Ҳолати кунунӣ ва тамоюлҳои технологияи коркарди вафли SiC

Ҳамчун маводи субстрати нимноқилҳои насли сеюм,карбиди кремний (SiC)Монокристалл имкониятҳои васеъи татбиқро дар истеҳсоли дастгоҳҳои электронии басомади баланд ва пуриқтидор дорад. Технологияи коркарди SiC дар истеҳсоли маводҳои субстратии баландсифат нақши ҳалкунанда мебозад. Дар ин мақола вазъи кунунии таҳқиқот дар бораи технологияҳои коркарди SiC ҳам дар Чин ва ҳам дар хориҷа муаррифӣ карда мешавад, механизмҳои равандҳои буридан, майда кардан ва сайқал додан, инчунин тамоюлҳо дар ҳамворӣ ва ноҳамвории сатҳи вафл таҳлил ва муқоиса карда мешаванд. Он инчунин мушкилоти мавҷударо дар коркарди вафли SiC нишон медиҳад ва самтҳои рушди ояндаро баррасӣ мекунад.

Карбиди кремний (SiC)Пластинаҳо маводи муҳими бунёдӣ барои дастгоҳҳои нимноқилҳои насли сеюм мебошанд ва дар соҳаҳо ба монанди микроэлектроника, электроникаи барқӣ ва равшании нимноқилҳо аҳамияти назаррас ва потенсиали бозорӣ доранд. Аз сабаби сахтии бениҳоят баланд ва устувории кимиёвии...кристаллҳои ягонаи SiC, усулҳои анъанавии коркарди нимноқилҳо барои коркарди онҳо комилан мувофиқ нестанд. Гарчанде ки бисёре аз ширкатҳои байналмилалӣ таҳқиқоти васеъро оид ба коркарди аз ҷиҳати техникӣ душвори кристаллҳои монокристаллҳои SiC анҷом додаанд, технологияҳои дахлдор қатъиян махфӣ нигоҳ дошта мешаванд.

Дар солҳои охир, Чин талошҳоро дар таҳияи маводҳо ва дастгоҳҳои монокристаллии SiC афзоиш додааст. Бо вуҷуди ин, пешрафти технологияи дастгоҳҳои SiC дар кишвар айни замон аз сабаби маҳдудиятҳо дар технологияҳои коркард ва сифати пластинаҳо маҳдуд аст. Аз ин рӯ, барои Чин беҳтар кардани қобилиятҳои коркарди SiC барои беҳтар кардани сифати субстратҳои монокристаллии SiC ва ноил шудан ба татбиқи амалии онҳо ва истеҳсоли оммавӣ муҳим аст.

Марҳилаҳои асосии коркард иборатанд аз: буридан → суфтакунии дағал → суфтакунии борик → сайқалдиҳии дағал (сайқалдиҳии механикӣ) → сайқалдиҳии борик (сайқалдиҳии механикии кимиёвӣ, CMP) → санҷиш.

Буридани кристаллҳои ягонаи SiC

Дар коркардикристаллҳои ягонаи SiC, буридан қадами аввал ва хеле муҳим аст. Тағйирёбии камон, каҷшавӣ ва ғафсии умумии пластина (TTV), ки дар натиҷаи раванди буридан ба вуҷуд меояд, сифат ва самаранокии амалиётҳои минбаъдаи суфтакунӣ ва сайқалдиҳиро муайян мекунад.

Асбобҳои буришро аз рӯи шакл ба арраҳои диаметри дохилӣ (ID), арраҳои диаметри беруна (OD), арраҳои тасмашакл ва арраҳои симӣ тақсим кардан мумкин аст. Арраҳои симӣ, дар навбати худ, аз рӯи намуди ҳаракаташон ба системаҳои симии мутақобила ва ҳалқавӣ (беохир) тасниф карда мешаванд. Бар асоси механизми буриши абразивӣ, усулҳои буридани арраҳои симиро ба ду намуд тақсим кардан мумкин аст: арра кардани сими абразивии озод ва арра кардани сими абразивии алмосии собит.

