SiC gofretni qayta ishlash texnologiyasining hozirgi holati va tendentsiyalari

Uchinchi avlod yarimo'tkazgichli substrat materiali sifatida,kremniy karbid (SiC)monokristal yuqori chastotali va yuqori quvvatli elektron qurilmalarni ishlab chiqarishda keng qo'llash istiqbollariga ega. SiC ni qayta ishlash texnologiyasi yuqori sifatli substrat materiallarini ishlab chiqarishda hal qiluvchi rol o'ynaydi. Ushbu maqola Xitoyda ham, chet elda ham SiC qayta ishlash texnologiyalari bo'yicha tadqiqotlarning hozirgi holati, kesish, silliqlash va abraziv jarayonlar mexanizmlarini tahlil qilish va taqqoslash, shuningdek, gofret tekisligi va sirt pürüzlülüğü tendentsiyalari bilan tanishadi. Shuningdek, u SiC gofretni qayta ishlashdagi mavjud qiyinchiliklarga ishora qiladi va kelajakdagi rivojlanish yo'nalishlarini muhokama qiladi.

Silikon karbid (SiC)gofretlar uchinchi avlod yarimo'tkazgich qurilmalari uchun muhim asosiy materiallar bo'lib, mikroelektronika, quvvat elektroniği va yarimo'tkazgichli yoritish kabi sohalarda muhim ahamiyatga ega va bozor salohiyatiga ega. ning juda yuqori qattiqligi va kimyoviy barqarorligi 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 talabchan qayta ishlash bo'yicha keng qamrovli tadqiqotlar olib borishgan bo'lsa-da, tegishli texnologiyalar qat'iy maxfiy saqlanadi.

So'nggi yillarda Xitoy SiC monokristalli materiallar va qurilmalarni ishlab chiqishda sa'y-harakatlarni oshirdi. Biroq, mamlakatda SiC qurilma texnologiyasining rivojlanishi hozirda qayta ishlash texnologiyalari va gofret sifatidagi cheklovlar bilan cheklanadi. Shu sababli, Xitoy uchun SiC monokristalli substratlarning 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 abraziv (mexanik abraziv) → nozik abraziv (kimyoviy mexanik polishing, CMP) → tekshirish.

SiC monokristallarini kesish

ni qayta ishlashdaSiC monokristallari, kesish birinchi va juda muhim qadamdir. Kesish jarayoni natijasida yuzaga keladigan gofretning kamon, burma va umumiy qalinligi o'zgarishi (TTV) keyingi silliqlash va parlatish operatsiyalarining sifati va samaradorligini belgilaydi.

Kesuvchi asboblar shakli bo'yicha ichki diametrli (ID) olmosli arralar, tashqi diametrli (OD) arralar, tarmoqli arralar va simli arralarga bo'linishi mumkin. Simli arra, o'z navbatida, harakat turiga ko'ra o'zaro va halqali (cheksiz) simli tizimlarga bo'linishi mumkin. Abrasivni kesish mexanizmiga ko'ra, simli arra kesish usullarini ikki turga bo'lish mumkin: erkin abraziv simni arralash va qattiq abraziv olmos simni arralash.

1.1 An'anaviy kesish usullari

Tashqi diametrli (OD) arralarni kesish chuqurligi pichoqning diametri bilan chegaralanadi. Kesish jarayonida pichoq tebranish va og'ishlarga moyil bo'lib, natijada shovqin darajasi yuqori va qattiqlik yomon bo'ladi. Ichki diametrli (ID) arra pichoqning ichki aylanasidagi olmosli abrazivlarni kesish tomoni sifatida ishlatadi. Ushbu pichoqlar 0,2 mm gacha nozik bo'lishi mumkin. Kesish paytida ID pichog'i yuqori tezlikda aylanadi, kesiladigan material esa pichoqning markaziga nisbatan radial harakat qiladi va bu nisbiy harakat orqali kesishga erishadi.

Olmos tarmoqli arra tez-tez to'xtash va orqaga qaytishni talab qiladi va kesish tezligi juda past - odatda 2 m / s dan oshmaydi. Ular, shuningdek, sezilarli mexanik aşınma va yuqori texnik xarajatlardan aziyat chekmoqda. Arra pichog'ining kengligi tufayli kesish radiusi juda kichik bo'lishi mumkin emas va ko'p bo'lakli kesish mumkin emas. Ushbu an'anaviy arralash asboblari taglikning qattiqligi bilan cheklangan va kavisli kesmalar qila olmaydi yoki cheklangan burilish radiusiga ega. Ular faqat tekis kesishga qodir, keng yoriqlar 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, shlyuzni kerfga olib boradi, bu esa materialni olib tashlash imkonini beradi. U birinchi navbatda o'zaro harakatlanuvchi strukturani qo'llaydi va hozirda bitta kristalli kremniyni samarali ko'p gofretli kesish uchun etuk va keng qo'llaniladigan usuldir. Biroq, uning SiC kesishda qo'llanilishi kamroq o'rganilgan.

