Statws a Thueddiadau Cyfredol Technoleg Prosesu Wafer SiC

Fel deunydd swbstrad lled-ddargludyddion trydydd cenhedlaeth,carbid silicon (SiC)Mae gan grisial sengl ragolygon cymhwysiad eang wrth gynhyrchu dyfeisiau electronig amledd uchel a phŵer uchel. Mae technoleg prosesu SiC yn chwarae rhan bendant wrth gynhyrchu deunyddiau swbstrad o ansawdd uchel. Mae'r erthygl hon yn cyflwyno cyflwr ymchwil cyfredol ar dechnolegau prosesu SiC yn Tsieina a thramor, gan ddadansoddi a chymharu mecanweithiau prosesau torri, malu a sgleinio, yn ogystal â'r tueddiadau mewn gwastadrwydd waffer a garwedd arwyneb. Mae hefyd yn tynnu sylw at yr heriau presennol wrth brosesu waffer SiC ac yn trafod cyfeiriadau datblygu yn y dyfodol.

Silicon carbid (SiC)Mae wafers yn ddeunyddiau sylfaenol hanfodol ar gyfer dyfeisiau lled-ddargludyddion trydydd cenhedlaeth ac mae ganddynt bwysigrwydd sylweddol a photensial marchnad mewn meysydd fel microelectroneg, electroneg pŵer, a goleuadau lled-ddargludyddion. Oherwydd caledwch uchel iawn a sefydlogrwydd cemegolCrisialau sengl SiC, nid yw dulliau prosesu lled-ddargludyddion traddodiadol yn gwbl addas ar gyfer eu peiriannu. Er bod llawer o gwmnïau rhyngwladol wedi cynnal ymchwil helaeth ar brosesu crisialau sengl SiC sy'n dechnegol heriol, cedwir technolegau perthnasol yn gwbl gyfrinachol.

Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae Tsieina wedi cynyddu ymdrechion i ddatblygu deunyddiau a dyfeisiau grisial sengl SiC. Fodd bynnag, mae datblygiad technoleg dyfeisiau SiC yn y wlad ar hyn o bryd wedi'i gyfyngu gan gyfyngiadau mewn technolegau prosesu ac ansawdd wafferi. Felly, mae'n hanfodol i Tsieina wella galluoedd prosesu SiC i wella ansawdd swbstradau grisial sengl SiC a chyflawni eu cymhwysiad ymarferol a'u cynhyrchu màs.

Mae'r prif gamau prosesu yn cynnwys: torri → malu bras → malu mân → caboli garw (caboli mecanyddol) → caboli mân (caboli mecanyddol cemegol, CMP) → archwilio.

Torri Crisialau Sengl SiC

Wrth brosesuCrisialau sengl SiC, torri yw'r cam cyntaf ac un hynod hanfodol. Mae bwa, ystof, ac amrywiad trwch cyfan (TTV) y wafer sy'n deillio o'r broses dorri yn pennu ansawdd ac effeithiolrwydd y gweithrediadau malu a sgleinio dilynol.

Gellir categoreiddio offer torri yn ôl siâp yn llifiau diamedr mewnol (ID) diemwnt, llifiau diamedr allanol (OD), llifiau band, a llifiau gwifren. Gellir dosbarthu llifiau gwifren, yn eu tro, yn ôl eu math o symudiad yn systemau gwifren cilyddol a dolennog (diddiwedd). Yn seiliedig ar fecanwaith torri'r sgraffinydd, gellir rhannu technegau sleisio llif gwifren yn ddau fath: llifio gwifren sgraffiniol rhydd a llifio gwifren diemwnt sgraffiniol sefydlog.

1.1 Dulliau Torri Traddodiadol

Mae dyfnder torri llifiau diamedr allanol (OD) wedi'i gyfyngu gan ddiamedr y llafn. Yn ystod y broses dorri, mae'r llafn yn dueddol o ddirgryniad a gwyriad, gan arwain at lefelau sŵn uchel ac anhyblygedd gwael. Mae llifiau diamedr mewnol (ID) yn defnyddio sgraffinyddion diemwnt ar gylchedd mewnol y llafn fel yr ymyl torri. Gall y llafnau hyn fod mor denau â 0.2 mm. Yn ystod sleisio, mae'r llafn ID yn cylchdroi ar gyflymder uchel tra bod y deunydd i'w dorri'n symud yn rheiddiol o'i gymharu â chanol y llafn, gan gyflawni sleisio trwy'r symudiad cymharol hwn.

Mae angen stopio a gwrthdroi llifiau band diemwnt yn aml, ac mae'r cyflymder torri yn isel iawn—fel arfer heb fod yn fwy na 2 m/s. Maent hefyd yn dioddef o draul mecanyddol sylweddol a chostau cynnal a chadw uchel. Oherwydd lled y llafn llifio, ni all y radiws torri fod yn rhy fach, ac nid yw torri aml-sleisio'n bosibl. Mae'r offer llifio traddodiadol hyn wedi'u cyfyngu gan anhyblygedd y sylfaen ac ni allant wneud toriadau crwm nac mae ganddynt radiws troi cyfyngedig. Dim ond toriadau syth y maent yn gallu eu gwneud, maent yn cynhyrchu cerfiau llydan, mae ganddynt gyfradd cynnyrch isel, ac felly maent yn anaddas ar gyfer torri.Crisialau SiC.