1.1 Усулҳои анъанавии буридан

Чуқурии буриши арраҳои диаметри берунӣ (OD) бо диаметри теғ маҳдуд аст. Дар раванди буриш, теғ ба ларзиш ва каҷравӣ майл дорад, ки боиси сатҳи баланди садо ва сахтии паст мегардад. Арраҳои диаметри дохилӣ (ID) ҳамчун канори буриш аз абразивҳои алмосӣ дар атрофи дарунии теғ истифода мебаранд. Ин теғҳо метавонанд то 0,2 мм тунук бошанд. Ҳангоми буридан, теғи ID бо суръати баланд чарх мезанад, дар ҳоле ки маводи буридашаванда нисбат ба маркази теғ ба таври радиалӣ ҳаракат мекунад ва тавассути ин ҳаракати нисбӣ буриданро ба даст меорад.

Арраҳои алмосӣ ба таваққуфҳои зуд-зуд ва гардишҳо ниёз доранд ва суръати буриш хеле паст аст - одатан аз 2 м/с зиёд нест. Онҳо инчунин аз фарсудашавии назарраси механикӣ ва хароҷоти баланди нигоҳдорӣ азият мекашанд. Аз сабаби паҳнои теғи арра, радиуси буриш наметавонад хеле хурд бошад ва буриши бисёрбурӣ имконнопазир аст. Ин асбобҳои анъанавии арракунӣ аз сабаби сахтии пойгоҳ маҳдуданд ва наметавонанд буришҳои каҷ ё радиуси гардиши маҳдуд дошта бошанд. Онҳо танҳо қодиранд буришҳои рост кунанд, буришҳои васеъ истеҳсол кунанд, сатҳи пасти ҳосилнокӣ дошта бошанд ва аз ин рӯ, барои буриш мувофиқ нестанд.Кристаллҳои SiC.

1.2 Буридани арраи абразивии ройгон бо симҳои бисёрсимӣ

Техникаи буридани арраи симии абразивии озод аз ҳаракати босуръати сим барои интиқоли лойи ғафс ба қисмати буриш истифода мебарад, ки имкон медиҳад мавод хориҷ карда шавад. Он асосан сохтори мутақобиларо истифода мебарад ва айни замон усули пухта ва васеъ истифодашаванда барои буридани самараноки бисёрвафлии кремнийи монокристаллӣ мебошад. Аммо, татбиқи он дар буридани SiC камтар омӯхта шудааст.

Арраҳои симии абразивии озод метавонанд вафлҳоро бо ғафсии камтар аз 300 мкм коркард кунанд. Онҳо талафоти ками керфро таъмин мекунанд, кам ба шикастан оварда мерасонанд ва сифати нисбатан хуби сатҳро ба даст меоранд. Аммо, аз сабаби механизми тозакунии мавод - ки бар асоси ғелондан ва чуқур кардани абразивӣ асос ёфтааст - сатҳи вафл майл ба пайдоиши фишори назарраси боқимонда, микрошикофҳо ва қабатҳои амиқтари зарар дорад. Ин боиси каҷ шудани вафл мегардад, назорати дақиқии профили сатҳро душвор мегардонад ва бори марҳилаҳои минбаъдаи коркардро зиёд мекунад.

Ба самаранокии буриш таъсири сахти шлам дода мешавад; нигоҳ доштани тезии абразивҳо ва консентратсияи шлам зарур аст. Коркарди шлам ва коркарди он гарон аст. Ҳангоми буридани пораҳои калонҳаҷм, абразивҳо дар ворид шудан ба пораҳои амиқ ва дароз душворӣ мекашанд. Дар зери ҳамон андозаи донаҳои абразив, талафоти пораҳо нисбат ба арраҳои симии абразивии собит зиёдтар аст.