Bepul abraziv simli arra qalinligi 300 mkm dan kam bo'lgan gofretlarni qayta ishlashga qodir. Ular kam kerf yo'qotilishini ta'minlaydi, kamdan-kam hollarda parchalanishga olib keladi va nisbatan yaxshi sirt sifatiga olib keladi. Shu bilan birga, materialni olib tashlash mexanizmi - abraziv moddalarning yuvilishi va chuqurlashishiga asoslanganligi sababli, gofret yuzasi sezilarli qoldiq kuchlanish, mikro yoriqlar va chuqurroq shikastlangan qatlamlarni rivojlantirishga moyildir. Bu gofretning burilishiga olib keladi, sirt profilining aniqligini nazorat qilishni qiyinlashtiradi va keyingi ishlov berish bosqichlarida yukni oshiradi.

Kesish ko'rsatkichiga atala katta ta'sir ko'rsatadi; abraziv moddalarning keskinligini va atala konsentratsiyasini saqlab turish kerak. Atlamani qayta ishlash va qayta ishlash qimmatga tushadi. Katta o'lchamli ingotlarni kesishda abraziv moddalar chuqur va uzun kerflarga kirishda qiyinchiliklarga duch keladi. Bir xil abraziv don o'lchami ostida, kerfning yo'qolishi qattiq abraziv simli arralarga qaraganda kattaroqdir.

1.3 Ruxsat etilgan abraziv olmosli simli arra ko'p simli kesish

Ruxsat etilgan abraziv olmos simli arra odatda olmos zarralarini elektrokaplama, sinterlash yoki qatron bilan bog'lash usullari orqali po'lat simli substratga joylashtirish orqali amalga oshiriladi. Elektrolizlangan olmos simli arralar torroq bo'laklar, yaxshiroq bo'lak sifati, yuqori samaradorlik, past ifloslanish va yuqori qattiqlikdagi materiallarni kesish qobiliyati kabi afzalliklarni taqdim etadi.

Pistonli elektrolizlangan olmos simli arra hozirgi vaqtda SiCni kesish uchun eng keng tarqalgan usul hisoblanadi. 1-rasm (bu erda ko'rsatilmagan) ushbu texnika yordamida kesilgan SiC gofretlarining sirt tekisligini ko'rsatadi. Kesish jarayoni davom etar ekan, gofretning burishishi ortadi. Buning sababi shundaki, sim va material orasidagi aloqa maydoni sim pastga qarab harakatlanayotganda kuchayadi, qarshilik va sim tebranishini oshiradi. Tel gofretning maksimal diametriga yetganda, tebranish eng yuqori cho'qqisida bo'ladi, bu esa maksimal burilishga olib keladi.

Kesishning keyingi bosqichlarida simning tezlashishi, barqaror tezlikda harakatlanishi, sekinlashishi, to'xtashi va teskari aylanishi tufayli, sovutish suvi bilan qoldiqlarni olib tashlashdagi qiyinchiliklar bilan birga, gofretning sirt sifati yomonlashadi. Telning teskari aylanishi va tezlikning o'zgarishi, shuningdek, simdagi yirik olmos zarralari sirt chizishlarining asosiy sabablari hisoblanadi.

1.4 Sovuq ajratish texnologiyasi

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

Kristal orientatsiyasini aniqlash va tashqi diametrni silliqlash: Qayta ishlashdan oldin SiC ingotining kristall yo'nalishini aniqlash kerak. Keyin ingot tashqi diametrli silliqlash orqali silindrsimon tuzilishga (odatda SiC pak deb ataladi) shakllantiriladi. Ushbu qadam keyingi yo'nalishli kesish va kesish uchun asos yaratadi.

Ko'p simli kesish: bu usul silindrsimon ingotni kesish uchun kesish simlari bilan birlashtirilgan abraziv zarralardan foydalanadi. Biroq, u sezilarli kerf yo'qolishi va sirt notekisligi muammolaridan aziyat chekadi.

