SiC gofretini qayta ishlash texnologiyasining hozirgi holati va tendentsiyalari

Uchinchi avlod yarimo'tkazgich substrat materiali sifatida,kremniy karbidi (SiC)monokristal yuqori chastotali va yuqori quvvatli elektron qurilmalarni ishlab chiqarishda keng qo'llanilish istiqbollariga ega. SiC ni qayta ishlash texnologiyasi yuqori sifatli substrat materiallarini ishlab chiqarishda hal qiluvchi rol o'ynaydi. Ushbu maqolada Xitoyda va xorijda SiC ni qayta ishlash texnologiyalari bo'yicha tadqiqotlarning hozirgi holati, kesish, silliqlash va abrazivlash jarayonlari mexanizmlari, shuningdek, plastinka tekisligi va sirt pürüzlülüğü tendentsiyalari tahlil qilinadi va taqqoslanadi. Shuningdek, unda SiC plastinkalarini qayta ishlashdagi mavjud muammolar ko'rsatiladi va kelajakdagi rivojlanish yo'nalishlari muhokama qilinadi.

Kremniy karbidi (SiC)Plitalar uchinchi avlod yarimo'tkazgichli qurilmalar uchun muhim asos materiallari bo'lib, mikroelektronika, quvvat elektronikasi va yarimo'tkazgichli yoritish kabi sohalarda katta ahamiyatga va bozor salohiyatiga ega. Juda yuqori qattiqlik va kimyoviy barqarorlik tufayliSiC monokristallari, an'anaviy yarimo'tkazgichlarni qayta ishlash usullari ularni qayta ishlash uchun to'liq mos kelmaydi. Ko'pgina xalqaro kompaniyalar SiC monokristallarini texnik jihatdan qiyin qayta ishlash bo'yicha keng qamrovli tadqiqotlar olib borishgan bo'lsa-da, tegishli texnologiyalar qat'iy maxfiy saqlanadi.

So'nggi yillarda Xitoy SiC monokristalli materiallari va qurilmalarini ishlab chiqishda sa'y-harakatlarni kuchaytirdi. Biroq, mamlakatda SiC qurilma texnologiyasining rivojlanishi hozirda qayta ishlash texnologiyalari va plastinka sifatidagi cheklovlar bilan cheklangan. Shuning uchun, Xitoy uchun SiC monokristalli substratlarining sifatini oshirish va ularni amaliy qo'llash va ommaviy ishlab chiqarishga erishish uchun SiC qayta ishlash imkoniyatlarini yaxshilash juda muhimdir.

Asosiy ishlov berish bosqichlari quyidagilarni o'z ichiga oladi: kesish → qo'pol silliqlash → nozik silliqlash → qo'pol abrazivlash (mexanik abrazivlash) → nozik abrazivlash (kimyoviy mexanik abrazivlash, CMP) → tekshirish.

SiC monokristallarini kesish

Qayta ishlashdaSiC monokristallari, kesish birinchi va juda muhim bosqichdir. Kesish jarayoni natijasida plastinkaning egilishi, egilishi va umumiy qalinlik o'zgarishi (TTV) keyingi silliqlash va abrazivlash operatsiyalarining sifati va samaradorligini belgilaydi.

Kesish asboblarini shakliga ko'ra olmosli ichki diametrli (ID) arra, tashqi diametrli (OD) arra, tasmali arra va simli arralarga ajratish mumkin. Simli arralar, o'z navbatida, harakat turiga ko'ra o'zaro va halqali (cheksiz) simli tizimlarga ajratish mumkin. Abrazivning kesish mexanizmiga asoslanib, simli arra kesish texnikasini ikki turga bo'lish mumkin: erkin abraziv simli arra va qo'zg'almas abraziv olmosli simli arra.

1.1 An'anaviy kesish usullari

Tashqi diametrli (TD) arralarning kesish chuqurligi pichoqning diametri bilan cheklangan. Kesish jarayonida pichoq tebranish va og'ishga moyil bo'ladi, bu esa yuqori shovqin darajasi va yomon qattiqlikka olib keladi. Ichki diametrli (ID) arralar pichoqning ichki aylanasida kesish qirrasi sifatida olmos abrazivlaridan foydalanadi. Bu pichoqlar 0,2 mm gacha yupqa bo'lishi mumkin. Kesish paytida TD pichog'i yuqori tezlikda aylanadi, kesiladigan material esa pichoqning markaziga nisbatan radial harakatlanadi va bu nisbiy harakat orqali kesishga erishiladi.

Olmosli arra tez-tez to'xtash va teskari burilishlarni talab qiladi va kesish tezligi juda past - odatda 2 m/s dan oshmaydi. Ular, shuningdek, sezilarli mexanik aşınma va yuqori texnik xizmat ko'rsatish xarajatlaridan aziyat chekishadi. Arra pichog'ining kengligi tufayli kesish radiusi juda kichik bo'lishi mumkin emas va ko'p kesimli kesish mumkin emas. Ushbu an'anaviy arralash asboblari asosning qattiqligi bilan cheklangan va egri kesmalar qila olmaydi yoki cheklangan burilish radiuslariga ega. Ular faqat tekis kesishlarga qodir, keng burilishlar hosil qiladi, past rentabellikka ega va shuning uchun kesish uchun yaroqsiz.SiC kristallari.

