatioun bannent 10 μm kontrolléiere kann, an d'Uewerflächenrauheet op ongeféier 0,25 nm reduzéieren kann.

3.2 Chemesch-mechanesch Poléieren (CMP)

Chemesch-mechanesch Polieren (CMP) kombinéiert d'Abrasioun vun ultrafeinen Partikelen mat chemescher Ätzung, fir eng glat, planar Uewerfläch um Material ze bilden, dat veraarbecht gëtt. De Grondprinzip ass:

Eng chemesch Reaktioun geschitt tëscht dem Polierschlamm an der Waferuewerfläch, wouduerch eng mëll Schicht entsteet.

Reibung tëscht den abrasiven Partikelen an der mëller Schicht läscht d'Material ewech.

Virdeeler vum CMP:

Iwwerwënnt d'Nodeeler vum reng mechaneschen oder chemesche Polieren,

Erreecht souwuel global wéi och lokal Planariséierung,

Erstellt Uewerflächen mat héijer Flaachheet a gerénger Rauheet,

Loosst keng Schied un der Uewerfläch oder dem Ënnergrond.

Am Detail:

De Wafer beweegt sech ënner Drock relativ zum Polierpad.

Nanometergrouss Schleifmëttel (z.B. SiO₂) am Schläim bedeelegen sech un der Schéierung, schwächen d'Si-C-kovalent Bindungen an verbesseren d'Materialentfernung.

Aarte vu CMP-Techniken:

Fräi Schleifpoléierung: Schleifmëttel (z.B. SiO₂) ginn am Schlamm suspendéiert. D'Materialentfernung geschitt duerch Dräikierperabrasioun (Wafer-Pad-Schleifmëttel). D'Schleifmëttelgréisst (typesch 60–200 nm), de pH-Wäert an d'Temperatur musse präzis kontrolléiert ginn, fir d'Uniformitéit ze verbesseren.

Fix Schleifpoléierung: Schleifmëttel sinn an de Polierpad agebett fir Agglomeratioun ze verhënneren - ideal fir héichpräzis Veraarbechtung.

Reinigung nom Poléieren:

Poléiert Wafere ginn duerch:

Chemesch Reinigung (inklusiv Entfernung vu DI-Waasser an Schlammrester),

Spullung mat DI-Waasser, an

Dréchnen mat waarmem Stéckstoff

fir Uewerflächenverunreinigungen ze minimiséieren.

Uewerflächenqualitéit & Leeschtung

D'Uewerflächenrauheet kann op Ra < 0,3 nm reduzéiert ginn, wat d'Ufuerderunge vun der Hallefleeder-Epitaxie erfëllt.

Global Planariséierung: D'Kombinatioun vu chemescher Weichmachung an mechanescher Entfernung reduzéiert Kratzer an ongläichméisseg Ätzen, a schneit doduerch reng mechanesch oder chemesch Methoden besser of.

Héich Effizienz: Gëeegent fir haart a brécheg Materialien wéi SiC, mat Materialabnahmgeschwindegkeeten iwwer 200 nm/h.

Aner nei opkomende Poliertechniken

Nieft CMP goufen alternativ Methoden proposéiert, dorënner:

Elektrochemescht Polieren, Katalysator-assistéiert Polieren oder Ätzen, an

Tribochemesch Polierung.

Dës Methode sinn awer nach an der Fuerschungsstadium a si wéinst de schwieregen Materialeegeschafte vu SiC lues entwéckelt ginn.

Schlussendlech ass d'SiC-Veraarbechtung e graduelle Prozess fir Verformung a Rauheet ze reduzéieren, fir d'Uewerflächenqualitéit ze verbesseren, wou d'Kontroll vun der Flaachheet an der Rauheet a jiddwer Etapp entscheedend sinn.

Veraarbechtungstechnologie

Wärend der Wafer-Schleifphase gëtt Diamant-Schläif mat verschiddene Partikelgréissten benotzt fir de Wafer op déi gewënscht Flaachheet a Uewerflächenrauheet ze schleifen. Duerno gëtt et e Polierprozess, mat souwuel mechaneschen ewéi och chemesch-mechanesche Poliertechniken (CMP), fir beschiedegtfräi poléiert Siliziumkarbid (SiC)-Waferen ze produzéieren.