Lazerni kesish texnologiyasi: kristall ichida o'zgartirilgan qatlam hosil qilish uchun lazer ishlatiladi, undan ingichka bo'laklarni ajratib olish mumkin. Ushbu yondashuv material yo'qotilishini kamaytiradi va qayta ishlash samaradorligini oshiradi, bu uni SiC gofretni kesish uchun istiqbolli yangi yo'nalishga aylantiradi.

Kesish jarayonini optimallashtirish

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

Elektr zaryadsizlanishini qayta ishlash (EDM) va sovuq ajratish texnologiyasi: Bu usullar muayyan talablarga moslashtirilgan diversifikatsiyalangan echimlarni taqdim etadi.

Jilolash jarayoni: Materialni olib tashlash tezligi va sirt shikastlanishini muvozanatlash juda muhimdir. Kimyoviy mexanik polishing (CMP) sirt bir xilligini yaxshilash uchun qo'llaniladi.

Haqiqiy vaqtda monitoring: real vaqtda sirt pürüzlülüğünü kuzatish uchun onlayn tekshirish texnologiyalari joriy etilgan.

Lazerli kesish: Bu usul kerf yo'qotilishini kamaytiradi va ishlov berish davrlarini qisqartiradi, garchi termal ta'sir zonasi qiyin bo'lib qolmoqda.

Gibrid qayta ishlash texnologiyalari: mexanik va kimyoviy usullarni birlashtirish qayta ishlash samaradorligini oshiradi.

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

Mahalliy asbob-uskunalarni ishlab chiqarish jadallashgani sababli, ushbu texnologiya SiC substratini qayta ishlash uchun asosiy yechimga aylanishi kutilmoqda. Yarimo'tkazgichli materiallarning diametri ortib borishi bilan an'anaviy kesish usullari eskirgan. Joriy variantlar orasida pistonli olmos simli arra texnologiyasi eng istiqbolli dastur istiqbollarini ko'rsatadi. Rivojlanayotgan texnika sifatida lazerni kesish muhim afzalliklarni beradi va kelajakda kesishning asosiy usuliga aylanishi kutilmoqda.

2,SiC yagona kristalli silliqlash

Uchinchi avlod yarimo'tkazgichlarining vakili sifatida silikon karbid (SiC) keng tarmoqli oralig'i, yuqori parchalanish elektr maydoni, yuqori to'yingan elektron drift tezligi va mukammal issiqlik o'tkazuvchanligi tufayli muhim afzalliklarni taqdim etadi. Bu xususiyatlar SiC ni yuqori voltli ilovalarda (masalan, 1200V muhitda) ayniqsa foydali qiladi. SiC substratlarini qayta ishlash texnologiyasi qurilma ishlab chiqarishning asosiy qismidir. Substratning sirt sifati va aniqligi epitaksial qatlamning sifatiga va yakuniy qurilmaning ishlashiga bevosita ta'sir qiladi.

Silliqlash jarayonining asosiy maqsadi sirtdagi arra izlarini va kesish paytida yuzaga kelgan shikastlanish qatlamlarini olib tashlash va kesish jarayoni natijasida kelib chiqadigan 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 silliqlash va nozik silliqlashga bo'linadi.

2.1 Dag'al va nozik silliqlash

Abrasiv zarrachalar hajmiga qarab silliqlash quyidagi turlarga bo'linadi:

Dag'al silliqlash: asosan arra izlarini olib tashlash va kesish paytida yuzaga kelgan zarar qatlamlarini olib tashlash, ishlov berish samaradorligini oshirish uchun kattaroq abrazivlardan foydalanadi.

Nozik silliqlash: qo'pol silliqlash natijasida qolgan zarar qatlamini olib tashlash, sirt pürüzlülüğünü kamaytirish va sirt sifatini yaxshilash uchun nozikroq abrazivlardan foydalanadi.

Ko'pgina mahalliy SiC substrat ishlab chiqaruvchilari keng ko'lamli ishlab chiqarish jarayonlaridan foydalanadilar. Keng tarqalgan usul quyma temir plastinka va monokristalli olmosli atala yordamida ikki tomonlama silliqlashni o'z ichiga oladi. Ushbu jarayon simni arralash natijasida qolgan zarar qatlamini samarali ravishda yo'q qiladi, gofret shaklini to'g'rilaydi va TTV (Total Thickness Variation), Bow va Warpni kamaytiradi. Materialni olib tashlash tezligi barqaror, odatda 0,8-1,2 mkm / min ga etadi. Shu bilan birga, hosil bo'lgan gofret yuzasi nisbatan yuqori pürüzlülük bilan mot bo'ladi (odatda taxminan 50 nm), bu keyingi abraziv bosqichlarga yuqori talablarni qo'yadi.

