Ҳолати кунунӣ ва тамоюлҳои технологияи коркарди Wafer SiC

Ҳамчун маводи субстрати нимноқилҳои насли сеюм,карбиди кремний (SiC)монокристалл дорои дурнамои васеи татбиқ дар истеҳсоли дастгоҳҳои электронии басомади баланд ва пуриқтидор мебошад. Технологияи коркарди SiC дар истеҳсоли маводи баландсифати субстрат нақши ҳалкунанда мебозад. Ин мақола вазъи кунунии таҳқиқотро оид ба технологияҳои коркарди SiC ҳам дар Чин ва ҳам дар хориҷа, таҳлил ва муқоисаи механизмҳои буридан, суфтакунӣ ва сайқал додан, инчунин тамоюлҳои ҳамворӣ ва ноҳамвории рӯизаминиро муаррифӣ мекунад. Он инчунин ба мушкилоти мавҷуда дар коркарди вафли SiC ишора мекунад ва самтҳои рушди ояндаро баррасӣ мекунад.

Карбиди кремний (SiC)вафлиҳо маводи муҳими бунёдии дастгоҳҳои нимноқилҳои насли сеюм мебошанд ва аҳамияти назаррас ва потенсиали бозорро дар чунин соҳаҳо, ба монанди микроэлектроника, электроникаи энергетикӣ ва равшании нимноқилҳо доранд. Аз сабаби сахтӣ ва устувории химиявии хеле баландЯккристаллҳои SiC, усулҳои коркарди анъанавии нимноқилҳо барои коркарди онҳо комилан мувофиқ нестанд. Гарчанде ки бисёре аз ширкатҳои байналмилалӣ оид ба коркарди аз ҷиҳати техникӣ серталаби монокристалҳои SiC тадқиқоти васеъ анҷом додаанд, технологияҳои дахлдор ба таври қатъӣ махфӣ нигоҳ дошта мешаванд.

Дар солҳои охир, Чин кӯшишҳоро дар таҳияи мавод ва дастгоҳҳои монокристалии SiC афзоиш дод. Аммо, пешрафти технологияи дастгоҳи SiC дар кишвар дар айни замон бо маҳдудиятҳо дар технологияҳои коркард ва сифати вафли маҳдуд аст. Аз ин рӯ, барои Чин барои баланд бардоштани сифати субстратҳои монокристалии SiC ва ноил шудан ба татбиқи амалии онҳо ва истеҳсоли оммавӣ қобилияти коркарди SiC муҳим аст.

Марҳилаҳои асосии коркард иборатанд аз: буридан → суфтакунии дағал → суфтакунии ҷарима → сайқал додани ноҳамвор (полишкунии механикӣ) → сайқал додани ҷарима (полишкунии механикии химиявӣ, CMP) → санҷиш.

Буридани кристалҳои ягонаи SiC

Дар коркардиЯккристаллҳои SiC, буридан кадами аввалин ва хеле мухим аст. Камон, буриш ва тағирёбии умумии ғафсӣ (TTV) дар натиҷаи раванди буридан сифат ва самаранокии амалиёти минбаъдаи суфтакунӣ ва сайқал доданро муайян мекунад.

Асбобҳои буриданро аз рӯи шакл ба арраҳои диаметри дарунӣ (ID), арраҳои диаметри берунӣ (OD), арраҳои тасмавӣ ва арраҳои симӣ гурӯҳбандӣ кардан мумкин аст. Арраҳои симӣ, дар навбати худ, метавонанд аз рӯи намуди ҳаракаташон ба системаҳои сими мутақобила ва ҳалқа (беохир) тасниф карда шаванд. Вобаста ба механизми буридани абразив, усулҳои буридани сими арраро ба ду намуд тақсим кардан мумкин аст: арра кардани сими абразивии ройгон ва арраи сими алмосии абразивӣ.

1.1 Усулҳои анъанавии буриш

Чуқурии буридани арраҳои диаметри берунӣ (OD) бо диаметри теса маҳдуд аст. Дар ҷараёни буридан, майса ба ларзиш ва инҳироф моил аст, ки дар натиҷа сатҳи баланди садо ва сахтии заиф мегардад. Арраҳои диаметри дарунӣ (ID) абразивҳои алмосиро дар атрофи даруни майса ҳамчун канори буриш истифода мебаранд. Ин баргҳо метавонанд то 0,2 мм лоғар бошанд. Ҳангоми буридан, майсаи ID бо суръати баланд давр мезанад, дар ҳоле ки маводи буридашаванда нисбат ба маркази майса радиатсионӣ ҳаракат мекунад ва ба буридани ин ҳаракати нисбӣ ноил мешавад.

Арраҳои тасмаҳои алмосӣ зуд-зуд таваққуф ва бозгаштро талаб мекунанд ва суръати буридан хеле паст аст - маъмулан аз 2 м/с зиёд нест. Онҳо инчунин аз фарсудашавии назарраси механикӣ ва хароҷоти баланди нигоҳдорӣ азоб мекашанд. Аз сабаби паҳнои теғи арра радиуси буридан аз ҳад зиёд хурд буда наметавонад ва буридани чандпора имконнопазир аст. Ин асбобҳои анъанавии арраро сахтии пойгоҳ маҳдуд мекунанд ва наметавонанд буриши каҷро анҷом диҳанд ё радиусҳои гардиши маҳдуд дошта бошанд. Онҳо танҳо қобилияти буридани рост доранд, рахҳои васеъ истеҳсол мекунанд, сатҳи пасти ҳосил доранд ва аз ин рӯ барои буридан корношоям нестанд.Кристаллҳои SiC.