1.2 Torri Aml-Wire Llif Gwifren Sgraffiniol Am Ddim

Mae'r dechneg sleisio llif gwifren sgraffiniol rhydd yn defnyddio symudiad cyflym y wifren i gario slyri i'r cerf, gan alluogi tynnu deunydd. Mae'n bennaf yn defnyddio strwythur cilyddol ac ar hyn o bryd mae'n ddull aeddfed a ddefnyddir yn helaeth ar gyfer torri aml-wafer effeithlon o silicon un grisial. Fodd bynnag, nid yw ei gymhwysiad mewn torri SiC wedi'i astudio cymaint yn helaeth.

Gall llifiau gwifren sgraffiniol rhydd brosesu wafferi â thrwch o lai na 300 μm. Maent yn cynnig colled gerf isel, anaml y maent yn achosi naddu, ac yn arwain at ansawdd arwyneb cymharol dda. Fodd bynnag, oherwydd y mecanwaith tynnu deunydd—yn seiliedig ar rolio a mewnoli sgraffinyddion—mae wyneb y waffer yn tueddu i ddatblygu straen gweddilliol sylweddol, micrograciau, a haenau difrod dyfnach. Mae hyn yn arwain at ystofio wafferi, yn ei gwneud hi'n anodd rheoli cywirdeb proffil yr wyneb, ac yn cynyddu'r llwyth ar gamau prosesu dilynol.

Mae'r perfformiad torri yn cael ei ddylanwadu'n fawr gan y slyri; mae angen cynnal miniogrwydd y sgraffinyddion a chrynodiad y slyri. Mae trin ac ailgylchu slyri yn gostus. Wrth dorri ingotau mawr, mae gan sgraffinyddion anhawster treiddio i gerfiau dwfn a hir. O dan yr un maint grawn sgraffiniol, mae'r golled gerf yn fwy na cholled llifiau gwifren sgraffiniol sefydlog.

1.3 Torri Aml-wifren â Gwifren Ddiemwnt Sgraffiniol Sefydlog

Fel arfer, gwneir llifiau gwifren diemwnt sgraffiniol sefydlog trwy fewnosod gronynnau diemwnt ar swbstrad gwifren ddur trwy ddulliau electroplatio, sinteru, neu fondio resin. Mae llifiau gwifren diemwnt electroplatiedig yn cynnig manteision megis cerfiau culach, ansawdd sleisio gwell, effeithlonrwydd uwch, halogiad is, a'r gallu i dorri deunyddiau caledwch uchel.

Y llif gwifren ddiamwnt electroplatiedig cilyddol yw'r dull a ddefnyddir fwyaf eang ar gyfer torri SiC ar hyn o bryd. Mae Ffigur 1 (heb ei ddangos yma) yn dangos gwastadrwydd arwyneb waferi SiC a dorrir gan ddefnyddio'r dechneg hon. Wrth i'r torri fynd yn ei flaen, mae ystumio'r wafer yn cynyddu. Mae hyn oherwydd bod yr arwynebedd cyswllt rhwng y wifren a'r deunydd yn cynyddu wrth i'r wifren symud i lawr, gan gynyddu ymwrthedd a dirgryniad y wifren. Pan fydd y wifren yn cyrraedd diamedr mwyaf y wafer, mae'r dirgryniad ar ei anterth, gan arwain at ystumio mwyaf.

Yng nghyfnodau diweddarach torri, oherwydd bod y wifren yn cael ei chyflymu, symud ar gyflymder sefydlog, arafu, stopio, a gwrthdroi, ynghyd ag anawsterau wrth gael gwared â malurion gyda'r oerydd, mae ansawdd wyneb y wafer yn dirywio. Gwrthdroi gwifren ac amrywiadau cyflymder, yn ogystal â gronynnau diemwnt mawr ar y wifren, yw prif achosion crafiadau arwyneb.

1.4 Technoleg Gwahanu Oer

Mae gwahanu crisialau sengl SiC yn oer yn broses arloesol ym maes prosesu deunyddiau lled-ddargludyddion trydydd cenhedlaeth. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae wedi denu sylw sylweddol oherwydd ei fanteision nodedig wrth wella cynnyrch a lleihau colledion deunydd. Gellir dadansoddi'r dechnoleg o dair agwedd: egwyddor waith, llif proses, a manteision craidd.

Penderfynu Cyfeiriadedd Grisial a Malu Diamedr Allanol: Cyn prosesu, rhaid pennu cyfeiriadedd grisial yr ingot SiC. Yna caiff yr ingot ei siapio'n strwythur silindrog (a elwir yn gyffredin yn bwc SiC) trwy falu diamedr allanol. Mae'r cam hwn yn gosod y sylfaen ar gyfer torri a sleisio cyfeiriadol dilynol.