2.2 Bir tomonlama silliqlash

Bir tomonlama silliqlash bir vaqtning o'zida gofretning faqat bir tomonini qayta ishlaydi. Ushbu jarayon davomida gofret mum bilan po'lat plastinka ustiga o'rnatiladi. Amaldagi bosim ostida substrat engil deformatsiyaga uchraydi va yuqori sirt tekislanadi. Taşlamadan keyin pastki sirt tekislanadi. Bosim olib tashlangandan so'ng, ustki yuza o'zining asl shaklini tiklashga intiladi, bu esa allaqachon er osti yuzasiga ham ta'sir qiladi - har ikki tomonning burishishi va tekisligining buzilishiga olib keladi.

Bundan tashqari, silliqlash plitasi qisqa vaqt ichida konkavga aylanishi mumkin, bu esa gofretning konveksga aylanishiga olib keladi. Plitaning tekisligini saqlab qolish uchun tez-tez kiyinish kerak. Past samaradorlik va gofret tekisligi tufayli bir tomonlama silliqlash ommaviy ishlab chiqarish uchun mos emas.

Odatda, # 8000 silliqlash g'ildiraklari nozik silliqlash uchun ishlatiladi. Yaponiyada bu jarayon nisbatan etuk va hatto #30000 polishing g'ildiraklaridan foydalanadi. Bu qayta ishlangan gofretlarning sirt pürüzlülüğünü 2 nm dan pastroqqa etkazish imkonini beradi, bu esa gofretlarni qo'shimcha ishlovsiz yakuniy CMP (Kimyoviy mexanik polishing) ga tayyor qiladi.

2.3 Bir tomonlama yupqalash texnologiyasi

Olmosning bir tomonlama yupqalash texnologiyasi - bu bir tomonlama silliqlashning yangi usuli. 5-rasmda ko'rsatilganidek (bu erda ko'rsatilmagan), jarayon olmos bilan bog'langan silliqlash plitasidan foydalanadi. Gofret vakuum adsorbsiyasi orqali o'rnatiladi, gofret ham, olmosli silliqlash g'ildiragi ham bir vaqtning o'zida aylanadi. Gofretni maqsadli qalinlikka yupqalash uchun silliqlash g'ildiragi asta-sekin pastga siljiydi. Bir tomoni tugallangandan so'ng, gofret boshqa tomonini qayta ishlash uchun aylantiriladi.

Yupqalashdan keyin 100 mm gofret quyidagi natijalarga erishishi mumkin:

Kamon <5 mkm

TTV < 2 mkm

Yuzaki pürüzlülük < 1 nm

Ushbu bitta gofretli ishlov berish usuli yuqori barqarorlik, mukammal mustahkamlik va yuqori materiallarni olib tashlash tezligini ta'minlaydi. An'anaviy ikki tomonlama silliqlash bilan solishtirganda, bu usul silliqlash samaradorligini 50% dan ortiq oshiradi.

2.4 Ikki tomonlama silliqlash

Ikki tomonlama silliqlash substratning ikkala tomonini bir vaqtning o'zida silliqlash uchun yuqori va pastki silliqlash plitasidan foydalanadi va har ikki tomonning mukammal sirt sifatini ta'minlaydi.

Jarayon davomida silliqlash plitalari birinchi navbatda ishlov beriladigan qismning eng yuqori nuqtalariga bosim o'tkazadi, bu esa deformatsiyaga va bu nuqtalarda asta-sekin materiallarni olib tashlashga olib keladi. Yuqori dog'lar tekislanganda, taglikdagi bosim asta-sekin bir xil bo'lib, butun sirt bo'ylab izchil deformatsiyaga olib keladi. Bu ham yuqori, ham pastki yuzalarni bir tekis silliqlash imkonini beradi. Silliqlash tugallangach va bosim chiqarilgandan so'ng, substratning har bir qismi boshdan kechirgan teng bosim tufayli bir xilda tiklanadi. Bu minimal egrilikka va yaxshi tekislikka olib keladi.

Silliqlashdan keyin gofretning sirt pürüzlülüğü abraziv zarrachalar hajmiga bog'liq - kichikroq zarrachalar silliqroq yuzalar hosil qiladi. Ikki tomonlama silliqlash uchun 5 mkm abrazivlardan foydalanilganda, gofret tekisligi va qalinligi o'zgarishi 5 mkm ichida nazorat qilinishi mumkin. Atom kuch mikroskopiyasi (AFM) o'lchovlari sirt pürüzlülüğünü (Rq) taxminan 100 nm, chuqurligi 380 nm gacha bo'lgan silliqlash chuqurlarini va abraziv ta'sirdan kelib chiqadigan chiziqli belgilarni ko'rsatadi.