1.2 Озод Abrasive Wire Дидам Мулти-сим буриш

Технологияи буридани сими бепули абразивӣ ҳаракати босуръати симро барои интиқоли шлам ба керф истифода мебарад, ки имкон медиҳад, ки мавод хориҷ карда шавад. Он пеш аз ҳама сохтори мутақобиларо истифода мебарад ва дар айни замон як усули пухта ва ба таври васеъ истифодашаванда барои буридани самараноки бисёрқабата кремнийи яккристалл мебошад. Аммо, истифодаи он дар буридани SiC камтар омӯхта шудааст.

Арраҳои сими абразивӣ метавонанд вафлиҳоро бо ғафсӣ камтар аз 300 мкм коркард кунанд. Онҳо талафоти ками kerf-ро пешниҳод мекунанд, хеле кам ба чипшавӣ оварда мерасонанд ва боиси сифати нисбатан хуби рӯизаминӣ мешаванд. Бо вуҷуди ин, аз сабаби механизми аз байн бурдани мавод - дар асоси ғелонда ва воридшавии абразивҳо - сатҳи вафли ба ташаккули фишори назарраси боқимонда, микрокракҳо ва қабатҳои амиқи осеб дучор мешавад. Ин боиси вайроншавии пластинка мегардад, назорати дақиқии профили рӯизаминиро мушкил мекунад ва сарбориро дар марҳилаҳои минбаъдаи коркард зиёд мекунад.

Иҷрои буридан аз slurry сахт таъсир мерасонад; тезу тунд будани моддахои абразивй ва кон-центрацияи шламро нигох доштан лозим аст. Табобат ва коркарди он гарон аст. Ҳангоми буридани зарфҳои калонҳаҷм, абразивҳо ба сӯрохиҳои чуқур ва дароз ворид шудан душворӣ мекашанд. Дар доираи ҳамон андозаи донаи абразивӣ, талафоти kerf нисбат ба арраҳои сими собит-абразивӣ зиёдтар аст.

1.3 Собит Abrasive Diamond Wire Дидам Мулти-сим буриш

Арраҳои собит сими алмосии абразивӣ одатан тавассути ворид кардани зарраҳои алмос ба субстрати сими пӯлод тавассути усулҳои электроплинг, агломератсия ё қатрон пайваст карда мешаванд. Арраҳои сими алмосии электролизӣ бартариҳоеро пешниҳод мекунанд, аз қабили буришҳои тангтар, сифати беҳтари бурида, самаранокии баланд, ифлосшавии камтар ва қобилияти буридани маводи сахтгирии баланд.

Арраи сими алмосии пневматикӣ дар айни замон усули васеътари буридани SiC мебошад. Тасвири 1 (дар ин ҷо нишон дода нашудааст) ҳамвории рӯи вафли SiC-ро бо истифода аз ин усул бурида нишон медиҳад. Вақте ки буридан пеш меравад, вараҷаи вафли зиёд мешавад. Ин дар он аст, ки майдони алоқаи байни сим ва мавод ҳангоми ба поён ҳаракат кардани сим зиёд шуда, муқовимат ва ларзиши симро зиёд мекунад. Вақте ки сим ба диаметри максималии вафли мерасад, ларзиш ба авҷи худ мерасад, ки дар натиҷа ҳадди аксар чанг мешавад.

Дар марҳалаҳои минбаъдаи буридан аз сабаби суръатбахшии сим, ҳаракати устувори суръат, сустшавӣ, таваққуф ва баргардонидан, дар баробари душвориҳо дар тоза кардани партовҳо бо яхдон, сифати сатҳи пластинка бад мешавад. Баргардонидани сим ва тағирёбии суръат, инчунин зарраҳои калони алмос дар сим, сабабҳои асосии харошиданҳои рӯи он мебошанд.

1.4 Технологияи ҷудокунии хунук

Ҷудокунии сарди яккристаллҳои SiC як раванди навоварона дар соҳаи коркарди маводи нимноқилҳои насли сеюм мебошад. Дар солхои охир вай бо афзалиятхои намоёни худ дар баланд бардоштани хосилнокй ва кам кардани талафи моддй диккати калон пайдо кард. Технологияро аз се ҷиҳат таҳлил кардан мумкин аст: принсипи кор, ҷараёни раванд ва бартариҳои асосӣ.

Муайян кардани самти кристалл ва суфтакунии диаметри берунӣ: Пеш аз коркард, ориентацияи кристаллии гулоби SiC бояд муайян карда шавад. Пас аз он гулбача тавассути суфтакунии диаметри берунӣ ба сохтори силиндрӣ (одатан шайба SiC номида мешавад) шакл дода мешавад. Ин қадам барои буридан ва буридани минбаъдаи самт асос мегузорад.

Буридани бисёр сим: Ин усул зарраҳои абразивиро дар якҷоягӣ бо симҳои буриш барои буридани зарфи силиндрӣ истифода мебарад. Бо вуҷуди ин, он аз талафоти назарраси kerf ва мушкилоти нобаробарӣ дар рӯи замин азият мекашад.