1.3 Буридани арраи абразивии собит бо сими алмосӣ бо бисёрсим

Арраҳои сими алмосии абразивии собит одатан бо роҳи ҷойгир кардани зарраҳои алмос ба рӯи сими пӯлод тавассути усулҳои электроплиткунӣ, пухтани сӯзишворӣ ё пайвасткунии қатронӣ сохта мешаванд. Арраҳои сими алмосии электроплиткунӣ бартариҳоеро ба монанди буришҳои тангтар, сифати беҳтари буридан, самаранокии баландтар, ифлосшавии камтар ва қобилияти буридани маводҳои сахтии баланд пешниҳод мекунанд.

Арраи сими алмосии электроплитӣ айни замон усули маъмултарин барои буридани SiC мебошад. Расми 1 (дар ин ҷо нишон дода нашудааст) ҳамвории сатҳи пластинаҳои SiC-ро, ки бо истифода аз ин усул бурида шудаанд, нишон медиҳад. Ҳангоми пешрафти буридан, каҷшавии пластина меафзояд. Ин аз он сабаб аст, ки майдони тамос байни сим ва мавод ҳангоми ба поён ҳаракат кардани сим зиёд мешавад ва муқовимат ва ларзиши симро зиёд мекунад. Вақте ки сим ба диаметри максималии пластина мерасад, ларзиш дар авҷи худ қарор мегирад, ки боиси каҷшавии максималӣ мегардад.

Дар марҳилаҳои баъдии буридан, аз сабаби суръатбахшӣ, ҳаракати бо суръати устувор, сустшавӣ, қатъшавӣ ва гардиш, инчунин душвориҳо дар тоза кардани партовҳо бо моеъи хунуккунӣ, сифати сатҳи пластина паст мешавад. Гардиши сим ва ноустувории суръат, инчунин зарраҳои калони алмосӣ дар сим сабабҳои асосии харошидани сатҳ мебошанд.

1.4 Технологияи ҷудокунии хунук

Ҷудокунии хунуки кристаллҳои монокристаллҳои SiC як раванди инноватсионӣ дар соҳаи коркарди маводи нимноқилҳои насли сеюм мебошад. Дар солҳои охир, он бо сабаби бартариҳои назарраси худ дар беҳтар кардани ҳосил ва кам кардани талафоти мавод таваҷҷӯҳи зиёдро ба худ ҷалб кардааст. Технологияро аз се ҷанба таҳлил кардан мумкин аст: принсипи корӣ, ҷараёни раванд ва бартариҳои асосӣ.

Муайян кардани самти кристалл ва майдакунии диаметри берунӣ: Пеш аз коркард, самти кристаллии порчаи SiC бояд муайян карда шавад. Сипас, порча тавассути майдакунии диаметри берунӣ ба сохтори силиндрӣ (одатан пуки SiC номида мешавад) шакл дода мешавад. Ин қадам барои буридан ва буридани минбаъдаи самтӣ замина мегузорад.

Буридани бисёрсимӣ: Ин усул барои буридани сӯзанаки силиндрӣ аз зарраҳои абразивӣ дар якҷоягӣ бо симҳои буридан истифода мебарад. Аммо, он аз талафоти назарраси каҷӣ ва мушкилоти нобаробарии сатҳ азият мекашад.

Технологияи буриши лазерӣ: Лазер барои ташкили қабати тағйирёфта дар дохили кристалл истифода мешавад, ки аз он қисмҳои тунук ҷудо карда мешаванд. Ин равиш талафоти маводро кам мекунад ва самаранокии коркардро афзоиш медиҳад, ки онро ба самти нави умедбахш барои буриши вафли SiC табдил медиҳад.

Беҳсозии раванди буридан

Буридани абразивии бисёрсимӣ бо собит: Ин айни замон технологияи асосӣ буда, барои хусусиятҳои сахтии баланди SiC мувофиқ аст.

Коркарди холӣкунии барқӣ (EDM) ва технологияи ҷудокунии хунук: Ин усулҳо роҳҳои ҳалли гуногунҷабҳаро пешниҳод мекунанд, ки ба талаботи мушаххас мутобиқ карда шудаанд.