Keyinchalik ilg'or usul polikristalli olmosli atala bilan birlashtirilgan poliuretan ko'pikli yostiqlar yordamida ikki tomonlama silliqlashni o'z ichiga oladi. Bu jarayonda sirt pürüzlülüğü juda past bo'lgan, Ra < 3 nm ga erishadigan gofretlar ishlab chiqariladi, bu SiC substratlarini keyingi parlatish uchun juda foydali.

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

SiC monokristallarini sayqallash

Silikon karbid (SiC) gofretlarida yuqori sifatli sayqallangan sirtga erishish uchun silliqlash chuqurchalar va nanometr miqyosdagi sirt to'lqinlarini butunlay olib tashlashi kerak. Maqsad ifloslanish yoki buzilish, er osti shikastlanishi va qoldiq sirt stressisiz silliq, nuqsonsiz sirt ishlab chiqarishdir.

3.1 SiC gofretlarini mexanik jilo va CMP

SiC yagona kristalli ingotning o'sishidan so'ng, sirt nuqsonlari uni epitaksial o'sish uchun bevosita ishlatishga to'sqinlik qiladi. Shuning uchun qo'shimcha ishlov berish talab etiladi. Quyma avval yaxlitlash orqali standart silindrsimon shaklga keltiriladi, so'ngra simni kesish yordamida gofretlarga bo'linadi, so'ngra kristallografik yo'nalishni tekshirish. Cilalash gofret sifatini yaxshilash, kristall o'sishi nuqsonlari va oldingi ishlov berish bosqichlari natijasida yuzaga kelishi mumkin bo'lgan sirt shikastlanishini bartaraf etishda muhim qadamdir.

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

Mexanik jilo: oddiy, ammo tirnalgan joylarni qoldiradi; dastlabki silliqlash uchun javob beradi.

Kimyoviy mexanik jilo (CMP): Kimyoviy qirqish orqali tirnalgan joylarni olib tashlaydi; nozik polishing uchun javob beradi.

Vodorod bilan ishlov berish: HTCVD jarayonlarida keng qo'llaniladigan murakkab uskunalarni talab qiladi.

Plazma yordamida parlatish: murakkab va kamdan-kam qo'llaniladi.

Faqat mexanik polishing tirnalishga olib keladi, faqat kimyoviy jilo esa notekis surtishga olib kelishi mumkin. CMP ikkala afzalliklarni birlashtiradi va samarali, tejamkor yechim taklif qiladi.

CMP ishlash printsipi

CMP, gofretni o'rnatilgan bosim ostida aylanadigan polishing padiga qarshi aylantirish orqali ishlaydi. Ushbu nisbiy harakat, ataladagi nano-o'lchamdagi abrazivlardan mexanik ishqalanish va reaktiv moddalarning kimyoviy ta'siri bilan birgalikda sirt planarizatsiyasiga erishadi.

Ishlatilgan asosiy materiallar:

Cilalovchi atala: abraziv moddalar va kimyoviy reagentlarni o'z ichiga oladi.

Jilo yostig'i: foydalanish paytida eskirib, gözenek hajmini va atala yetkazib berish samaradorligini kamaytiradi. Pürüzlülüğü tiklash uchun, odatda, olmos shkafi yordamida muntazam kiyinish talab qilinadi.

Oddiy CMP jarayoni

Abraziv: 0,5 mkm olmosli bulamaç

Maqsadli sirt pürüzlülüğü: ~0,7 nm

Kimyoviy mexanik jilo:

Jilolash uskunasi: AP-810 bir tomonlama silliqlash mashinasi

Bosim: 200 g/sm²

Plitalar tezligi: 50 rpm

Seramika ushlagichining tezligi: 38 rpm

Suyuqlik tarkibi:

SiO₂ (30 og'irlik%, pH = 10,15)

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

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

Atlama oqimi tezligi: 3 L/min, sirkulyatsiya

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

Mexanik polishingda texnik muammolar

SiC keng tarmoqli yarimo'tkazgich sifatida elektronika sanoatida muhim rol o'ynaydi. Zo'r jismoniy va kimyoviy xususiyatlarga ega bo'lgan SiC monokristallari yuqori harorat, yuqori chastota, yuqori quvvat va radiatsiya qarshiligi kabi ekstremal muhitlar uchun javob beradi. Biroq, uning qattiq va mo'rt tabiati silliqlash va parlatish uchun katta qiyinchiliklarni keltirib chiqaradi.