Технологияи буриши лазерӣ: Лазер барои ташаккули қабати тағирёфта дар дохили кристалл истифода мешавад, ки аз он буридаҳои тунукро ҷудо кардан мумкин аст. Ин равиш талафоти моддиро коҳиш медиҳад ва самаранокии коркардро баланд мебардорад ва онро як самти нави ояндадор барои буридани вафли SiC месозад.

Оптимизатсияи равандҳои буридан

Буриши собит абразизии бисёрсоҳавӣ: Ин дар айни замон технологияи асосӣ мебошад, ки барои хусусиятҳои сахтии баланди SiC мувофиқ аст.

Коркарди разряди электрикӣ (EDM) ва технологияи ҷудокунии сард: Ин усулҳо ҳалли диверсификатсияро, ки ба талаботи мушаххас мутобиқ карда шудаанд, таъмин мекунанд.

Раванди сайқалдиҳӣ: Мувозинат кардани суръати тозакунии мавод ва зарари рӯизаминӣ муҳим аст. Полиши механикии химиявӣ (CMP) барои беҳтар кардани якрангии рӯи замин истифода мешавад.

Мониторинги воқеии вақт: Технологияҳои санҷиши онлайн барои назорат кардани ноҳамворӣ дар вақти воқеӣ ҷорӣ карда мешаванд.

Буридаи лазерӣ: Ин усул талафоти керфро коҳиш медиҳад ва давраҳои коркардро кӯтоҳ мекунад, гарчанде ки минтақаи зарардидаи гармӣ мушкил боқӣ мемонад.

Технологияҳои коркарди гибридӣ: Омезиши усулҳои механикӣ ва кимиёвӣ самаранокии коркардро афзоиш медиҳад.

Ин технология аллакай ба татбиқи саноатӣ ноил шудааст. Масалан, Infineon SILTECTRA-ро ба даст овард ва ҳоло дорои патентҳои асосӣ мебошад, ки истеҳсоли оммавии вафли 8 дюймиро дастгирӣ мекунад. Дар Чин, ширкатҳо ба монанди Delong Laser самаранокии истеҳсоли 30 вафли барои коркарди 6 дюймаи вафлиро ба даст овардаанд, ки нисбат ба усулҳои анъанавӣ 40% беҳтар шудааст.

Бо суръат бахшидани истеҳсоли таҷҳизоти ватанӣ, интизор меравад, ки ин технология ҳалли асосии коркарди субстрати SiC гардад. Бо афзоиши диаметри масолехи нимноқилӣ усулҳои анъанавии буридан кӯҳна шудаанд. Дар байни вариантҳои ҷорӣ, технологияи арраи сими алмосӣ дурнамои бештари татбиқро нишон медиҳад. Буридани лазерӣ ҳамчун як усули пайдошуда бартариҳои назаррас пешкаш мекунад ва интизор меравад, ки дар оянда усули асосии буридан гардад.

2,SiC Single Crystal дастос

Ҳамчун намояндаи нимноқилҳои насли сеюм, карбиди кремний (SiC) аз ҳисоби фосилаи васеъи худ, майдони баланди шикастани барқ, суръати баланди гардиши электронҳо ва гузариши аълои гармӣ бартариҳои назаррас пешкаш мекунад. Ин хосиятҳо SiC-ро махсусан дар барномаҳои баландшиддат (масалан, муҳитҳои 1200В) бартарӣ медиҳанд. Технологияи коркарди субстратҳои SiC қисми асосии истеҳсоли дастгоҳ мебошад. Сифати рӯизаминӣ ва дақиқии субстрат ба сифати қабати эпитаксиалӣ ва кори дастгоҳи ниҳоӣ бевосита таъсир мерасонад.

Мақсади асосии раванди суфтакунӣ аз бартараф кардани аломатҳои арра ва қабатҳои зарардида ҳангоми буридан ва ислоҳи деформатсия, ки дар натиҷаи буридан ба вуҷуд омадааст, мебошад. Бо назардошти сахтии ниҳоят баланди SiC, дастос истифодаи абразивҳои сахт ба монанди карбиди бор ё алмосро талаб мекунад. Суфтакунии анъанавӣ одатан ба дастоскунии дағал ва суфтакунии майда тақсим карда мешавад.

2.1 Суфтакунии дағал ва майда

Аз рӯи андозаи зарраҳои абразивӣ, суфтакуниро метавон гурӯҳбандӣ кард:

Суфтакунии дағал: Абразивҳои калонтарро пеш аз ҳама барои нест кардани аломатҳои арра ва қабатҳои осебе, ки ҳангоми буридан ба амал омадаанд, истифода мебарад ва самаранокии коркардро беҳтар мекунад.

Суфтакунии нозук: Барои нест кардани қабати зараре, ки дар натиҷаи суфтакунии дағал боқӣ мондааст, абразивҳои майдатарро истифода мебарад, ноҳамвории рӯи заминро коҳиш медиҳад ва сифати рӯизаминиро беҳтар мекунад.