1.2 Bepul abraziv simli arra ko'p simli kesish

Erkin abraziv simli arra kesish texnikasi simning tez harakatlanishidan foydalanib, shlamni kerfga olib kiradi, bu esa materialni olib tashlash imkonini beradi. U asosan o'zaro tuzilishga ega va hozirda monokristalli kremniyni samarali ko'p plastinkali kesish uchun yetuk va keng qo'llaniladigan usul hisoblanadi. Biroq, uning SiC kesishda qo'llanilishi kamroq o'rganilgan.

Erkin abraziv simli arra qalinligi 300 mkm dan kam bo'lgan plastinkalarni qayta ishlashi mumkin. Ular past kerf yo'qotilishini ta'minlaydi, kamdan-kam hollarda parchalanishga olib keladi va nisbatan yaxshi sirt sifatiga olib keladi. Biroq, abrazivlarning yumaloqlanishi va chuqurlashishiga asoslangan materialni olib tashlash mexanizmi tufayli plastinka yuzasida sezilarli qoldiq kuchlanish, mikro yoriqlar va chuqurroq shikastlanish qatlamlari paydo bo'ladi. Bu plastinkaning egriligiga olib keladi, sirt profilining aniqligini nazorat qilishni qiyinlashtiradi va keyingi ishlov berish bosqichlariga yukni oshiradi.

Kesish samaradorligiga shlamning tarkibi katta ta'sir ko'rsatadi; abraziv moddalarning o'tkirligini va shlamning konsentratsiyasini saqlab qolish kerak. Shamni qayta ishlash va qayta ishlash qimmatga tushadi. Katta o'lchamdagi quymalarni kesishda abraziv moddalar chuqur va uzun kerflarga kirishda qiyinchiliklarga duch keladi. Bir xil abraziv dona o'lchamida kerf yo'qotilishi qattiq abraziv simli arralarga qaraganda ko'proq.

1.3 Qattiq abraziv olmos simli arra ko'p simli kesish

Qattiq abraziv olmos simli arra odatda olmos zarralarini po'lat simli asosga elektrokaplama, sinterlash yoki qatron bilan bog'lash usullari orqali joylashtirish orqali tayyorlanadi. Elektrokaplama olmos simli arra torroq kerflar, yaxshiroq kesish sifati, yuqori samaradorlik, past ifloslanish va yuqori qattiqlikdagi materiallarni kesish qobiliyati kabi afzalliklarga ega.

Porshenli elektrokaplamali olmos simli arra hozirda SiC ni kesish uchun eng keng tarqalgan usul hisoblanadi. 1-rasmda (bu yerda ko'rsatilmagan) ushbu texnika yordamida kesilgan SiC plastinkalarining sirt tekisligi ko'rsatilgan. Kesish jarayonida plastinkaning egriligi oshadi. Buning sababi, sim pastga siljigan sari sim va material orasidagi aloqa maydoni oshadi, bu esa qarshilik va sim tebranishini oshiradi. Sim plastinkaning maksimal diametriga yetganda, tebranish eng yuqori cho'qqisiga chiqadi va natijada maksimal egrilik paydo bo'ladi.

Kesishning keyingi bosqichlarida simning tezlanishi, barqaror tezlikda harakatlanishi, sekinlashishi, to'xtashi va teskari aylanishi, shuningdek, sovutish suyuqligi bilan chiqindilarni olib tashlashdagi qiyinchiliklar tufayli plastinkaning sirt sifati yomonlashadi. Simning teskari aylanishi va tezlikning o'zgarishi, shuningdek, simdagi katta olmos zarralari sirt tirnalishlarining asosiy sabablari hisoblanadi.

1.4 Sovuq ajratish texnologiyasi

SiC monokristallarini sovuq ajratish uchinchi avlod yarimo'tkazgich materiallarini qayta ishlash sohasidagi innovatsion jarayondir. So'nggi yillarda u hosildorlikni oshirish va material yo'qotilishini kamaytirishdagi sezilarli afzalliklari tufayli katta e'tiborni tortdi. Texnologiyani uch jihatdan tahlil qilish mumkin: ish printsipi, jarayon oqimi va asosiy afzalliklar.

Kristall yo'nalishini aniqlash va tashqi diametrni maydalash: Qayta ishlashdan oldin, SiC quymasining kristall yo'nalishini aniqlash kerak. Keyin quyma tashqi diametrni maydalash orqali silindrsimon tuzilishga (odatda SiC puck deb ataladi) shakllantiriladi. Bu bosqich keyingi yo'nalishli kesish va kesish uchun asos yaratadi.

Ko'p simli kesish: Bu usul silindrsimon quymani kesish uchun abraziv zarrachalarni kesish simlari bilan birgalikda ishlatadi. Biroq, u sezilarli darajada egilish yo'qotilishi va sirt notekisligi muammolariga duch keladi.