Torri Aml-Wiair: Mae'r dull hwn yn defnyddio gronynnau sgraffiniol ynghyd â gwifrau torri i sleisio'r ingot silindrog. Fodd bynnag, mae'n dioddef o golled kerf sylweddol a phroblemau anwastadrwydd arwyneb.

Technoleg Torri Laser: Defnyddir laser i ffurfio haen wedi'i haddasu o fewn y grisial, y gellir datgysylltu sleisys tenau ohoni. Mae'r dull hwn yn lleihau colli deunydd ac yn gwella effeithlonrwydd prosesu, gan ei wneud yn gyfeiriad newydd addawol ar gyfer torri wafferi SiC.

Optimeiddio Proses Torri

Torri Aml-Wiaren Sgraffiniol Sefydlog: Dyma'r dechnoleg brif ffrwd ar hyn o bryd, sy'n addas iawn ar gyfer nodweddion caledwch uchel SiC.

Peiriannu Rhyddhau Trydanol (EDM) a Thechnoleg Gwahanu Oer: Mae'r dulliau hyn yn darparu atebion amrywiol wedi'u teilwra i ofynion penodol.

Proses Sgleinio: Mae'n hanfodol cydbwyso cyfradd tynnu deunydd a difrod i'r wyneb. Defnyddir Sgleinio Cemegol-Fecanyddol (CMP) i wella unffurfiaeth yr wyneb.

Monitro Amser Real: Cyflwynir technolegau arolygu ar-lein i fonitro garwedd arwyneb mewn amser real.

Sleisio Laser: Mae'r dechneg hon yn lleihau colled cerfio ac yn byrhau cylchoedd prosesu, er bod y parth yr effeithir arno'n thermol yn parhau i fod yn her.

Technolegau Prosesu Hybrid: Mae cyfuno dulliau mecanyddol a chemegol yn gwella effeithlonrwydd prosesu.

Mae'r dechnoleg hon eisoes wedi'i defnyddio mewn diwydiant. Er enghraifft, cafodd Infineon SILTECTRA ac mae bellach yn dal patentau craidd sy'n cefnogi cynhyrchu màs wafers 8 modfedd. Yn Tsieina, mae cwmnïau fel Delong Laser wedi cyflawni effeithlonrwydd allbwn o 30 wafer fesul ingot ar gyfer prosesu wafers 6 modfedd, sy'n cynrychioli gwelliant o 40% dros ddulliau traddodiadol.

Wrth i weithgynhyrchu offer domestig gyflymu, disgwylir i'r dechnoleg hon ddod yn ateb prif ffrwd ar gyfer prosesu swbstrad SiC. Gyda diamedr cynyddol deunyddiau lled-ddargludyddion, mae dulliau torri traddodiadol wedi dod yn hen ffasiwn. Ymhlith yr opsiynau cyfredol, mae technoleg llif gwifren diemwnt cilyddol yn dangos y rhagolygon cymhwysiad mwyaf addawol. Mae torri laser, fel techneg sy'n dod i'r amlwg, yn cynnig manteision sylweddol a rhagwelir y bydd yn dod yn brif ddull torri yn y dyfodol.

2,Malu Grisial Sengl SiC

Fel cynrychiolydd o led-ddargludyddion trydydd cenhedlaeth, mae silicon carbide (SiC) yn cynnig manteision sylweddol oherwydd ei fwlch band eang, ei faes trydan chwalfa uchel, ei gyflymder drifft electronau dirlawnder uchel, a'i ddargludedd thermol rhagorol. Mae'r priodweddau hyn yn gwneud SiC yn arbennig o fanteisiol mewn cymwysiadau foltedd uchel (e.e., amgylcheddau 1200V). Mae'r dechnoleg brosesu ar gyfer swbstradau SiC yn rhan sylfaenol o weithgynhyrchu dyfeisiau. Mae ansawdd wyneb a chywirdeb y swbstrad yn effeithio'n uniongyrchol ar ansawdd yr haen epitacsial a pherfformiad y ddyfais derfynol.

Prif bwrpas y broses malu yw cael gwared ar farciau llifio arwyneb a haenau difrod a achosir yn ystod sleisio, a chywiro anffurfiad a achosir gan y broses dorri. O ystyried caledwch uchel iawn SiC, mae malu yn gofyn am ddefnyddio sgraffinyddion caled fel carbid boron neu ddiamwnt. Fel arfer, mae malu confensiynol yn cael ei rannu'n falu bras a malu mân.

2.1 Malu Bras a Mân

Gellir categoreiddio malu yn seiliedig ar faint gronynnau sgraffiniol:

Malu Bras: Yn defnyddio sgraffinyddion mwy yn bennaf i gael gwared ar farciau llif a haenau difrod a achosir yn ystod sleisio, gan wella effeithlonrwydd prosesu.

Malu Mân: Yn defnyddio sgraffinyddion mân i gael gwared ar yr haen ddifrod a adawyd gan falu bras, lleihau garwedd arwyneb, a gwella ansawdd arwyneb.