Раванди сайқалдиҳӣ: Мувозинати суръати тозакунии мавод ва осеби рӯизаминӣ муҳим аст. Сайқалдиҳии механикии кимиёвӣ (CMP) барои беҳтар кардани якрангии рӯизаминӣ истифода мешавад.

Мониторинги вақти воқеӣ: Технологияҳои санҷиши онлайн барои назорат кардани ноҳамвории сатҳ дар вақти воқеӣ ҷорӣ карда мешаванд.

Буридани лазерӣ: Ин усул талафоти риштаро кам мекунад ва давраҳои коркардро кӯтоҳ мекунад, гарчанде ки минтақаи таъсири гармӣ мушкил боқӣ мемонад.

Технологияҳои коркарди гибридӣ: Якҷоя кардани усулҳои механикӣ ва химиявӣ самаранокии коркардро афзоиш медиҳад.

Ин технология аллакай татбиқи саноатӣ ба даст овардааст. Масалан, Infineon SILTECTRA-ро харидорӣ кард ва ҳоло патентҳои асосиеро дорад, ки истеҳсоли оммавии пластинаҳои 8-дюймаро дастгирӣ мекунанд. Дар Чин, ширкатҳо ба монанди Delong Laser барои коркарди пластинаҳои 6-дюймӣ самаранокии истеҳсоли 30 пластина барои як сӯзанакро ба даст оварданд, ки ин нисбат ба усулҳои анъанавӣ 40% беҳтар аст.

Бо суръат гирифтани истеҳсоли таҷҳизоти ватанӣ, интизор меравад, ки ин технология ба ҳалли асосии коркарди субстрати SiC табдил ёбад. Бо афзоиши диаметри маводҳои нимноқил, усулҳои анъанавии буридан кӯҳна шудаанд. Дар байни имконоти мавҷуда, технологияи арраи симии алмосӣ дурнамои татбиқи умедбахштаринро нишон медиҳад. Буридани лазерӣ, ҳамчун як усули навбунёд, бартариҳои назаррасро пешниҳод мекунад ва интизор меравад, ки дар оянда ба усули асосии буридан табдил ёбад.

2,Суфтакунии як кристаллии SiC

Ҳамчун намояндаи нимноқилҳои насли сеюм, карбиди кремний (SiC) аз сабаби фосилаи васеи банд, майдони электрикии вайроншавии баланд, суръати баланди дрейфи электронҳои сершуда ва гузаронандагии аълои гармӣ бартариҳои назаррас дорад. Ин хосиятҳо SiC-ро махсусан дар барномаҳои баландшиддат (масалан, муҳитҳои 1200V) бартарӣ медиҳанд. Технологияи коркарди субстратҳои SiC қисми асосии истеҳсоли дастгоҳҳо мебошад. Сифати сатҳ ва дақиқии субстрат мустақиман ба сифати қабати эпитаксиалӣ ва кори дастгоҳи ниҳоӣ таъсир мерасонад.

Мақсади асосии раванди суфтакунӣ тоза кардани доғҳои арраи сатҳӣ ва қабатҳои осебе мебошад, ки ҳангоми буридан ба вуҷуд омадаанд ва ислоҳи деформатсияи дар натиҷаи раванди буридан ба вуҷуд омада мебошад. Бо назардошти сахтии бениҳоят баланди SiC, суфтакунӣ истифодаи абразивҳои сахтро ба монанди карбиди бор ё алмос талаб мекунад. Суфтакунии анъанавӣ одатан ба суфтакунии дағал ва суфтакунии майда тақсим мешавад.

2.1 Суфтакунии дағал ва майда

Суфтакуниро аз рӯи андозаи зарраҳои абразивӣ гурӯҳбандӣ кардан мумкин аст:

Суфтакунии дағал: Абразивҳои калонтарро асосан барои тоза кардани доғҳои арра ва қабатҳои осебе, ки ҳангоми буридан ба вуҷуд омадаанд, истифода мебарад ва самаранокии коркардро беҳтар мекунад.