Бисёре аз истеҳсолкунандагони субстратҳои ватании SiC равандҳои бузурги истеҳсолиро истифода мебаранд. Усули маъмулӣ дастоскунии дутарафаро бо истифода аз табақи оҳанин ва шлами алмоси монокристаллӣ дар бар мегирад. Ин раванд қабати зарареро, ки аз буридани сим боқӣ мондааст, ба таври муассир нест мекунад, шакли вафлиро ислоҳ мекунад ва TTV (Тағйирёбии умумии ғафсӣ), камон ва варпаро коҳиш медиҳад. Суръати тозакунии мавод мӯътадил буда, маъмулан ба 0,8-1,2 мкм/дақ мерасад. Бо вуҷуди ин, сатҳи вафли ҳосилшуда матт буда, ноҳамвории нисбатан баланд аст - маъмулан тақрибан 50 нм - ки ба қадамҳои минбаъдаи сайқал додани талаботҳои баландтар мегузорад.

2.2 Суфтакунии яктарафа

Суфтакунии яктарафа дар як вақт танҳо як тарафи вафлиро коркард мекунад. Дар рафти ин процесс вафель ба пластинкаи пулодй бо мум васл карда мешавад. Дар зери фишори амалй субстрат каме деформация шуда, сатхи боло хамвор мешавад. Пас аз суфтакунӣ сатҳи поёнӣ ҳамвор карда мешавад. Вақте ки фишор хориҷ карда мешавад, сатҳи болоӣ ба шакли аслии худ бармегардад, ки он инчунин ба сатҳи поёнии аллакай заминшуда таъсир мерасонад - боиси каҷ шудани ҳарду ҷониб ва паст шудани ҳамвор мегардад.

Гузашта аз ин, табақи суфтакунанда метавонад дар як муддати кӯтоҳ конкав шавад, ки ин боиси конвекӣ мегардад. Барои нигоҳ доштани ҳамвории табақ, зуд-зуд либоспӯшӣ лозим аст. Аз сабаби самаранокии паст ва ҳамвории пасти вафли, суфтакунии яктарафа барои истеҳсоли оммавӣ мувофиқ нест.

Одатан, чархҳои суфтакунандаи # 8000 барои дастоскунии хуб истифода мешаванд. Дар Ҷопон, ин раванд нисбатан баркамол аст ва ҳатто чархҳои сайқалдиҳии #30000-ро истифода мебарад. Ин имкон медиҳад, ки ноҳамвории рӯи вафли коркардшуда ба зери 2 нм расад ва вафлиҳоро барои CMP ниҳоии (Парзиши механикии химиявӣ) бидуни коркарди иловагӣ омода созад.

2.3 Технологияи бориккунии яктарафа

Технологияи тунуккунии яктарафаи алмос усули нави дастоскунии яктарафа мебошад. Тавре ки дар расми 5 нишон дода шудааст (дар ин ҷо нишон дода нашудааст), ин раванд табақи суфтакунандаи алмосро истифода мебарад. Вафли тавассути адсорбсияи вакуумӣ муқаррар карда мешавад, дар ҳоле ки ҳам вафли ва ҳам чархи суфтакунандаи алмос ҳамзамон гардиш мекунанд. Чархи суфтакунанда тадриҷан ба поён ҳаракат мекунад, то вафлиро ба ғафсии мақсаднок тунук кунад. Пас аз анҷом додани як тараф, вафли барои коркарди тарафи дигар партоб карда мешавад.

Пас аз борик кардан, вафли 100 мм метавонад ба инҳо ноил шавад:

Камон <5 мкм

TTV <2 мкм

Нохамвории сатхи < 1 нм

Ин усули коркарди вафли ягона устувории баланд, мутобиқати аъло ва суръати баланди тозакунии маводро пешниҳод мекунад. Дар муқоиса бо суфтакунии анъанавии дуҷониба, ин техника самаранокии дастосро беш аз 50% беҳтар мекунад.

2.4 Суфтакунии дутарафа

Суфтакунии дутарафа ҳам табақи суфтакунандаи болоӣ ва ҳам поёниро истифода бурда, ҳамзамон ҳар ду тарафи субстратро суфта мекунад ва сифати аълои сатҳи рӯи ҳар ду ҷонибро таъмин мекунад.

Дар ҷараёни ҷараён, плитаҳои суфтакунанда аввал ба баландтарин нуқтаҳои коркард фишор меоранд, ки боиси деформатсия ва тадриҷан хориҷ шудани мавод дар он нуқтаҳо мегардад. Вақте ки нуқтаҳои баланд баробар карда мешаванд, фишор ба субстрат тадриҷан яксонтар мешавад, ки дар натиҷа деформатсияи пайваста дар тамоми рӯи замин ба амал меояд. Ин имкон медиҳад, ки ҳам сатҳҳои болоӣ ва ҳам поёнӣ баробар хок карда шаванд. Пас аз он ки суфтакунӣ ба итмом мерасад ва фишор озод карда мешавад, ҳар як қисми субстрат аз ҳисоби фишори якхела, ки аз сар гузаронидааст, яксон барқарор мешавад. Ин боиси паст шудани ҳадди ақал ва ҳамвории хуб мегардад.

Ноҳамвории сатҳи вафли пас аз дастос аз андозаи зарраҳои абразивӣ вобаста аст - зарраҳои хурдтар сатҳи ҳамвортар медиҳанд. Ҳангоми истифодаи абразивҳои 5 мкм барои суфтакунии дуҷониба, ҳамворӣ ва тағирёбии ғафсӣ метавонад дар ҳудуди 5 мкм назорат карда шавад. Андозагирии микроскопияи қувваҳои атомӣ (AFM) ноҳамвории рӯизаминиро (Rq) тақрибан 100 нм, бо чоҳҳои суфтакунӣ то 380 нм амиқ ва аломатҳои хаттии намоён, ки аз таъсири абразивӣ ба вуҷуд омадаанд, нишон медиҳанд.