Lazer bilan kesish texnologiyasi: Kristall ichida modifikatsiyalangan qatlam hosil qilish uchun lazer ishlatiladi, undan yupqa bo'laklarni ajratish mumkin. Bu yondashuv material yo'qotilishini kamaytiradi va ishlov berish samaradorligini oshiradi, bu esa uni SiC plastinkalarini kesish uchun istiqbolli yangi yo'nalishga aylantiradi.

Kesish jarayonini optimallashtirish

Ruxsat etilgan abraziv ko'p simli kesish: Bu hozirda SiC ning yuqori qattiqlik xususiyatlariga juda mos keladigan asosiy texnologiya.

Elektr zaryadsizlantirishni qayta ishlash (EDM) va sovuq ajratish texnologiyasi: Ushbu usullar ma'lum talablarga moslashtirilgan xilma-xil yechimlarni taqdim etadi.

Jilolash jarayoni: Materialni olib tashlash tezligi va sirt shikastlanishini muvozanatlash juda muhimdir. Sirtning bir xilligini yaxshilash uchun kimyoviy mexanik jilolash (KMJ) qo'llaniladi.

Real vaqt rejimida monitoring: Sirt pürüzlülüğünü real vaqt rejimida kuzatish uchun onlayn tekshirish texnologiyalari joriy etiladi.

Lazerli kesish: Bu usul kerf yo'qotilishini kamaytiradi va ishlov berish sikllarini qisqartiradi, ammo termal ta'sirlangan zona hali ham qiyinchilik tug'diradi.

Gibrid ishlov berish texnologiyalari: Mexanik va kimyoviy usullarning kombinatsiyasi ishlov berish samaradorligini oshiradi.

Ushbu texnologiya allaqachon sanoat qo'llanilishiga erishdi. Masalan, Infineon SILTECTRA ni sotib oldi va hozirda 8 dyuymli plastinkalarni ommaviy ishlab chiqarishni qo'llab-quvvatlovchi asosiy patentlarga ega. Xitoyda Delong Laser kabi kompaniyalar 6 dyuymli plastinkalarni qayta ishlash uchun har bir quyma uchun 30 ta plastinka ishlab chiqarish samaradorligiga erishdilar, bu an'anaviy usullarga nisbatan 40% yaxshilanishni anglatadi.

Mahalliy uskunalar ishlab chiqarish tezlashgani sayin, ushbu texnologiya SiC substratini qayta ishlash uchun asosiy yechimga aylanishi kutilmoqda. Yarimo'tkazgich materiallarning diametri ortib borishi bilan an'anaviy kesish usullari eskirgan. Mavjud variantlar orasida o'zaro olmosli simli arra texnologiyasi eng istiqbolli qo'llanilish istiqbollarini ko'rsatadi. Lazerli kesish, yangi paydo bo'layotgan usul sifatida, katta afzalliklarga ega va kelajakda asosiy kesish usuliga aylanishi kutilmoqda.

2,SiC bitta kristalli silliqlash

Uchinchi avlod yarimo'tkazgichlarining vakili sifatida kremniy karbidi (SiC) keng tarmoqli oralig'i, yuqori parchalanish elektr maydoni, yuqori to'yingan elektron siljish tezligi va ajoyib issiqlik o'tkazuvchanligi tufayli sezilarli afzalliklarga ega. Bu xususiyatlar SiC ni yuqori kuchlanishli dasturlarda (masalan, 1200V muhitlarda) ayniqsa afzal qiladi. SiC substratlarini qayta ishlash texnologiyasi qurilma ishlab chiqarishning asosiy qismidir. Substratning sirt sifati va aniqligi epitaksial qatlam sifatiga va yakuniy qurilmaning ishlashiga bevosita ta'sir qiladi.

Silliqlash jarayonining asosiy maqsadi kesish paytida yuzaga kelgan sirt arra izlari va shikastlanish qatlamlarini olib tashlash va kesish jarayoni natijasida hosil bo'lgan deformatsiyani tuzatishdir. SiC ning juda yuqori qattiqligini hisobga olgan holda, silliqlash bor karbid yoki olmos kabi qattiq abrazivlardan foydalanishni talab qiladi. An'anaviy silliqlash odatda qo'pol va mayda silliqlashga bo'linadi.

2.1 Dag'al va mayda maydalash

Taşlama aşındırıcı zarrachalar hajmiga qarab tasniflanishi mumkin:

Dag'al silliqlash: asosan arra izlari va kesish paytida hosil bo'lgan shikastlanish qatlamlarini olib tashlash uchun kattaroq abrazivlardan foydalanadi, bu esa ishlov berish samaradorligini oshiradi.

Nozik silliqlash: Dag'al silliqlash natijasida qolgan zarar qatlamini olib tashlash, sirt pürüzlülüğünü kamaytirish va sirt sifatini yaxshilash uchun nozikroq abraziv vositalardan foydalanadi.