Etakchi jahon ishlab chiqaruvchilari 6 dyuymli gofretdan 8 dyuymli gofretga o'tayotganda, ishlov berish jarayonida yorilish va gofretning shikastlanishi kabi muammolar yanada sezilarli bo'lib, hosildorlikka sezilarli ta'sir ko'rsatdi. 8 dyuymli SiC substratlarining texnik muammolarini hal qilish endi sanoat rivojlanishining asosiy mezonidir.

8 dyuymli davrda SiC gofretni qayta ishlash ko'plab muammolarga duch keladi:

Gofret shkalasi har partiyaga chip ishlab chiqarishni ko'paytirish, chekka yo'qotishlarni kamaytirish va ishlab chiqarish xarajatlarini kamaytirish uchun zarur, ayniqsa elektr transport vositalariga talab ortib borayotganini hisobga olgan holda.

8 dyuymli SiC monokristallarining o'sishi pishgan bo'lsa-da, silliqlash va parlatish kabi orqa jarayonlar hali ham qiyinchiliklarga duch kelmoqda, bu esa past rentabellikka olib keladi (faqat 40-50%).

Kattaroq gofretlar bosimning yanada murakkab taqsimlanishini boshdan kechiradi, bu polishing stressini boshqarish qiyinligini va hosilning mustahkamligini oshiradi.

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

Kesish bilan bog'liq stress, burilish va yorilishni kamaytirish uchun lazerli kesish tobora ko'proq foydalanilmoqda. Biroq:

Uzoq to'lqinli lazerlar termal shikastlanishga olib keladi.

Qisqa to'lqin uzunlikdagi lazerlar og'ir qoldiqlarni hosil qiladi va shikastlangan qatlamni chuqurlashtiradi, polishing murakkabligini oshiradi.

SiC uchun mexanik polishing ish jarayoni

Umumiy jarayon oqimi quyidagilarni o'z ichiga oladi:

Orientatsiya kesish

Dag'al silliqlash

Nozik silliqlash

Mexanik parlatish

Yakuniy bosqich sifatida kimyoviy mexanik polishing (CMP).

CMP usulini tanlash, jarayon yo'nalishini loyihalash va parametrlarni optimallashtirish juda muhimdir. Yarimo'tkazgichlarni ishlab chiqarishda CMP yuqori sifatli epitaksial o'sish uchun zarur bo'lgan ultra silliq, nuqsonsiz va zararsiz yuzalarga ega SiC gofretlarini ishlab chiqarish uchun hal qiluvchi qadamdir.

(a) SiC quymasini tigeldan olib tashlang;

(b) tashqi diametrli silliqlash yordamida dastlabki shakllantirishni amalga oshirish;

(c) tekislash tekisliklari yoki tirqishlari yordamida kristall yo'nalishini aniqlang;

(d) ko'p simli arra yordamida ingotni yupqa gofretlarga bo'ling;

(e) silliqlash va silliqlash bosqichlari orqali oynaga o'xshash sirt silliqligiga erishing.

Bir qator ishlov berish bosqichlarini tugatgandan so'ng, SiC gofretining tashqi qirrasi ko'pincha o'tkir bo'lib qoladi, bu esa ishlov berish yoki foydalanish paytida parchalanish xavfini oshiradi. Bunday mo'rtlikni oldini olish uchun chekka silliqlash talab qilinadi.

An'anaviy kesish jarayonlariga qo'shimcha ravishda, SiC gofretlarini tayyorlashning innovatsion usuli bog'lash texnologiyasini o'z ichiga oladi. Ushbu yondashuv yupqa SiC yagona kristalli qatlamini heterojen substratga (qo'llab-quvvatlovchi substrat) yopishtirish orqali gofret ishlab chiqarish imkonini beradi.

3-rasmda jarayonning borishi ko'rsatilgan:

Birinchidan, vodorod ioni implantatsiyasi yoki shunga o'xshash usullar yordamida SiC monokristalining yuzasida ma'lum bir chuqurlikda delaminatsiya qatlami hosil bo'ladi. Keyin qayta ishlangan SiC monokristal tekis qo'llab-quvvatlovchi substratga yopishtiriladi va bosim va issiqlik ta'siriga duchor bo'ladi. Bu SiC monokristalli qatlamini qo'llab-quvvatlovchi 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, arzon narxlardagi gofret ishlab chiqarishni ta'minlash uchun tadqiqot va ishlanmalar faol rivojlanmoqda.