Mae llawer o weithgynhyrchwyr swbstrad SiC domestig yn defnyddio prosesau cynhyrchu ar raddfa fawr. Mae dull cyffredin yn cynnwys malu dwy ochr gan ddefnyddio plât haearn bwrw a slyri diemwnt monogrisialog. Mae'r broses hon yn tynnu'r haen ddifrod a adawyd gan lifio gwifren yn effeithiol, yn cywiro siâp y wafer, ac yn lleihau TTV (Amrywiad Trwch Cyfanswm), Bwa, a Warp. Mae'r gyfradd tynnu deunydd yn sefydlog, gan gyrraedd 0.8–1.2 μm/mun fel arfer. Fodd bynnag, mae wyneb y wafer sy'n deillio o hyn yn fat gyda garwedd cymharol uchel—tua 50 nm fel arfer—sy'n gosod gofynion uwch ar gamau caboli dilynol.

2.2 Malu Un Ochr

Mae malu un ochr yn prosesu un ochr i'r wafer yn unig ar y tro. Yn ystod y broses hon, mae'r wafer yn cael ei osod â chwyr ar blât dur. O dan bwysau cymhwysol, mae'r swbstrad yn cael ei anffurfio ychydig, ac mae'r wyneb uchaf yn cael ei wastadu. Ar ôl malu, mae'r wyneb isaf yn cael ei lefelu. Pan gaiff y pwysau ei dynnu, mae'r wyneb uchaf yn tueddu i adfer i'w siâp gwreiddiol, sydd hefyd yn effeithio ar yr wyneb isaf sydd eisoes wedi'i falu—gan achosi i'r ddwy ochr ystofio a diraddio mewn gwastadrwydd.

Ar ben hynny, gall y plât malu fynd yn geugrwm mewn cyfnod byr, gan achosi i'r wafer fynd yn amgrwm. Er mwyn cynnal gwastadrwydd y plât, mae angen ei wisgo'n aml. Oherwydd effeithlonrwydd isel a gwastadrwydd gwael y wafer, nid yw malu un ochr yn addas ar gyfer cynhyrchu màs.

Fel arfer, defnyddir olwynion malu #8000 ar gyfer malu'n fân. Yn Japan, mae'r broses hon yn gymharol aeddfed ac mae hyd yn oed yn defnyddio olwynion sgleinio #30000. Mae hyn yn caniatáu i garwedd arwyneb y wafferi wedi'u prosesu gyrraedd islaw 2 nm, gan wneud y wafferi'n barod ar gyfer CMP (Sgleinio Mecanyddol Cemegol) terfynol heb brosesu ychwanegol.

2.3 Technoleg Teneuo Un Ochr

Mae Technoleg Teneuo Diemwnt Un Ochr yn ddull newydd o falu un ochr. Fel y dangosir yn Ffigur 5 (heb ei ddangos yma), mae'r broses yn defnyddio plât malu wedi'i bondio â diemwnt. Mae'r wafer wedi'i osod trwy amsugno gwactod, tra bod y wafer a'r olwyn malu diemwnt yn cylchdroi ar yr un pryd. Mae'r olwyn malu yn symud i lawr yn raddol i deneuo'r wafer i drwch targed. Ar ôl i un ochr gael ei chwblhau, caiff y wafer ei throi i brosesu'r ochr arall.

Ar ôl teneuo, gall wafer 100 mm gyflawni:

Bwa < 5 μm

TTV < 2 μm

Garwedd arwyneb < 1 nm

Mae'r dull prosesu un wafer hwn yn cynnig sefydlogrwydd uchel, cysondeb rhagorol, a chyfradd tynnu deunydd uchel. O'i gymharu â malu dwy ochr confensiynol, mae'r dechneg hon yn gwella effeithlonrwydd malu dros 50%.

2.4 Malu Dwyochrog

Mae malu dwy ochr yn defnyddio plât malu uchaf ac isaf i falu dwy ochr y swbstrad ar yr un pryd, gan sicrhau ansawdd arwyneb rhagorol ar y ddwy ochr.

Yn ystod y broses, mae'r platiau malu yn rhoi pwysau yn gyntaf ar bwyntiau uchaf y darn gwaith, gan achosi anffurfiad a chael gwared ar ddeunydd yn raddol yn y pwyntiau hynny. Wrth i'r mannau uchel gael eu lefelu, mae'r pwysau ar y swbstrad yn dod yn fwy unffurf yn raddol, gan arwain at anffurfiad cyson ar draws yr wyneb cyfan. Mae hyn yn caniatáu i'r arwynebau uchaf ac isaf gael eu malu'n gyfartal. Unwaith y bydd y malu wedi'i gwblhau a bod y pwysau wedi'i ryddhau, mae pob rhan o'r swbstrad yn adfer yn unffurf oherwydd y pwysau cyfartal a brofodd. Mae hyn yn arwain at ystumio lleiaf a gwastadrwydd da.