Усули мукаммалтар дастоскунии дутарафаро бо истифода аз қабатҳои пенополиуретанӣ дар якҷоягӣ бо алмоси поликристаллӣ дар бар мегирад. Ин раванд вафлиҳоро бо ноҳамвории сатҳи хеле паст истеҳсол мекунад ва ба Ra <3 нм мерасад, ки барои сайқал додани субстратҳои SiC хеле муфид аст.

Бо вуҷуди ин, харошидан дар рӯи замин як масъалаи ҳалношуда боқӣ мемонад. Илова бар ин, алмоси поликристалии дар ин раванд истифодашаванда тавассути синтези тарканда истеҳсол мешавад, ки аз ҷиҳати техникӣ душвор аст, миқдори кам медиҳад ва хеле гарон аст.

Полидани кристалҳои ягонаи SiC

Барои ноил шудан ба сатҳи баландсифати ҷилодор дар вафли карбиди кремний (SiC), сайқал додан бояд чоҳҳои суфтакунӣ ва доғҳои рӯи миқёси нанометриро пурра нест кунад. Ҳадаф аз он иборат аст, ки сатҳи ҳамвор ва бе нуқсон бидуни ифлосшавӣ ё таназзул, осеби зеризаминӣ ва фишори боқимондаи сатҳи рӯизаминӣ.

3.1 Пардохти механикӣ ва CMP аз SiC Wafers

Пас аз афзоиши як кристалл SiC, нуқсонҳои рӯизаминӣ монеъ мешаванд, ки он мустақиман барои афзоиши эпитаксиалӣ истифода шавад. Аз ин рӯ, коркарди минбаъда лозим аст. Инот аввал тавассути яклухткунӣ ба шакли стандартии силиндрӣ шакл дода мешавад, сипас бо истифода аз сим бурида ба вафлиҳо бурида мешавад ва пас аз санҷиши самти кристаллографӣ. Лағжиш як қадами муҳим дар беҳтар кардани сифати вафли, рафъи зарари эҳтимолии рӯи замин, ки аз нуқсонҳои афзоиши кристалл ва марҳилаҳои коркарди қаблӣ ба вуҷуд омадаанд, мебошад.

Чор усули асосии нест кардани қабатҳои зарари рӯи SiC вуҷуд доранд:

сайқал додани механикӣ: Содда, вале харошидаҳо мегузорад; барои сайқал додани ибтидоӣ мувофиқ аст.

Полиши механикии кимиёвӣ (CMP): Харошидаҳоро тавассути пошидани кимиёвӣ нест мекунад; барои сайқал додани дақиқ мувофиқ аст.

Гидрогенӣ: Таҷҳизоти мураккабро талаб мекунад, ки одатан дар равандҳои HTCVD истифода мешаванд.

Сайёҳии плазма: мураккаб ва кам истифода мешавад.

Танҳо сайқал додани механикӣ боиси харошидан мегардад, дар ҳоле ки сайқал додани танҳо бо кимиёвӣ метавонад боиси нобаробарӣ гардад. CMP ҳарду бартариҳоро муттаҳид мекунад ва ҳалли муассир ва камхарҷро пешниҳод мекунад.

Принсипи кори CMP

CMP бо гардиши вафли зери фишори муқарраршуда бар муқобили лавҳаи гардиши гардиш кор мекунад. Ин ҳаракати нисбӣ, дар якҷоягӣ бо абразивҳои механикӣ аз абразивҳои наноҳаҷм дар шлам ва таъсири кимиёвии агентҳои реактивӣ, ба планаризатсияи сатҳ ноил мегардад.

Маводҳои асосии истифодашуда:

Шлами сайқалдиҳанда: дорои абразивҳо ва реагентҳои кимиёвӣ мебошад.

Табақи сайқалдиҳанда: Ҳангоми истифода фарсуда мешавад, андозаи сӯрохиҳоро коҳиш медиҳад ва самаранокии интиқоли slurry. Барои барқарор кардани ноҳамворӣ либоспӯшии мунтазам, маъмулан бо истифода аз либоси алмос лозим аст.

Раванди маъмулии CMP

Абразив: шлами алмоси 0,5 мкм

Ноҳамвории сатҳи ҳадаф: ~0,7 нм

Пардохти механикии химиявӣ:

Таҷҳизоти сайқалдиҳанда: АП-810 сайқалдиҳандаи яктарафа

Фишор: 200 г/см²

Суръати табақ: 50 rpm

Суръати дорандаи сафолї: 38 чархзании

Таркиби лӯбиё:

SiO₂ (30 вазн%, рН = 10,15)

0–70 вазн% H₂O₂ (30 вазн%, дараҷаи реактив)

Бо истифода аз 5 вазн% KOH ва 1 вазн% HNO₃ рН-ро ба 8,5 танзим кунед

Меъёри ҷараёни slurry: 3 L/min, recirculated

Ин раванд сифати вафли SiC-ро ба таври муассир беҳтар мекунад ва ба талаботҳои равандҳои поёноб ҷавобгӯ мебошад.