Суфтакунии нозук: Барои тоза кардани қабати осебе, ки ҳангоми суфтакунии дағал боқӣ мондааст, кам кардани ноҳамвории сатҳ ва беҳтар кардани сифати сатҳ, аз абразивҳои нозуктар истифода мебарад.

Бисёре аз истеҳсолкунандагони ватании субстратҳои SiC аз равандҳои истеҳсолии миқёси калон истифода мебаранд. Усули маъмулӣ сайқалдиҳии дуҷонибаро бо истифода аз табақи оҳани рехтагарӣ ва суспензияи алмосии монокристаллӣ дар бар мегирад. Ин раванд қабати осебдидаеро, ки аз арра кардани сим боқӣ мондааст, самаранок тоза мекунад, шакли вафлро ислоҳ мекунад ва TTV (тағйирёбии ғафсии умумӣ), каҷшавӣ ва каҷшавиро кам мекунад. Суръати тозакунии мавод устувор буда, одатан ба 0,8-1,2 мкм/дақ мерасад. Аммо, сатҳи вафли ҳосилшуда маттӣ бо ноҳамвории нисбатан баланд - одатан тақрибан 50 нм - аст, ки ба марҳилаҳои минбаъдаи сайқалдиҳӣ талаботи баландтарро мегузорад.

2.2 Суфтакунии яктарафа

Суфтакунии яктарафа танҳо як тарафи пластинаро дар як вақт коркард мекунад. Дар ин раванд, пластина бо мум ба табақи пӯлодӣ васл карда мешавад. Дар зери фишори татбиқшуда, таҳкурсӣ деформатсияи ночизеро аз сар мегузаронад ва сатҳи болоӣ ҳамвор мешавад. Пас аз суфтакунӣ, сатҳи поёнӣ ҳамвор карда мешавад. Вақте ки фишор бартараф карда мешавад, сатҳи болоӣ ба шакли аввалаи худ бармегардад, ки ин ба сатҳи поёнии аллакай заминӣ низ таъсир мерасонад ва боиси каҷ шудани ҳарду тараф ва вайрон шудани ҳамворӣ мегардад.

Ғайр аз ин, лавҳаи суфтакунӣ метавонад дар муддати кӯтоҳ ба шакли қаър табдил ёбад, ки боиси ба шакли лавҳаи барҷаста табдил ёфтан мегардад. Барои нигоҳ доштани ҳамвории лавҳа, зуд-зуд коркарди он лозим аст. Аз сабаби самаранокии паст ва ҳамвории пасти лавҳа, суфтакунии яктарафа барои истеҳсоли оммавӣ мувофиқ нест.

Одатан, чархҳои суфтакунии рақами #8000 барои суфтакунии нозук истифода мешаванд. Дар Ҷопон ин раванд нисбатан пухта расидааст ва ҳатто чархҳои сайқалдиҳии рақами #30000-ро истифода мебарад. Ин имкон медиҳад, ки ноҳамвории сатҳи вафлиҳои коркардшуда аз 2 нм камтар шавад ва вафлиҳоро барои CMP-и ниҳоӣ (сайқалдиҳии механикии кимиёвӣ) бидуни коркарди иловагӣ омода созад.

2.3 Технологияи тунуккунии яктарафа

Технологияи тунуккунии яктарафа бо алмос усули нави суфтакунии яктарафа мебошад. Тавре ки дар расми 5 нишон дода шудааст (дар ин ҷо нишон дода нашудааст), ин раванд аз пластинаи суфтакунии бо алмос пайвастшуда истифода мебарад. Вафли тавассути адсорбсияи вакуумӣ мустаҳкам карда мешавад, дар ҳоле ки ҳам вафли ва ҳам чархи суфтакунии алмос якбора чарх мезанад. Чархи суфтакунӣ тадриҷан ба поён ҳаракат мекунад, то вафлиро то ғафсии мақсаднок тунук кунад. Пас аз анҷоми як тараф, вафли барои коркарди тарафи дигар гардонида мешавад.