Mae garwedd arwyneb y wafer ar ôl malu yn dibynnu ar faint y gronynnau sgraffiniol—mae gronynnau llai yn cynhyrchu arwynebau llyfnach. Wrth ddefnyddio sgraffinyddion 5 μm ar gyfer malu dwy ochr, gellir rheoli gwastadrwydd ac amrywiad trwch y wafer o fewn 5 μm. Mae mesuriadau Microsgopeg Grym Atomig (AFM) yn dangos garwedd arwyneb (Rq) o tua 100 nm, gyda phyllau malu hyd at 380 nm o ddyfnder a marciau llinol gweladwy a achosir gan weithred sgraffiniol.

Mae dull mwy datblygedig yn cynnwys malu dwy ochr gan ddefnyddio padiau ewyn polywrethan ynghyd â slyri diemwnt polygrisialog. Mae'r broses hon yn cynhyrchu wafferi â garwedd arwyneb isel iawn, gan gyflawni Ra < 3 nm, sy'n fuddiol iawn ar gyfer caboli swbstradau SiC wedi hynny.

Fodd bynnag, mae crafu arwyneb yn parhau i fod yn broblem heb ei datrys. Yn ogystal, cynhyrchir y diemwnt polygrisialog a ddefnyddir yn y broses hon trwy synthesis ffrwydrol, sy'n heriol yn dechnegol, yn cynhyrchu meintiau isel, ac yn hynod o ddrud.

Sgleinio Crisialau Sengl SiC

Er mwyn cyflawni arwyneb caboledig o ansawdd uchel ar wafferi silicon carbid (SiC), rhaid i gaboli gael gwared yn llwyr ar byllau malu ac anwastadeddau arwyneb ar raddfa nanometr. Y nod yw cynhyrchu arwyneb llyfn, heb ddiffygion heb halogiad na dirywiad, dim difrod is-wyneb, a dim straen arwyneb gweddilliol.

3.1 Sgleinio Mecanyddol a CMP Wafers SiC

Ar ôl twf ingot grisial sengl SiC, mae diffygion arwyneb yn ei atal rhag cael ei ddefnyddio'n uniongyrchol ar gyfer twf epitacsial. Felly, mae angen prosesu pellach. Yn gyntaf caiff yr ingot ei siapio i ffurf silindrog safonol trwy ei rowndio, yna ei sleisio'n wafferi gan ddefnyddio torri gwifren, ac yna ei wirio cyfeiriadedd crisialograffig. Mae caboli yn gam hanfodol wrth wella ansawdd wafferi, gan fynd i'r afael â difrod arwyneb posibl a achosir gan ddiffygion twf crisial a chamau prosesu blaenorol.

Mae pedwar prif ddull ar gyfer cael gwared ar haenau difrod arwyneb ar SiC:

Sgleinio mecanyddol: Syml ond yn gadael crafiadau; addas ar gyfer sgleinio cychwynnol.

Sgleinio Cemegol Mecanyddol (CMP): Yn tynnu crafiadau trwy ysgythru cemegol; addas ar gyfer sgleinio manwl gywir.

Ysgythru hydrogen: Mae angen offer cymhleth, a ddefnyddir yn gyffredin mewn prosesau HTCVD.

Sgleinio â chymorth plasma: Cymhleth ac anaml y caiff ei ddefnyddio.

Mae caboli mecanyddol yn unig yn tueddu i achosi crafiadau, tra gall caboli cemegol yn unig arwain at ysgythru anwastad. Mae CMP yn cyfuno'r ddau fantais ac yn cynnig ateb effeithlon a chost-effeithiol.

Egwyddor Weithio CMP

Mae CMP yn gweithio trwy gylchdroi'r wafer o dan bwysau penodol yn erbyn pad caboli cylchdroi. Mae'r symudiad cymharol hwn, ynghyd â chrafiad mecanyddol gan sgraffinyddion maint nano yn y slyri a gweithred gemegol asiantau adweithiol, yn cyflawni planareiddio arwyneb.

Deunyddiau allweddol a ddefnyddiwyd:

Slyri caboli: Yn cynnwys sgraffinyddion ac adweithyddion cemegol.

Pad sgleinio: Yn gwisgo i lawr yn ystod y defnydd, gan leihau maint y mandwll ac effeithlonrwydd dosbarthu slyri. Mae angen gwisgo'n rheolaidd, gan ddefnyddio peiriant sgleinio diemwnt fel arfer, i adfer garwedd.

Proses CMP Nodweddiadol

Sgraffiniol: slyri diemwnt 0.5 μm

Garwedd arwyneb targed: ~0.7 nm

Sgleinio Mecanyddol Cemegol:

Offer caboli: cabolwr un ochr AP-810

Pwysedd: 200 g/cm²

Cyflymder y plât: 50 rpm

Cyflymder deiliad ceramig: 38 rpm

Cyfansoddiad slyri:

SiO₂ (30% pwysau, pH = 10.15)

0–70% pwysau H₂O₂ (30% pwysau, gradd adweithydd)

Addaswch y pH i 8.5 gan ddefnyddio 5% pwysau KOH ac 1% pwysau HNO₃

Cyfradd llif slyri: 3 L/mun, wedi'i ailgylchredeg

Mae'r broses hon yn gwella ansawdd wafer SiC yn effeithiol ac yn bodloni'r gofynion ar gyfer prosesau i lawr yr afon.