Мушкилоти техникӣ дар сайқал додани механикӣ

SiC, ҳамчун нимноқилҳои васеъ дар соҳаи электроника нақши муҳим мебозад. Бо хосиятҳои аълои физикӣ ва химиявӣ, як кристаллҳои SiC барои муҳитҳои шадид, ба монанди ҳарорати баланд, басомади баланд, қудрати баланд ва муқовимати радиатсионӣ мувофиқанд. Бо вуҷуди ин, табиати сахт ва осебпазири он барои суфтакунӣ ва сайқал додан душвориҳои калон дорад.

Вақте ки истеҳсолкунандагони пешбари ҷаҳонӣ аз вафли 6-дюйма ба 8-дюйма мегузаранд, масъалаҳое ба монанди кафидан ва осеби вафли ҳангоми коркард бештар намоён шуданд, ки ба ҳосил таъсир мерасонанд. Ҳалли мушкилоти техникии субстратҳои 8 дюймаи SiC ҳоло як нишондиҳандаи асосии пешрафти саноат мебошад.

Дар давраи 8 дюймӣ, коркарди вафли SiC бо мушкилоти зиёд рӯ ба рӯ мешавад:

Миқёси вафли барои зиёд кардани истеҳсоли чипҳо дар як партия, кам кардани талафоти канор ва кам кардани хароҷоти истеҳсолот зарур аст, махсусан бо назардошти афзоиши талабот дар барномаҳои автомобилҳои барқӣ.

Дар ҳоле ки афзоиши кристаллҳои 8-дюймаи SiC ба камол расидаанд, равандҳои ақибмонда ба монанди суфтан ва сайқал додан ба монеаҳо дучор меоянд, ки дар натиҷа ҳосили паст (ҳамагӣ 40-50%) мегардад.

Вафли калонтар тақсимоти мураккаби фишорро аз сар мегузаронад, ки мушкилии идоракунии фишори сайқалдиҳӣ ва пайвастагии ҳосилро зиёд мекунад.

Гарчанде ки ғафсии вафли 8-дюйма ба 6-дюймаи вафлиҳо наздик мешавад, онҳо ҳангоми коркард аз фишор ва печиш бештар осеб мебинанд.

Барои кам кардани фишори вобаста ба буриш, вайроншавӣ ва креккунӣ, буридани лазерӣ торафт бештар истифода мешавад. Аммо:

Лазерҳои дарози мавҷ зарари гармиро ба бор меоранд.

Лазерҳои кӯтоҳмуддат хошокҳои вазнинро ба вуҷуд меоранд ва қабати зарарро амиқтар мекунанд ва мураккабии сайқалдиҳиро зиёд мекунанд.

Ҷараёни коркарди механикӣ барои SiC

Ҷараёни умумии раванд дар бар мегирад:

Буридани ориентация

Гирифтани дағал

Суфтакунии хуб

Пардохти механикӣ

Полиши механикии химиявӣ (CMP) ҳамчун қадами ниҳоӣ

Интихоби усули CMP, тарҳрезии масири раванд ва оптимизатсияи параметрҳо муҳим аст. Дар истеҳсоли нимноқилҳо, CMP қадами муайянкунанда барои истеҳсоли пластинкаҳои SiC бо сатҳи ултра ҳамвор, бенуксон ва осебпазир мебошад, ки барои афзоиши босифати эпитаксиалӣ муҳиманд.

$A) Зарбаи SiC-ро аз тигел хориҷ кунед;

$B) Шаклсозии ибтидоиро бо истифода аз суфтакунии диаметри берунї гузаронед;

$C) ориентацияи кристаллро бо истифода аз сатрхо ё рахчахои хамзамон муайян мекунанд;

$D) бо истифода аз аррачаи бисёрсим порчаро ба вафли борик буред;

(д) Тавассути қадамҳои суфтакунӣ ва сайқал додан ба ҳамвории рӯи оина монанд.

Пас аз ба итмом расонидани як қатор қадамҳои коркард, канори берунии вафли SiC аксар вақт тез мешавад, ки хатари чип шуданро ҳангоми коркард ё истифода зиёд мекунад. Барои пешгирӣ кардани чунин ноустуворӣ, суфтакунии канори он лозим аст.

Илова ба равандҳои анъанавии буридан, усули инноватсионии тайёр кардани вафли SiC технологияи пайвасткуниро дар бар мегирад. Ин равиш имкон медиҳад, ки қабати тунуки яккристалл SiC ба субстрати гетерогенӣ (субстрати дастгирӣ) пайваст карда шавад.

Тасвири 3 ҷараёни равандро нишон медиҳад:

Аввалан, қабати деламинатсия дар умқи муайян дар сатҳи як кристалл SiC тавассути имплантатсияи ионҳои гидроген ё усулҳои шабеҳ ташкил карда мешавад. Пас аз он, як кристали коркардшудаи SiC ба субстрати ҳамвор пайваст карда мешавад ва ба фишор ва гармӣ дучор мешавад. Ин имкон медиҳад, ки бомуваффақият интиқол ва ҷудо кардани қабати яккристаллии SiC ба субстрати дастгирӣ.