Ko'pgina mahalliy SiC substrat ishlab chiqaruvchilari keng ko'lamli ishlab chiqarish jarayonlaridan foydalanadilar. Keng tarqalgan usul quyma temir plastinka va monokristalli olmos shlamidan foydalangan holda ikki tomonlama silliqlashni o'z ichiga oladi. Bu jarayon simli arralash natijasida qolgan zarar qatlamini samarali ravishda yo'q qiladi, plastinka shaklini to'g'rilaydi va TTV (umumiy qalinlik o'zgarishi), burilish va burilishlarni kamaytiradi. Materialni olib tashlash tezligi barqaror bo'lib, odatda 0,8–1,2 mkm/min ga etadi. Biroq, natijada hosil bo'lgan plastinka yuzasi nisbatan yuqori pürüzlülüğe ega - odatda 50 nm atrofida - mat bo'lib, bu keyingi abrazivlash bosqichlariga yuqori talablar qo'yadi.

2.2 Bir tomonlama silliqlash

Bir tomonlama silliqlash bir vaqtning o'zida plastinkaning faqat bir tomonini qayta ishlaydi. Bu jarayon davomida plastinka po'lat plastinkaga mum bilan o'rnatiladi. Qo'llaniladigan bosim ostida substrat ozgina deformatsiyaga uchraydi va yuqori yuzasi tekislanadi. Silliqlashdan so'ng, pastki yuzasi tekislanadi. Bosim olib tashlanganda, yuqori yuzasi asl shakliga qaytadi, bu esa allaqachon yerga tushirilgan pastki yuzasiga ham ta'sir qiladi - bu ikkala tomonning ham egriligiga va tekisligiga olib keladi.

Bundan tashqari, silliqlash plastinkasi qisqa vaqt ichida botiq bo'lib qolishi mumkin, bu esa plastinkaning qavariq bo'lishiga olib keladi. Plastinkaning tekisligini saqlab qolish uchun tez-tez ishlov berish talab etiladi. Past samaradorlik va plastinkaning yomon tekisligi tufayli bir tomonlama silliqlash ommaviy ishlab chiqarish uchun mos emas.

Odatda, nozik silliqlash uchun #8000 silliqlash g'ildiraklari ishlatiladi. Yaponiyada bu jarayon nisbatan rivojlangan va hatto #30000 abraziv g'ildiraklaridan ham foydalanadi. Bu ishlov berilgan plastinkalarning sirt pürüzlülüğünün 2 nm dan pastga yetishiga imkon beradi, bu esa plastinkalarni qo'shimcha ishlov bermasdan yakuniy CMP (Kimyoviy mexanik abrazivlash) ga tayyor qiladi.

2.3 Bir tomonlama yupqalash texnologiyasi

Olmosli bir tomonlama yupqalash texnologiyasi bir tomonlama silliqlashning yangi usuli hisoblanadi. 5-rasmda ko'rsatilganidek (bu yerda ko'rsatilmagan), jarayon olmos bilan bog'langan silliqlash plastinkasidan foydalanadi. Plastinka vakuum adsorbsiyasi orqali mahkamlanadi, plastina ham, olmosli silliqlash g'ildiragi ham bir vaqtning o'zida aylanadi. Silliqlash g'ildiragi plastinani maqsadli qalinlikka suyultirish uchun asta-sekin pastga siljiydi. Bir tomoni tayyor bo'lgandan so'ng, plastina ikkinchi tomonini qayta ishlash uchun ag'dariladi.

Yupqalashtirgandan so'ng, 100 mm plastinka quyidagilarga erishishi mumkin:

Yoy <5 mkm

TTV < 2 mkm

Sirt pürüzlülüğü < 1 nm

Ushbu bitta plastinkali ishlov berish usuli yuqori barqarorlik, a'lo darajadagi mustahkamlik va yuqori materialni olib tashlash tezligini ta'minlaydi. An'anaviy ikki tomonlama silliqlash bilan solishtirganda, bu usul silliqlash samaradorligini 50% dan ortiqqa oshiradi.

2.4 Ikki tomonlama silliqlash

Ikki tomonlama silliqlash substratning ikkala tomonini bir vaqtning o'zida silliqlash uchun ham yuqori, ham pastki silliqlash plastinkasidan foydalanadi, bu esa har ikki tomonning ham ajoyib sirt sifatini ta'minlaydi.

Jarayon davomida silliqlash plitalari avval ish qismining eng yuqori nuqtalariga bosim o'tkazadi, bu esa deformatsiyaga va bu nuqtalarda materialning asta-sekin olib tashlanishiga olib keladi. Yuqori nuqtalar tekislanganda, substratdagi bosim asta-sekin bir xil bo'lib, butun sirt bo'ylab izchil deformatsiyaga olib keladi. Bu yuqori va pastki yuzalarni teng ravishda silliqlash imkonini beradi. Silliqlash tugallangandan va bosim chiqarilgandan so'ng, substratning har bir qismi boshidan kechirgan teng bosim tufayli bir tekis tiklanadi. Bu minimal egilish va yaxshi tekislikka olib keladi.

Plitaning silliqlashdan keyingi sirt pürüzlülüğü abraziv zarrachalar hajmiga bog'liq - kichikroq zarrachalar silliqroq sirtlarni hosil qiladi. Ikki tomonlama silliqlash uchun 5 mkm abrazivlardan foydalanilganda, plitaning tekisligi va qalinligining o'zgarishini 5 mkm ichida boshqarish mumkin. Atom kuch mikroskopiyasi (AFM) o'lchovlari taxminan 100 nm sirt pürüzlülüğünü (Rq) ko'rsatadi, silliqlash chuqurlari 380 nm gacha chuqurlikda va abraziv ta'sir natijasida paydo bo'lgan ko'rinadigan chiziqli izlar mavjud.