Heriau Technegol mewn Sgleinio Mecanyddol

Mae SiC, fel lled-ddargludydd bandbwlch eang, yn chwarae rhan hanfodol yn y diwydiant electroneg. Gyda phriodweddau ffisegol a chemegol rhagorol, mae crisialau sengl SiC yn addas ar gyfer amgylcheddau eithafol, megis tymheredd uchel, amledd uchel, pŵer uchel, a gwrthsefyll ymbelydredd. Fodd bynnag, mae ei natur galed a brau yn cyflwyno heriau mawr ar gyfer malu a sgleinio.

Wrth i wneuthurwyr byd-eang blaenllaw drawsnewid o waferi 6 modfedd i 8 modfedd, mae problemau fel cracio a difrod i waferi yn ystod prosesu wedi dod yn fwy amlwg, gan effeithio'n sylweddol ar y cynnyrch. Mae mynd i'r afael â'r heriau technegol sy'n gysylltiedig â swbstradau SiC 8 modfedd bellach yn feincnod allweddol ar gyfer datblygiad y diwydiant.

Yn oes 8 modfedd, mae prosesu wafer SiC yn wynebu nifer o heriau:

Mae graddio wafers yn angenrheidiol i gynyddu allbwn sglodion fesul swp, lleihau colled ymyl, a gostwng costau cynhyrchu—yn enwedig o ystyried y galw cynyddol mewn cymwysiadau cerbydau trydan.

Er bod twf crisialau sengl SiC 8 modfedd wedi aeddfedu, mae prosesau cefndirol fel malu a sgleinio yn dal i wynebu tagfeydd, gan arwain at gynnyrch isel (dim ond 40–50%).

Mae wafers mwy yn profi dosraniadau pwysau mwy cymhleth, gan gynyddu'r anhawster o reoli straen caboli a chysondeb cynnyrch.

Er bod trwch wafers 8 modfedd yn agosáu at drwch wafers 6 modfedd, maent yn fwy tueddol o gael eu difrodi wrth eu trin oherwydd straen a phlygu.

Er mwyn lleihau straen, ystumio a chracio sy'n gysylltiedig â thorri, defnyddir torri laser fwyfwy. Fodd bynnag:

Mae laserau tonfedd hir yn achosi difrod thermol.

Mae laserau tonfedd fer yn cynhyrchu malurion trwm ac yn dyfnhau'r haen ddifrod, gan gynyddu cymhlethdod caboli.

Llif Gwaith Sgleinio Mecanyddol ar gyfer SiC

Mae llif y broses gyffredinol yn cynnwys:

Torri cyfeiriadedd

Malu bras

Malu mân

Sgleinio mecanyddol

Sgleinio Cemegol Mecanyddol (CMP) fel y cam olaf

Mae dewis dull CMP, dyluniad llwybr proses, ac optimeiddio paramedrau yn hanfodol. Mewn gweithgynhyrchu lled-ddargludyddion, CMP yw'r cam penderfynol ar gyfer cynhyrchu wafferi SiC gydag arwynebau hynod esmwyth, heb ddiffygion, a heb ddifrod, sy'n hanfodol ar gyfer twf epitacsial o ansawdd uchel.

(a) Tynnwch yr ingot SiC o'r pair;

(b) Perfformio siapio cychwynnol gan ddefnyddio malu diamedr allanol;

(c) Penderfynwch ar gyfeiriadedd y grisial gan ddefnyddio rhiciau neu fflatiau alinio;

(d) Sleisiwch yr ingot yn wafferi tenau gan ddefnyddio llifio aml-wifren;

(e) Cyflawni llyfnder arwyneb tebyg i ddrych trwy gamau malu a sgleinio.

Ar ôl cwblhau'r gyfres o gamau prosesu, mae ymyl allanol y wafer SiC yn aml yn mynd yn finiog, sy'n cynyddu'r risg o naddu wrth ei drin neu ei ddefnyddio. Er mwyn osgoi breuder o'r fath, mae angen malu'r ymylon.

Yn ogystal â phrosesau sleisio traddodiadol, mae dull arloesol ar gyfer paratoi wafferi SiC yn cynnwys technoleg bondio. Mae'r dull hwn yn galluogi cynhyrchu wafferi trwy fondio haen grisial sengl denau SiC i swbstrad heterogenaidd (swbstrad cynnal).

Mae Ffigur 3 yn dangos llif y broses:

Yn gyntaf, ffurfir haen dadlamineiddio ar ddyfnder penodol ar wyneb y grisial sengl SiC trwy fewnblannu ïon hydrogen neu dechnegau tebyg. Yna caiff y grisial sengl SiC wedi'i brosesu ei fondio i swbstrad cefnogol gwastad ac ei roi dan bwysau a gwres. Mae hyn yn caniatáu trosglwyddo a gwahanu llwyddiannus yr haen grisial sengl SiC i'r swbstrad cefnogol.