Қабати ҷудошудаи SiC барои ноил шудан ба ҳамвории зарурӣ аз коркарди рӯизаминӣ мегузарад ва метавонад дар равандҳои минбаъдаи пайвастшавӣ дубора истифода шавад. Дар муқоиса бо буридани анъанавии кристаллҳои SiC, ин техника талаботро ба маводи гаронбаҳо коҳиш медиҳад. Гарчанде мушкилоти техникӣ боқӣ монда бошад ҳам, тадқиқот ва коркардҳо фаъолона пеш рафта истодаанд, то истеҳсоли вафли арзонтарро фароҳам оранд.

Бо дарназардошти сахтӣ ва устувории кимиёвии SiC, ки онро ба реаксияҳо дар ҳарорати хонагӣ тобовар мегардонад, сайқал додани механикӣ барои нест кардани чоҳҳои майдаи дастос, кам кардани зарари рӯи замин, рафъи харошидан, кӯзаҳо ва нуқсонҳои пӯсти афлесун, паст кардани ноҳамвории рӯи замин, беҳтар кардани ҳамворӣ ва баланд бардоштани сифати рӯи замин зарур аст.

Барои ноил шудан ба сатҳи баландсифат, зарур аст:

Навъҳои абразивиро танзим кунед,

Коҳиш додани андозаи зарраҳо,

Параметрҳои равандро оптимизатсия кунед,

Маводҳои сайқалдиҳанда ва лавҳаҳоро бо сахтии мувофиқ интихоб кунед.

Тасвири 7 нишон медиҳад, ки сайқал додани дуҷониба бо абразивҳои 1 мкм метавонад ҳамворӣ ва тағирёбии ғафсиро дар ҳудуди 10 мкм назорат кунад ва ноҳамвории рӯи заминро то тақрибан 0,25 нм кам кунад.

3.2 Полиши механикии химиявӣ (CMP)

Полиши механикии кимиёвӣ (CMP) абразиши зарраҳои ултранафиро бо пошидани кимиёвӣ муттаҳид мекунад, то рӯи маводи коркардшаванда сатҳи ҳамвор ва ҳамворро ташкил кунад. Принсипи асосӣ ин аст:

Дар байни шлами сайқалдиҳанда ва сатҳи вафли реаксияи химиявӣ ба амал меояд, ки қабати нармро ташкил медиҳад.

Соиш байни зарраҳои абразивӣ ва қабати нарм маводро хориҷ мекунад.

Афзалиятҳои CMP:

Камбудиҳои сайқалдиҳии сирф механикӣ ё кимиёвиро бартараф мекунад,

Ҳам ба планаризатсияи глобалӣ ва ҳам маҳаллӣ ноил мешавад,

Сатҳҳои ҳамворӣ ва ноҳамвории пастро истеҳсол мекунад,

Зарари рӯизаминӣ ё зеризаминиро намегузорад.

Ба таври муфассал:

Вафли дар зери фишор нисбат ба тахтаи сайқалдиҳанда ҳаракат мекунад.

Абразивҳои миқёси нанометрӣ (масалан, SiO₂) дар шлам дар буридан, заиф кардани пайвандҳои ковалентии Si–C ва такмил додани тозакунии мавод иштирок мекунанд.

Намудҳои техникаи CMP:

Пардохти абразивӣ: Абразивҳо (масалан, SiO₂) дар шлам овезон карда мешаванд. Хориҷ кардани мавод тавассути абразии се бадан (вафель-под-абразив) ба амал меояд. Андозаи абразивӣ (одатан 60–200 нм), рН ва ҳарорат барои беҳтар кардани якрангӣ бояд дақиқ назорат карда шавад.

Лағжиши собит абразивӣ: Абразивҳо дар лавҳаи сайқалдиҳӣ ҷойгир карда мешаванд, то агломератсияро пешгирӣ кунанд - барои коркарди дақиқи баланд беҳтарин.

Тозакунии пас аз сайқал додан:

Вафли ҷилодор аз инҳо мегузарад:

Тозакунии кимиёвӣ (аз ҷумла оби DI ва тоза кардани пасмондаҳои slurry),

ДИ об шуста, ва

Хушк кардани нитроген гарм

ба ҳадди ақалл кам кардани ифлоскунандаҳои рӯизаминӣ.

Сифати рӯизаминӣ ва иҷроиш

Ноҳамвории сатҳро то Ra < 0,3 нм кам кардан мумкин аст, ки ба талаботи эпитаксияҳои нимноқил ҷавобгӯ мебошад.

Планаризатсияи глобалӣ: Якҷоякунии нармкунии кимиёвӣ ва тозакунии механикӣ харошидан ва пошидани нобаробарро коҳиш медиҳад ва аз усулҳои механикии тоза ё кимиёвӣ бартарӣ медиҳад.

Самаранокии баланд: Муносиб барои маводи сахт ва шикастан ба монанди SiC, бо суръати тозакунии мавод аз 200 нм/соат.

Дигар усулҳои тозакунии сайқалдиҳӣ

Илова ба CMP, усулҳои алтернативӣ пешниҳод карда шуданд, аз ҷумла:

сайқал додани электрохимиявӣ, сайқал додан ё пошидани бо ёрии катализатор, ва

Пардохти трибохимиявӣ.

Аммо, ин усулҳо ҳанӯз дар марҳилаи тадқиқот ҳастанд ва аз сабаби хосиятҳои моддии душвори SiC суст инкишоф меёбанд.