Keyinchalik ilg'or usul poliuretan ko'pikli prokladkalar va polikristalli olmos shlamini birlashtirgan holda ikki tomonlama silliqlashni o'z ichiga oladi. Bu jarayon juda past sirt pürüzlülüğüne ega bo'lgan plastinkalarni ishlab chiqaradi va Ra < 3 nm ga erishadi, bu esa SiC substratlarini keyinchalik abrazivlash uchun juda foydali.

Biroq, sirtni tirnalish hali ham hal qilinmagan muammo bo'lib qolmoqda. Bundan tashqari, bu jarayonda ishlatiladigan polikristalli olmos portlovchi sintez orqali ishlab chiqariladi, bu texnik jihatdan qiyin, kam miqdorda hosil beradi va juda qimmat.

SiC monokristallarini abrazivlash

Silikon karbid (SiC) plitalarida yuqori sifatli abraziv sirtga erishish uchun abraziv silliqlash chuqurlari va nanometr o'lchamidagi sirt to'lqinlarini butunlay olib tashlashi kerak. Maqsad ifloslanish yoki degradatsiyasiz, yer osti shikastlanishisiz va qoldiq sirt kuchlanishisiz silliq, nuqsonsiz sirt hosil qilishdir.

3.1 SiC plitalarini mexanik abrazivlash va CMP

SiC monokristalli quyma o'sgandan so'ng, sirt nuqsonlari uni epitaksial o'sish uchun to'g'ridan-to'g'ri ishlatilishiga to'sqinlik qiladi. Shuning uchun, keyingi ishlov berish talab etiladi. Quyma avval yumaloqlash orqali standart silindrsimon shaklga keltiriladi, so'ngra sim bilan kesish yordamida plastinkalarga kesiladi, so'ngra kristallografik yo'nalishni tekshirish amalga oshiriladi. Polishing plastinka sifatini yaxshilashda, kristall o'sish nuqsonlari va oldingi ishlov berish bosqichlari natijasida yuzaga kelishi mumkin bo'lgan sirt shikastlanishini bartaraf etishda muhim qadamdir.

SiC da sirt shikastlanish qatlamlarini olib tashlashning to'rtta asosiy usuli mavjud:

Mexanik abrazivlash: Oddiy, ammo tirnalishlar qoldiradi; dastlabki abrazivlash uchun mos keladi.

Kimyoviy mexanik abrazivlash (KMJ): Kimyoviy o'yib ishlov berish orqali tirnalishlarni ketkazadi; aniq abrazivlash uchun mos keladi.

Vodorod bilan ishlov berish: HTCVD jarayonlarida keng qo'llaniladigan murakkab uskunalar talab qilinadi.

Plazma yordamida abrazivlash: Murakkab va kamdan-kam qo'llaniladi.

Faqat mexanik abrazivlash tirnalishlarga olib keladi, faqat kimyoviy abrazivlash esa notekis o'yma hosil bo'lishiga olib kelishi mumkin. CMP ikkala afzallikni ham birlashtiradi va samarali va tejamkor yechimni taklif etadi.

CMP ish printsipi

CMP aylanuvchi abraziv yostiqchaga qarshi belgilangan bosim ostida plastinkani aylantirish orqali ishlaydi. Bu nisbiy harakat, shlamdagi nanometrli abrazivlardan mexanik aşınma va reaktiv agentlarning kimyoviy ta'siri bilan birgalikda sirt tekislanishiga erishadi.

Foydalanilgan asosiy materiallar:

Jilo beruvchi shlam: Tarkibida abraziv moddalar va kimyoviy reagentlar mavjud.

Jilolovchi prokladka: Foydalanish paytida eskiradi, bu esa teshik hajmini va shlamni yetkazib berish samaradorligini pasaytiradi. Pürüzlülüğü tiklash uchun odatda olmosli shkaf yordamida muntazam ravishda ishlov berish talab etiladi.

Odatdagi CMP jarayoni

Aşındırıcı: 0,5 mkm olmos shlam

Maqsadli sirt pürüzlülüğü: ~0.7 nm

Kimyoviy mexanik abrazivlash:

Jilolash uskunasi: AP-810 bir tomonlama jilolash moslamasi

Bosim: 200 g/sm²

Plastinka tezligi: 50 rpm

Keramik ushlagich tezligi: 38 rpm

Loy tarkibi:

SiO₂ (30 og'irlik%, pH = 10.15)

0–70 og'irlik% H₂O₂ (30 og'irlik%, reagent darajasi)

5% KOH va 1% HNO₃ yordamida pH ni 8,5 ga sozlang

Suyultirilgan eritmaning oqim tezligi: 3 L/min, qayta sirkulyatsiya qilingan

Bu jarayon SiC plastinka sifatini samarali ravishda yaxshilaydi va quyi oqim jarayonlari talablariga javob beradi.