Mae'r haen SiC sydd wedi'i gwahanu yn cael triniaeth arwyneb i gyflawni'r gwastadrwydd gofynnol a gellir ei hailddefnyddio mewn prosesau bondio dilynol. O'i gymharu â sleisio crisialau SiC yn draddodiadol, mae'r dechneg hon yn lleihau'r galw am ddeunyddiau drud. Er bod heriau technegol yn parhau, mae ymchwil a datblygu yn symud ymlaen yn weithredol i alluogi cynhyrchu wafferi am gost is.

O ystyried caledwch uchel a sefydlogrwydd cemegol SiC—sy'n ei wneud yn gallu gwrthsefyll adweithiau ar dymheredd ystafell—mae angen caboli mecanyddol i gael gwared ar byllau malu mân, lleihau difrod i'r wyneb, dileu crafiadau, pyllau, a diffygion croen oren, lleihau garwedd arwyneb, gwella gwastadrwydd, a gwella ansawdd yr wyneb.

I gael arwyneb caboledig o ansawdd uchel, mae angen:

Addaswch fathau o sgraffiniol,

Lleihau maint gronynnau,

Optimeiddio paramedrau proses,

Dewiswch ddeunyddiau a padiau caboli gyda chaledwch digonol.

Mae Ffigur 7 yn dangos y gall caboli dwy ochr gyda sgraffinyddion 1 μm reoli amrywiad gwastadrwydd ac amrywiad trwch o fewn 10 μm, a lleihau garwedd arwyneb i tua 0.25 nm.

3.2 Sgleinio Cemegol Mecanyddol (CMP)

Mae Sgleinio Cemegol Mecanyddol (CMP) yn cyfuno crafiad gronynnau mân iawn ag ysgythriad cemegol i ffurfio arwyneb llyfn, planar ar y deunydd sy'n cael ei brosesu. Yr egwyddor sylfaenol yw:

Mae adwaith cemegol yn digwydd rhwng y slyri caboli ac wyneb y wafer, gan ffurfio haen feddal.

Mae ffrithiant rhwng y gronynnau sgraffiniol a'r haen feddal yn tynnu'r deunydd.

Manteision CMP:

Yn goresgyn anfanteision caboli mecanyddol neu gemegol yn unig,

Yn cyflawni planareiddio byd-eang a lleol,

Yn cynhyrchu arwynebau â gwastadrwydd uchel a garwedd isel,

Nid yw'n gadael unrhyw ddifrod i'r wyneb nac o dan yr wyneb.

Yn fanwl:

Mae'r wafer yn symud o'i gymharu â'r pad caboli o dan bwysau.

Mae sgraffinyddion ar raddfa nanometr (e.e., SiO₂) yn y slyri yn cymryd rhan mewn cneifio, gan wanhau bondiau cofalent Si-C a gwella tynnu deunydd.

Mathau o Dechnegau CMP:

Sgleinio Sgraffiniol Rhydd: Mae sgraffinyddion (e.e. SiO₂) yn cael eu hatal mewn slyri. Mae tynnu deunydd yn digwydd trwy sgrafelliad tair corff (wafer-pad-sgraffiniol). Rhaid rheoli maint y sgraffiniol (fel arfer 60–200 nm), pH, a thymheredd yn fanwl gywir i wella unffurfiaeth.

Sgleinio Sgraffiniol Sefydlog: Mae sgraffinyddion wedi'u hymgorffori yn y pad sgleinio i atal crynhoi—yn ddelfrydol ar gyfer prosesu manwl gywir.

Glanhau Ôl-Gaboli:

Mae wafferi wedi'u sgleinio yn mynd trwy:

Glanhau cemegol (gan gynnwys dŵr DI a chael gwared ar weddillion slyri),

rinsio dŵr DI, a

Sychu nitrogen poeth

i leihau halogion arwyneb.

Ansawdd a Pherfformiad Arwyneb

Gellir lleihau garwedd arwyneb i Ra <0.3 nm, gan fodloni gofynion epitacsi lled-ddargludyddion.

Planareiddio Byd-eang: Mae'r cyfuniad o feddalu cemegol a thynnu mecanyddol yn lleihau crafiadau ac ysgythru anwastad, gan berfformio'n well na dulliau mecanyddol neu gemegol pur.

Effeithlonrwydd Uchel: Addas ar gyfer deunyddiau caled a brau fel SiC, gyda chyfraddau tynnu deunydd uwchlaw 200 nm/awr.

Technegau Pwyleiddio Eraill sy'n Dod i'r Amlwg

Yn ogystal â CMP, cynigiwyd dulliau amgen, gan gynnwys:

Sgleinio electrocemegol, sgleinio neu ysgythru â chymorth catalydd, a

Sgleinio tribochemegol.

Fodd bynnag, mae'r dulliau hyn yn dal i fod yn y cyfnod ymchwil ac wedi datblygu'n araf oherwydd priodweddau deunydd heriol SiC.