Пас аз тунуккунӣ, лавҳаи 100 мм метавонад ба дастовардҳои зерин ноил гардад:

Камон < 5 мкм

TTV < 2 мкм

Ноҳамвории сатҳ < 1 нм

Ин усули коркарди яктарафаи вафлӣ устувории баланд, мувофиқати аъло ва суръати баланди тозакунии маводро таъмин мекунад. Дар муқоиса бо суфтакунии дутарафаи анъанавӣ, ин усул самаранокии суфтакуниро беш аз 50% беҳтар мекунад.

2.4 Суфтакунии дутарафа

Суфтакунии дутарафа ҳам аз табақи болоӣ ва ҳам аз поёнии суфтакунӣ барои ҳамзамон суфта кардани ҳарду тарафи таҳкурсӣ истифода мебарад ва сифати аълои сатҳи ҳарду тарафро таъмин мекунад.

Дар давоми раванд, лавҳаҳои суфтакунӣ аввал ба нуқтаҳои баландтарини кор фишор меоранд, ки боиси деформатсия ва хориҷшавии тадриҷии мавод дар он нуқтаҳо мегардад. Ҳангоми ҳамвор кардани нуқтаҳои баланд, фишор ба таҳкурсӣ тадриҷан яксонтар мешавад ва дар натиҷа деформатсияи доимӣ дар тамоми сатҳ ба вуҷуд меояд. Ин имкон медиҳад, ки ҳам сатҳҳои болоӣ ва ҳам поёнӣ баробар майда карда шаванд. Пас аз анҷоми суфтакунӣ ва озод шудани фишор, ҳар як қисми таҳкурсӣ аз сабаби фишори баробаре, ки аз сар гузаронидааст, яксон барқарор мешавад. Ин ба каҷшавии ҳадди ақал ва ҳамвории хуб оварда мерасонад.

Ноҳамвории сатҳи пластина пас аз суфтакунӣ аз андозаи зарраҳои абразивӣ вобаста аст - зарраҳои хурдтар сатҳҳои ҳамвортарро ба вуҷуд меоранд. Ҳангоми истифодаи абразивӣ бо андозаи 5 мкм барои суфтакунии дутарафа, ҳамворӣ ва тағирёбии ғафсии пластинаро дар дохили 5 мкм назорат кардан мумкин аст. Андозагириҳои микроскопияи қувваи атомӣ (AFM) ноҳамвории сатҳи (Rq) тақрибан 100 нм-ро нишон медиҳанд, ки чоҳҳои суфтакунӣ то 380 нм чуқурӣ доранд ва аломатҳои хаттии намоён, ки аз таъсири абразивӣ ба вуҷуд омадаанд.

Усули пешрафтатар сайқалдиҳии дуҷонибаро бо истифода аз болиштҳои кафки полиуретанӣ дар якҷоягӣ бо суспензияи алмосии поликристаллӣ дар бар мегирад. Ин раванд вафлҳоро бо ноҳамвории сатҳи хеле паст истеҳсол мекунад, ки Ra < 3 нм ба даст меорад, ки барои сайқалдиҳии минбаъдаи субстратҳои SiC хеле муфид аст.

Аммо, харошидани сатҳ масъалаи ҳалношуда боқӣ мемонад. Илова бар ин, алмоси поликристаллӣ, ки дар ин раванд истифода мешавад, тавассути синтези тарканда ба даст оварда мешавад, ки аз ҷиҳати техникӣ душвор аст, миқдори кам медиҳад ва хеле гарон аст.