Mexanik abrazivlashdagi texnik qiyinchiliklar

SiC, keng tarmoqli yarimo'tkazgich sifatida, elektronika sanoatida muhim rol o'ynaydi. Ajoyib fizik va kimyoviy xususiyatlarga ega bo'lgan SiC monokristallari yuqori harorat, yuqori chastota, yuqori quvvat va nurlanishga chidamlilik kabi ekstremal muhitlarga mos keladi. Biroq, uning qattiq va mo'rt tabiati silliqlash va abrazivlash uchun katta qiyinchiliklar tug'diradi.

Yetakchi global ishlab chiqaruvchilar 6 dyuymli plastinkalardan 8 dyuymli plastinkalarga o'tayotgan bir paytda, ishlov berish paytida plastinkaning yorilishi va shikastlanishi kabi muammolar yanada sezilarli bo'lib, hosildorlikka sezilarli ta'sir ko'rsatmoqda. 8 dyuymli SiC substratlarining texnik muammolarini hal qilish endi sanoatning rivojlanishi uchun asosiy mezon hisoblanadi.

8 dyuymli davrda SiC gofretlarini qayta ishlash ko'plab qiyinchiliklarga duch keladi:

Plitalarni masshtablash har bir partiya uchun chip ishlab chiqarishni ko'paytirish, chekka yo'qotishlarni kamaytirish va ishlab chiqarish xarajatlarini kamaytirish uchun zarur, ayniqsa elektr transport vositalarini qo'llashda talabning ortib borishi hisobga olinsa.

8 dyuymli SiC monokristallarining o'sishi pishib yetilgan bo'lsa-da, silliqlash va abrazivlash kabi orqa tomon jarayonlari hali ham to'siqlarga duch kelmoqda, bu esa past rentabellikka olib keladi (atigi 40-50%).

Kattaroq plastinkalar murakkabroq bosim taqsimotiga ega bo'lib, abraziv stressni va hosildorlikning mustahkamligini boshqarishdagi qiyinchiliklarni oshiradi.

8 dyuymli gofretlarning qalinligi 6 dyuymli gofretlarnikiga yaqinlashayotgan bo'lsa-da, ular ishlov berish paytida stress va egilish tufayli shikastlanishga ko'proq moyil.

Kesish bilan bog'liq stressni, egrilikni va yorilishni kamaytirish uchun lazer bilan kesish tobora ko'proq qo'llanilmoqda. Biroq:

Uzoq to'lqinli lazerlar termal shikastlanishga olib keladi.

Qisqa to'lqinli lazerlar og'ir qoldiqlarni hosil qiladi va zarar qatlamini chuqurlashtiradi, bu esa abrazivlashning murakkabligini oshiradi.

SiC uchun mexanik abraziv ish jarayoni

Umumiy jarayon oqimi quyidagilarni o'z ichiga oladi:

Yo'nalishni kesish

Dag'al silliqlash

Nozik silliqlash

Mexanik abrazivlash

Kimyoviy mexanik abrazivlash (KMJ) oxirgi bosqich sifatida

CMP usulini tanlash, jarayon yo'nalishini loyihalash va parametrlarni optimallashtirish juda muhimdir. Yarimo'tkazgichlar ishlab chiqarishda CMP yuqori sifatli epitaksial o'sish uchun zarur bo'lgan juda silliq, nuqsonsiz va shikastlanmagan sirtlarga ega SiC plastinkalarini ishlab chiqarishda hal qiluvchi bosqich hisoblanadi.

(a) SiC quymasini tigeldan chiqarib oling;

(b) Tashqi diametrli silliqlash yordamida dastlabki shakllantirishni amalga oshiring;

(c) Kristall yo'nalishini tekislash yassi yoki chuqurchalar yordamida aniqlang;

(d) Ko'p simli arra yordamida quymani yupqa plastinkalarga bo'ling;

(e) Silliqlash va abrazivlash bosqichlari orqali oynaga o'xshash sirt silliqligiga erishish.

Bir qator ishlov berish bosqichlarini tugatgandan so'ng, SiC plastinkasining tashqi qirrasi ko'pincha o'tkirlashadi, bu esa ishlov berish yoki foydalanish paytida yorilish xavfini oshiradi. Bunday mo'rtlikning oldini olish uchun qirralarni silliqlash talab qilinadi.

An'anaviy kesish jarayonlaridan tashqari, SiC plastinkalarini tayyorlashning innovatsion usuli bog'lash texnologiyasini o'z ichiga oladi. Ushbu yondashuv yupqa SiC monokristal qatlamini heterojen substratga (qo'llab-quvvatlovchi substrat) bog'lash orqali plastinka ishlab chiqarish imkonini beradi.

3-rasmda jarayon oqimi ko'rsatilgan:

Birinchidan, vodorod ionlarini implantatsiya qilish yoki shunga o'xshash usullar orqali SiC monokristalining yuzasida ma'lum bir chuqurlikda delaminatsiya qatlami hosil qilinadi. Keyin qayta ishlangan SiC monokristal tekis tayanch substratga bog'lanadi va bosim va issiqlikka duchor bo'ladi. Bu SiC monokristal qatlamini tayanch substratga muvaffaqiyatli o'tkazish va ajratish imkonini beradi.