Дар ниҳоят, коркарди SiC як раванди тадриҷии кам кардани кохиш ва ноҳамворӣ барои беҳтар кардани сифати рӯизаминӣ мебошад, ки дар он назорати ҳамворӣ ва ноҳамворӣ дар ҳар як марҳила муҳим аст.

Технологияи коркард

Дар марҳилаи суфтакунии вафли, шлами алмос бо андозаи зарраҳои гуногун барои суфта кардани вафли ба ҳамворӣ ва ноҳамвории сатҳи зарурӣ истифода мешавад. Пас аз он сайқал додан бо истифода аз усулҳои ҳам механикӣ ва ҳам кимиёвии сайқал додани механикӣ (CMP) барои истеҳсоли вафли карбиди кремнийи (SiC) бидуни осеб сайқал дода мешавад.

Пас аз сайқал додан, пластинкаҳои SiC бо истифода аз асбобҳо ба монанди микроскопҳои оптикӣ ва дифрактометрҳои рентгенӣ аз санҷиши ҷиддии сифат мегузаранд, то боварӣ ҳосил кунанд, ки ҳамаи параметрҳои техникӣ ба стандартҳои зарурӣ мувофиқат мекунанд. Ниҳоят, вафлиҳои сайқалёфта бо истифода аз агентҳои махсуси тозакунӣ ва оби тоза барои тоза кардани ифлоскунандаҳои рӯизаминӣ тоза карда мешаванд. Сипас онҳо бо истифода аз гази нитрогени ултра-баланд ва хушккунакҳо хушк карда, тамоми раванди истеҳсолотро анҷом медиҳанд.

Пас аз талошҳои чандинсола дар коркарди яккристалл SiC дар дохили Чин пешрафти назаррас ба даст омад. Дар дохили кишвар, монокристаллҳои нимизолятсияи 100 мм 4H-SiC бомуваффақият таҳия карда шуданд ва акнун як кристаллҳои n-навъи 4H-SiC ва 6H-SiC метавонанд дар гурӯҳҳо истеҳсол карда шаванд. Ширкатҳо ба монанди TankeBlue ва TYST аллакай кристаллҳои 150 мм SiC-ро таҳия кардаанд.

Дар робита ба технологияи коркарди вафли SiC, муассисаҳои ватанӣ пешакӣ шартҳои раванд ва роҳҳои буридани булӯр, дастос кардан ва сайқал доданро омӯхтанд. Онҳо қодиранд, ки намунаҳоеро истеҳсол кунанд, ки асосан ба талаботҳои истеҳсоли дастгоҳ мувофиқат мекунанд. Бо вуҷуди ин, дар муқоиса бо стандартҳои байналмилалӣ, сифати коркарди рӯи вафли ватанӣ ҳоло ҳам хеле ақиб мемонад. Якчанд масъалаҳо вуҷуд доранд:

Назарияҳои байналмилалии SiC ва технологияҳои коркард сахт ҳифз шудаанд ва ба осонӣ дастрас нестанд.

Тадқиқоти назариявӣ ва дастгирии такмил ва оптимизатсияи равандҳо вуҷуд надорад.

Харочоти аз хорича овардани тачхизоту тачхизот кимат аст.

Тадқиқоти дохилӣ оид ба тарҳрезии таҷҳизот, дақиқии коркард ва маводҳо дар муқоиса бо сатҳҳои байналмилалӣ ҳоло ҳам камбудиҳои назаррасро нишон медиҳанд.

Дар айни замон, аксари асбобҳои дақиқи баланд, ки дар Чин истифода мешаванд, ворид карда мешаванд. Таҷҳизот ва методологияи санҷиш низ такмили минбаъдаро талаб мекунад.

Бо рушди идомаи нимноқилҳои насли сеюм, диаметри субстратҳои монокристалии SiC мунтазам меафзояд ва дар баробари талаботи баландтар ба сифати коркарди рӯизаминӣ. Технологияи коркарди вафли пас аз афзоиши як кристалл SiC яке аз қадамҳои аз ҷиҳати техникӣ душвортарин гардид.

Барои ҳалли мушкилоти мавҷуда дар коркард, омӯзиши минбаъдаи механизмҳои буридан, суфтан ва сайқал додан ва омӯхтани усулҳо ва роҳҳои мувофиқи истеҳсоли вафли SiC муҳим аст. Дар баробари ин, аз технологияҳои пешрафтаи коркарди байналмиллалӣ омӯхта, барои истеҳсоли субстратҳои баландсифат техника ва таҷҳизоти муосири коркарди ултрадақиқро қабул кардан лозим аст.

Бо зиёд шудани андозаи вафли, мушкилии афзоиш ва коркарди кристалл низ меафзояд. Бо вуҷуди ин, самаранокии истеҳсоли дастгоҳҳои поёноб хеле беҳтар шуда, арзиши воҳиди он кам мешавад. Дар айни замон, таъминкунандагони асосии вафли SiC дар саросари ҷаҳон маҳсулоти аз 4 дюйм то 6 дюймро пешниҳод мекунанд. Ширкатҳои пешқадам ба монанди Cree ва II-VI аллакай ба нақша гирифтаанд, ки хатҳои истеҳсолии 8 дюймаи SiC вафлиро таҳия кунанд.