Nom Polieren ginn d'SiC-Waferen enger rigoréiser Qualitéitsinspektioun mat Instrumenter wéi optesche Mikroskopen a Röntgendiffraktometer ënnerworf, fir sécherzestellen, datt all technesch Parameter den erfuerderleche Standarden entspriechen. Schlussendlech ginn déi poléiert Waferen mat spezialiséierte Botzmëttelen an ultrareinem Waasser gebotzt, fir Uewerflächenverunreinigungen ze entfernen. Si ginn dann mat ultra-héichreinem Stéckstoffgas a Spinntrockner gedréchent, wouduerch de ganze Produktiounsprozess ofgeschloss ass.

No Jore vun Ustrengungen goufen a China bedeitend Fortschrëtter an der SiC-Eenkristallveraarbechtung gemaach. Am Inland goufen 100 mm dotiert halbisoléierend 4H-SiC-Eenkristaller erfollegräich entwéckelt, an n-Typ 4H-SiC- an 6H-SiC-Eenkristaller kënnen elo a Chargen produzéiert ginn. Firmen wéi TankeBlue an TYST hunn schonn 150 mm SiC-Eenkristaller entwéckelt.

Wat d'Technologie vun der SiC-Waferveraarbechtung ugeet, hunn déi national Institutiounen d'Veraarbechtungsbedingungen a Weeër fir Kristallschneiden, Schleifen a Poléieren virleefeg ënnersicht. Si si fäeg, Proben ze produzéieren, déi am Fong d'Ufuerderunge fir d'Produktioun vun Apparater erfëllen. Am Verglach mat internationale Standarden ass d'Uewerflächenveraarbechtungsqualitéit vun den nationale Waferen awer nach ëmmer däitlech hannendrun. Et gëtt e puer Problemer:

International SiC-Theorien a Veraarbechtungstechnologien si streng geschützt a net einfach zougänglech.

Et feelt u theoretescher Fuerschung an Ënnerstëtzung fir Prozessverbesserung an -Optimiséierung.

D'Käschte fir den Import vun auslänneschen Ausrüstung a Komponenten si héich.

Déi national Fuerschung iwwer Ausrüstungsdesign, Veraarbechtungspräzisioun a Materialien weist nach ëmmer bedeitend Lücken am Verglach zum internationale Niveau.

Aktuell ginn déi meescht héichpräzis Instrumenter, déi a China benotzt ginn, importéiert. Testausrüstung a Methodologien mussen och weider verbessert ginn.

Mat der weiderer Entwécklung vun Hallefleeder vun der drëtter Generatioun klëmmt den Duerchmiesser vun SiC-Eenkristallsubstrater stänneg, zesumme mat méi héijen Ufuerderungen un d'Qualitéit vun der Uewerflächenveraarbechtung. D'Waferveraarbechtungstechnologie ass no der SiC-Eenkristallwuesstem zu engem vun den technesch usprochsvollsten Schrëtt ginn.

Fir déi existent Erausfuerderungen an der Veraarbechtung unzegoen, ass et essentiell, d'Mechanismen, déi beim Schneiden, Schleifen a Polieren involvéiert sinn, weider ze studéieren, an déi passend Prozessmethoden a Weeër fir d'Produktioun vu SiC-Waferen z'entdecken. Gläichzäiteg ass et néideg, vun fortgeschrattenen internationalen Veraarbechtungstechnologien ze léieren an déi modernst Ultrapräzisiounsbearbechtungstechniken an Ausrüstung anzeféieren, fir héichwäerteg Substrater ze produzéieren.

Mat der Gréisst vun de Waferen, klëmmt och d'Schwieregkeet vum Kristallwuesstum an der Veraarbechtung. D'Produktiounseffizienz vun den Downstream-Apparater verbessert sech awer däitlech, an d'Eenheetskäschte gi reduzéiert. Am Moment bidden déi wichtegst SiC-Wafer-Liwweranten weltwäit Produkter mat engem Duerchmiesser vun 4 Zoll bis 6 Zoll un. Féierend Firmen wéi Cree an II-VI hunn schonn ugefaangen, d'Entwécklung vun 8-Zoll SiC-Wafer-Produktiounslinnen ze plangen.