Yn y pen draw, mae prosesu SiC yn broses raddol o leihau ystofiad a garwedd i wella ansawdd yr arwyneb, lle mae rheoli gwastadrwydd a garwedd yn hanfodol ym mhob cam.

Technoleg Prosesu

Yn ystod cam malu'r wafer, defnyddir slyri diemwnt gyda gwahanol feintiau gronynnau i falu'r wafer i'r gwastadrwydd a'r garwedd arwyneb gofynnol. Dilynir hyn gan sgleinio, gan ddefnyddio technegau sgleinio mecanyddol a chemegol mecanyddol (CMP) i gynhyrchu waferi silicon carbid (SiC) wedi'u sgleinio heb ddifrod.

Ar ôl caboli, mae'r waferi SiC yn cael archwiliad ansawdd trylwyr gan ddefnyddio offerynnau fel microsgopau optegol a diffractometrau pelydr-X i sicrhau bod yr holl baramedrau technegol yn bodloni'r safonau gofynnol. Yn olaf, mae'r waferi caboledig yn cael eu glanhau gan ddefnyddio asiantau glanhau arbenigol a dŵr pur iawn i gael gwared ar halogion arwyneb. Yna cânt eu sychu gan ddefnyddio nwy nitrogen pur iawn a sychwyr nyddu, gan gwblhau'r broses gynhyrchu gyfan.

Ar ôl blynyddoedd o ymdrech, mae cynnydd sylweddol wedi'i wneud ym maes prosesu crisial sengl SiC yn Tsieina. Yn ddomestig, mae crisialau sengl 4H-SiC lled-inswleiddiol wedi'u dopio 100 mm wedi'u datblygu'n llwyddiannus, a gellir cynhyrchu crisialau sengl 4H-SiC math-n a 6H-SiC mewn sypiau bellach. Mae cwmnïau fel TankeBlue a TYST eisoes wedi datblygu crisialau sengl SiC 150 mm.

O ran technoleg prosesu wafferi SiC, mae sefydliadau domestig wedi archwilio amodau a llwybrau prosesu ar gyfer sleisio, malu a sgleinio crisialau yn rhagarweiniol. Maent yn gallu cynhyrchu samplau sy'n bodloni'r gofynion ar gyfer cynhyrchu dyfeisiau yn y bôn. Fodd bynnag, o'i gymharu â safonau rhyngwladol, mae ansawdd prosesu wyneb wafferi domestig yn dal i fod ar ei hôl hi'n sylweddol. Mae sawl problem:

Mae damcaniaethau a thechnolegau prosesu SiC rhyngwladol wedi'u diogelu'n dynn ac nid ydynt yn hawdd eu cyrchu.

Mae diffyg ymchwil ddamcaniaethol a chefnogaeth ar gyfer gwella ac optimeiddio prosesau.

Mae cost mewnforio offer a chydrannau tramor yn uchel.

Mae ymchwil ddomestig ar ddylunio offer, cywirdeb prosesu a deunyddiau yn dal i ddangos bylchau sylweddol o'i gymharu â lefelau rhyngwladol.

Ar hyn o bryd, mae'r rhan fwyaf o'r offerynnau manwl iawn a ddefnyddir yn Tsieina yn cael eu mewnforio. Mae angen gwella offer a methodolegau profi ymhellach hefyd.

Gyda datblygiad parhaus lled-ddargludyddion trydydd cenhedlaeth, mae diamedr swbstradau grisial sengl SiC yn cynyddu'n gyson, ynghyd â gofynion uwch ar gyfer ansawdd prosesu arwyneb. Mae technoleg prosesu wafer wedi dod yn un o'r camau mwyaf heriol yn dechnegol ar ôl twf grisial sengl SiC.

Er mwyn mynd i'r afael â'r heriau presennol mewn prosesu, mae'n hanfodol astudio ymhellach y mecanweithiau sy'n gysylltiedig â thorri, malu a sgleinio, ac archwilio dulliau a llwybrau prosesu addas ar gyfer gweithgynhyrchu wafferi SiC. Ar yr un pryd, mae angen dysgu o dechnolegau prosesu rhyngwladol uwch a mabwysiadu technegau ac offer peiriannu manwl iawn o'r radd flaenaf i gynhyrchu swbstradau o ansawdd uchel.

Wrth i faint y wafer gynyddu, mae anhawster twf a phrosesu crisialau hefyd yn cynyddu. Fodd bynnag, mae effeithlonrwydd gweithgynhyrchu dyfeisiau i lawr yr afon yn gwella'n sylweddol, ac mae cost yr uned yn cael ei lleihau. Ar hyn o bryd, mae'r prif gyflenwyr wafer SiC yn fyd-eang yn cynnig cynhyrchion sy'n amrywio o 4 modfedd i 6 modfedd mewn diamedr. Mae cwmnïau blaenllaw fel Cree ac II-VI eisoes wedi dechrau cynllunio ar gyfer datblygu llinellau cynhyrchu wafer SiC 8 modfedd.