SiC ning yuqori qattiqligi va kimyoviy barqarorligini hisobga olgan holda - bu uni xona haroratidagi reaktsiyalarga chidamli qiladi - nozik silliqlash chuqurlarini olib tashlash, sirt shikastlanishini kamaytirish, chizish, chuqurlik va apelsin qobig'i nuqsonlarini bartaraf etish, sirt pürüzlülüğünü pasaytirish, tekislikni yaxshilash va sirt sifatini yaxshilash uchun mexanik silliqlash talab qilinadi.

Yuqori sifatli silliqlangan sirtga erishish uchun quyidagilar zarur:

Abraziv turlarini sozlash,

Zarrachalar hajmini kamaytirish,

Jarayon parametrlarini optimallashtirish,

Kerakli qattiqlikdagi abraziv materiallar va prokladkalarni tanlang.

7-rasmda ko'rsatilgandek, 1 mkm abrazivlar bilan ikki tomonlama abraziv silliqlash 10 mkm ichida tekislik va qalinlik o'zgarishini nazorat qilishi va sirt pürüzlülüğünü taxminan 0,25 nm gacha kamaytirishi mumkin.

3.2 Kimyoviy mexanik jilo (CMP)

Kimyoviy mexanik jilo (CMP) ishlov beriladigan materialda silliq, tekis sirt hosil qilish uchun o'ta nozik zarrachalarning ishqalanishini kimyoviy qirqish bilan birlashtiradi. Asosiy printsip:

Cilalanadigan atala va gofret yuzasi o'rtasida kimyoviy reaktsiya yuzaga keladi va yumshoq qatlam hosil qiladi.

Aşındırıcı zarralar va yumshoq qatlam orasidagi ishqalanish materialni olib tashlaydi.

CMP afzalliklari:

Sof mexanik yoki kimyoviy parlatishning kamchiliklarini bartaraf qiladi,

Global va mahalliy planarizatsiyaga erishadi,

Yuqori tekislik va past pürüzlülükli sirtlarni ishlab chiqaradi,

Hech qanday sirt yoki er osti zararini qoldirmaydi.

Batafsil:

Gofret bosim ostida polishing padiga nisbatan harakat qiladi.

Nanometr shkalasidagi abraziv moddalar (masalan, SiO₂) shilinishda ishtirok etadi, Si-C kovalent aloqalarini zaiflashtiradi va materialni olib tashlashni kuchaytiradi.

CMP texnikasining turlari:

Bepul abraziv jilo: abraziv moddalar (masalan, SiO₂) atala ichida to'xtatiladi. Materialni olib tashlash uch korpusli ishqalanish (gofret-pad-abraziv) orqali sodir bo'ladi. Bir xillikni yaxshilash uchun abraziv o'lcham (odatda 60-200 nm), pH va haroratni aniq nazorat qilish kerak.

Ruxsat etilgan abraziv polishing: abraziv moddalar aglomeratsiyani oldini olish uchun abraziv maydonchaga o'rnatilgan - yuqori aniqlikdagi ishlov berish uchun ideal.

Cilalanishdan keyingi tozalash:

Sayqallangan gofretlar quyidagilardan iborat:

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

DI suv bilan yuvish, va

Issiq azotli quritish

sirt ifloslantiruvchi moddalarni minimallashtirish uchun.

Sirt sifati va unumdorligi

Yuzaki pürüzlülüğü Ra < 0,3 nm gacha kamaytirish mumkin, bu yarimo'tkazgich epitaksisi talablariga javob beradi.

Global planarizatsiya: Kimyoviy yumshatilish va mexanik olib tashlashning kombinatsiyasi tirnalgan va notekis ishlov berishni kamaytiradi, sof mexanik yoki kimyoviy usullardan ustun turadi.

Yuqori samaradorlik: SiC kabi qattiq va mo'rt materiallar uchun javob beradi, materiallarni olib tashlash tezligi 200 nm / soat dan yuqori.

Boshqa rivojlanayotgan polishing texnikalari

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

Elektrokimyoviy parlatish, Katalizator yordamida parlatish yoki silliqlash va

Tribokimyoviy polishing.

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

Oxir oqibat, SiC qayta ishlash sirt sifatini yaxshilash uchun burish va pürüzlülüğü kamaytirishning bosqichma-bosqich jarayoni bo'lib, bu erda tekislik va pürüzlülük nazorati har bir bosqichda juda muhimdir.