Ajratilgan SiC qatlami kerakli tekislikka erishish uchun sirt ishlovidan o'tadi va keyingi bog'lash jarayonlarida qayta ishlatilishi mumkin. SiC kristallarini an'anaviy kesish bilan solishtirganda, bu usul qimmat materiallarga bo'lgan talabni kamaytiradi. Texnik qiyinchiliklar saqlanib qolsa-da, arzonroq gofret ishlab chiqarishni ta'minlash uchun tadqiqotlar va ishlanmalar faol ravishda rivojlanmoqda.

SiC ning yuqori qattiqligi va kimyoviy barqarorligi tufayli (bu uni xona haroratida reaksiyalarga chidamli qiladi), mayda silliqlash chuqurchalarini olib tashlash, sirt shikastlanishini kamaytirish, tirnalishlar, chuqurchalar va apelsin po'stlog'i nuqsonlarini bartaraf etish, sirt pürüzlülüğünü pasaytirish, tekislikni yaxshilash va sirt sifatini yaxshilash uchun mexanik abrazivlash talab qilinadi.

Yuqori sifatli abraziv sirtga erishish uchun quyidagilar zarur:

Aşındırıcı turlarini sozlang,

Zarrachalar hajmini kamaytiring,

Jarayon parametrlarini optimallashtirish,

Yetarli qattiqlikka ega abraziv materiallar va prokladkalarni tanlang.

7-rasmda 1 mkm abrazivlar bilan ikki tomonlama abrazivlash 10 mkm ichida tekislik va qalinlik o'zgarishini boshqarishi va sirt pürüzlülüğünü taxminan 0,25 nm gacha kamaytirishi ko'rsatilgan.

3.2 Kimyoviy mexanik abrazivlash (KMJ)

Kimyoviy mexanik abrazivlash (KMJ) ishlov berilayotgan materialda silliq, tekis sirt hosil qilish uchun ultra mayda zarrachalar abrazivlashini kimyoviy o'yib ishlov berish bilan birlashtiradi. Asosiy printsip:

Jilo beruvchi shlam va gofret yuzasi o'rtasida kimyoviy reaksiya sodir bo'ladi va yumshoq qatlam hosil qiladi.

Aşındırıcı zarrachalar va yumshoq qatlam orasidagi ishqalanish materialni olib tashlaydi.

CMP afzalliklari:

Sof mexanik yoki kimyoviy abrazivlashning kamchiliklarini bartaraf etadi,

Global va mahalliy tekislashga erishadi,

Yuqori tekislik va past pürüzlülüğe ega sirtlarni hosil qiladi,

Yuzaki yoki yer osti qatlamlariga hech qanday zarar yetkazmaydi.

Batafsil:

Plitalar bosim ostida abraziv yostiqqa nisbatan harakatlanadi.

Nanometr o'lchamli abraziv moddalar (masalan, SiO₂) shlamdagi materialni qirqishda, Si-C kovalent bog'lanishlarini susaytirishida va materialning olib tashlanishini kuchaytirishda ishtirok etadi.

CMP texnikalarining turlari:

Erkin abraziv abraziv: Abrazivlar (masalan, SiO₂) shlamda suspenziyalanadi. Materialni olib tashlash uch jismli abraziv (plastinka-pad-abraziv) orqali amalga oshiriladi. Bir xillikni yaxshilash uchun abrazivning o'lchami (odatda 60–200 nm), pH va harorat aniq nazorat qilinishi kerak.

Qattiq abraziv abraziv: Yuqori aniqlikdagi ishlov berish uchun ideal bo'lgan aglomeratsiyaning oldini olish uchun abraziv materiallar abraziv yostiqchaga joylashtirilgan.

Polishingdan keyingi tozalash:

Jilolangan gofretlar quyidagilarga duchor bo'ladi:

Kimyoviy tozalash (shu jumladan, DI suvi va loy qoldiqlarini olib tashlash),

DI suv bilan chayish va

Issiq azotli quritish

sirt ifloslantiruvchi moddalarni minimallashtirish uchun.

Sirt sifati va ishlashi

Sirt pürüzlülüğünü Ra < 0,3 nm gacha kamaytirish mumkin, bu yarimo'tkazgich epitaksiyasi talablariga javob beradi.

Global tekislash: Kimyoviy yumshatish va mexanik olib tashlashning kombinatsiyasi tirnalishlar va notekis o'ymalarni kamaytiradi, sof mexanik yoki kimyoviy usullardan ustun turadi.

Yuqori samaradorlik: SiC kabi qattiq va mo'rt materiallar uchun mos keladi, materialni olib tashlash tezligi soatiga 200 nm dan yuqori.

Boshqa rivojlanayotgan abrazivlash usullari

CMPga qo'shimcha ravishda, muqobil usullar taklif qilingan, jumladan:

Elektrokimyoviy abrazivlash, katalizator yordamida abrazivlash yoki o'yib ishlov berish va

Tribokimyoviy abrazivlash.

Biroq, bu usullar hali ham tadqiqot bosqichida va SiC ning murakkab material xususiyatlari tufayli sekin rivojlandi.

Oxir-oqibat, SiC ni qayta ishlash sirt sifatini yaxshilash uchun egilish va pürüzlülüğü kamaytirishning bosqichma-bosqich jarayoni bo'lib, bu yerda har bir bosqichda tekislik va pürüzlülüğü nazorat qilish juda muhimdir.

Qayta ishlash texnologiyasi

Plastinkani maydalash bosqichida, plastinani kerakli tekislik va sirt pürüzlülüğüne qadar maydalash uchun turli zarracha o'lchamlariga ega olmos shlamidan foydalaniladi. Shundan so'ng, mexanik va kimyoviy mexanik abrazivlash (CMP) texnikasidan foydalanib, zararsiz abrazivlangan kremniy karbid (SiC) plastinalarini ishlab chiqarish uchun abrazivlash amalga oshiriladi.

Jilolangandan so'ng, SiC plastinkalari barcha texnik parametrlar talab qilinadigan standartlarga javob berishini ta'minlash uchun optik mikroskoplar va rentgen difraktometrlari kabi asboblar yordamida qattiq sifat tekshiruvidan o'tkaziladi. Nihoyat, jilolangan plastinkalar sirt ifloslantiruvchi moddalarni olib tashlash uchun maxsus tozalash vositalari va ultra toza suv yordamida tozalanadi. Keyin ular ultra yuqori tozalikdagi azot gazi va aylanuvchi quritgichlar yordamida quritiladi va butun ishlab chiqarish jarayonini yakunlaydi.

Yillar davomidagi sa'y-harakatlardan so'ng, Xitoyda SiC monokristallarini qayta ishlashda sezilarli yutuqlarga erishildi. Mahalliy miqyosda 100 mm lehimlangan yarim izolyatsiyali 4H-SiC monokristallari muvaffaqiyatli ishlab chiqildi va endi n-turdagi 4H-SiC va 6H-SiC monokristallari partiyalarda ishlab chiqarilishi mumkin. TankeBlue va TYST kabi kompaniyalar allaqachon 150 mm SiC monokristallarini ishlab chiqdilar.

SiC plastinkalarini qayta ishlash texnologiyasi nuqtai nazaridan, mahalliy muassasalar kristallni kesish, maydalash va abrazivlashning jarayon sharoitlari va yo'nalishlarini oldindan o'rganib chiqdilar. Ular asosan qurilma ishlab chiqarish talablariga javob beradigan namunalarni ishlab chiqarishga qodir. Biroq, xalqaro standartlarga nisbatan, mahalliy plastinkalarning sirtni qayta ishlash sifati hali ham sezilarli darajada orqada qolmoqda. Bir nechta muammolar mavjud:

Xalqaro SiC nazariyalari va qayta ishlash texnologiyalari qattiq himoyalangan va ularga osongina kirish mumkin emas.

Jarayonlarni takomillashtirish va optimallashtirish bo'yicha nazariy tadqiqotlar va qo'llab-quvvatlashning yetishmasligi kuzatilmoqda.

Xorijiy uskunalar va butlovchi qismlarni import qilish narxi yuqori.

Uskunalarni loyihalash, ishlov berish aniqligi va materiallar bo'yicha mahalliy tadqiqotlar hali ham xalqaro darajalarga nisbatan sezilarli farqlarni ko'rsatmoqda.

Hozirgi vaqtda Xitoyda qo'llaniladigan yuqori aniqlikdagi asboblarning aksariyati import qilinadi. Sinov uskunalari va metodologiyalari ham yanada takomillashtirishni talab qiladi.

Uchinchi avlod yarimo'tkazgichlarining doimiy rivojlanishi bilan SiC monokristalli substratlarining diametri barqaror ravishda oshib bormoqda, bu esa sirtni qayta ishlash sifatiga yuqori talablar bilan birga amalga oshirilmoqda. Plitalarni qayta ishlash texnologiyasi SiC monokristalli o'sishidan keyin texnik jihatdan eng qiyin bosqichlardan biriga aylandi.

Qayta ishlashdagi mavjud muammolarni hal qilish uchun kesish, maydalash va abrazivlash bilan bog'liq mexanizmlarni yanada chuqurroq o'rganish hamda SiC plastinkalarini ishlab chiqarish uchun mos jarayon usullari va yo'nalishlarini o'rganish juda muhimdir. Shu bilan birga, yuqori sifatli substratlar ishlab chiqarish uchun ilg'or xalqaro qayta ishlash texnologiyalaridan o'rganish va eng zamonaviy ultra aniq ishlov berish texnikasi va uskunalarini qo'llash zarur.

Plitalar hajmi oshgani sayin, kristall o'sishi va qayta ishlash qiyinligi ham ortadi. Biroq, quyi oqimdagi qurilmalarning ishlab chiqarish samaradorligi sezilarli darajada yaxshilanadi va birlik narxi kamayadi. Hozirgi vaqtda asosiy SiC plastina yetkazib beruvchilari butun dunyo bo'ylab diametri 4 dyuymdan 6 dyuymgacha bo'lgan mahsulotlarni taklif qilishadi. Cree va II-VI kabi yetakchi kompaniyalar allaqachon 8 dyuymli SiC plastina ishlab chiqarish liniyalarini rivojlantirishni rejalashtirishni boshladilar.