Qayta ishlash texnologiyasi

Gofretni silliqlash bosqichida gofretni kerakli tekislikka va sirt pürüzlülüğüne qadar maydalash uchun har xil zarracha o'lchamiga ega olmosli atala ishlatiladi. Shundan so'ng, mexanik va kimyoviy mexanik polishing (CMP) usullaridan foydalangan holda, shikastlanmagan sayqallangan silikon karbid (SiC) gofretlarini ishlab chiqarish uchun polishing amalga oshiriladi.

Cilalangandan so'ng, SiC gofretlari barcha texnik parametrlarning talab qilinadigan standartlarga javob berishini ta'minlash uchun optik mikroskoplar va rentgen difraktometrlari kabi asboblar yordamida qattiq sifat tekshiruvidan o'tadi. Nihoyat, sayqallangan gofretlar sirtdagi ifloslantiruvchi moddalarni olib tashlash uchun maxsus tozalash vositalari va ultra toza suv yordamida tozalanadi. Keyin ular ultra yuqori toza azotli gaz va spin quritgichlar yordamida quritiladi va butun ishlab chiqarish jarayonini yakunlaydi.

Ko'p yillik sa'y-harakatlardan so'ng, Xitoyda SiC monokristalni qayta ishlashda sezilarli yutuqlarga erishildi. Mamlakatda 100 mm qo'shilgan yarim izolyatsion 4H-SiC monokristallari muvaffaqiyatli ishlab chiqilgan va n-tipli 4H-SiC va 6H-SiC monokristallari endi partiyalarda ishlab chiqarilishi mumkin. TankeBlue va TYST kabi kompaniyalar allaqachon 150 mm SiC monokristallarini ishlab chiqqan.

SiC gofretni qayta ishlash texnologiyasi nuqtai nazaridan mahalliy muassasalar kristall kesish, maydalash va parlatish uchun jarayon sharoitlari va yo'llarini oldindan o'rganib chiqdilar. Ular asosan qurilma ishlab chiqarish talablariga javob beradigan namunalarni ishlab chiqarishga qodir. Biroq, xalqaro standartlar bilan taqqoslaganda, mahalliy gofretlarning sirtini qayta ishlash sifati hali ham sezilarli darajada orqada qolmoqda. Bir nechta muammolar mavjud:

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

Jarayonni takomillashtirish va optimallashtirish bo'yicha nazariy tadqiqotlar va yordam etishmasligi mavjud.

Xorijiy asbob-uskunalar va butlovchi qismlarni import qilish narxi yuqori.

Uskunalar dizayni, ishlov berish aniqligi va materiallar bo'yicha mahalliy tadqiqotlar hali ham xalqaro darajalarga nisbatan sezilarli bo'shliqlarni ko'rsatmoqda.

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

Uchinchi avlod yarimo'tkazgichlarining doimiy rivojlanishi bilan SiC monokristalli substratlarning diametri doimiy ravishda oshib bormoqda va sirtni qayta ishlash sifatiga yuqori talablar qo'yiladi. Gofretni qayta ishlash texnologiyasi SiC yagona kristalli o'sishidan keyin eng texnik jihatdan qiyin bosqichlardan biriga aylandi.

Qayta ishlashdagi mavjud muammolarni hal qilish uchun kesish, silliqlash va parlatish bilan bog'liq mexanizmlarni qo'shimcha o'rganish va SiC gofret ishlab chiqarish uchun mos jarayon usullari va yo'llarini o'rganish kerak. Shu bilan birga, yuqori sifatli tagliklarni ishlab chiqarish uchun ilg'or xalqaro qayta ishlash texnologiyalarini o'rganish va eng zamonaviy ultra aniq ishlov berish texnikasi va uskunalarini o'zlashtirish kerak.

Gofret kattalashgani sari kristall o'sishi va qayta ishlash qiyinligi ham ortadi. Biroq, quyi oqim qurilmalarining ishlab chiqarish samaradorligi sezilarli darajada yaxshilanadi va birlik narxi kamayadi. Hozirgi vaqtda asosiy SiC gofret yetkazib beruvchilari butun dunyo bo'ylab diametri 4 dyuymdan 6 dyuymgacha bo'lgan mahsulotlarni taklif qilishadi. Cree va II-VI kabi etakchi kompaniyalar allaqachon 8 dyuymli SiC gofret ishlab chiqarish liniyalarini ishlab chiqishni rejalashtirishni boshladilar.