Сайқал додани кристаллҳои ягонаи SiC

Барои ба даст овардани сатҳи сайқалёфтаи босифат дар пластинаҳои карбиди кремний (SiC), сайқалдиҳӣ бояд чуқуриҳои сайқалдиҳӣ ва мавҷҳои сатҳи миқёси нанометрро пурра бартараф кунад. Ҳадаф тавлиди сатҳи ҳамвор ва бе нуқсон бидуни ифлосшавӣ ё вайроншавӣ, бидуни осеби зеризаминӣ ва бидуни фишори боқимондаи сатҳи сатҳӣ мебошад.

3.1 Сайқалдиҳии механикӣ ва CMP-и пластинаҳои SiC

Пас аз афзоиши порчаи як кристаллии SiC, нуқсонҳои сатҳӣ монеъ мешаванд, ки он мустақиман барои афзоиши эпитаксиалӣ истифода шавад. Аз ин рӯ, коркарди минбаъда лозим аст. Аввал порча тавассути мудавваркунӣ ба шакли стандартии силиндрӣ шакл дода мешавад, сипас бо истифода аз буридани сим ба вафлҳо бурида мешавад ва сипас тасдиқи самти кристаллографӣ анҷом дода мешавад. Сайқалдиҳӣ қадами муҳим дар беҳтар кардани сифати вафл, ҳалли мушкилоти эҳтимолии сатҳи ба вуҷуд омада, ки аз нуқсонҳои афзоиши кристалл ва қадамҳои қаблии коркард ба вуҷуд меоянд, мебошад.

Чор усули асосии тоза кардани қабатҳои осеби рӯизаминӣ дар SiC мавҷуданд:

Сайқалдиҳии механикӣ: Содда, аммо харошида мемонад; барои сайқалдиҳии аввалия мувофиқ аст.

Сайқалдиҳии механикии кимиёвӣ (CMP): Харошиданҳоро тавассути кандакории кимиёвӣ тоза мекунад; барои сайқалдиҳии дақиқ мувофиқ аст.

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

Сайқалдиҳии плазмавӣ: Мураккаб ва кам истифодашаванда.

Сайқалдиҳии танҳо бо механикӣ боиси харошидан мегардад, дар ҳоле ки сайқалдиҳии танҳо бо кимиёвӣ метавонад ба нобаробарии кандакорӣ оварда расонад. CMP ҳарду бартариро муттаҳид мекунад ва роҳи ҳалли самаранок ва арзонро пешниҳод мекунад.

Принсипи кори CMP

CMP бо гардиши пластина дар зери фишори муқарраршуда нисбат ба болишти сайқалдиҳии гардишкунанда кор мекунад. Ин ҳаракати нисбӣ, дар якҷоягӣ бо харошидани механикӣ аз абразивҳои наноандоза дар суспензия ва таъсири кимиёвии агентҳои реактивӣ, ба ҳамвории сатҳ ноил мегардад.

Маводҳои асосии истифодашуда:

Маҳлули сайқалдиҳанда: дорои абразивҳо ва реагентҳои кимиёвӣ мебошад.

Лавҳаи сайқалдиҳӣ: Ҳангоми истифода фарсуда мешавад, ки андозаи сӯрохиҳо ва самаранокии интиқоли гилро коҳиш медиҳад. Барои барқарор кардани ноҳамвории он, одатан бо истифода аз ҷевони алмосӣ, коркарди мунтазам лозим аст.

Раванди маъмулии CMP

Абразив: 0.5 мкм силури алмосӣ

Ноҳамвории сатҳи мақсаднок: ~0.7 нм

Сайқалдиҳии механикии кимиёвӣ:

Таҷҳизоти сайқалдиҳӣ: сайқалдиҳандаи яктарафа AP-810

Фишор: 200 г/см²

Суръати табақча: 50 чархзанӣ дар як дақиқа

Суръати дорандаи сафол: 38 чархзанӣ дар як дақиқа

Таркиби суспензия:

SiO₂ (30 вазн%, рН = 10.15)

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

Бо истифода аз 5% вазн KOH ва 1% вазн HNO₃, рН-ро ба 8.5 танзим кунед

Суръати ҷараёни суспензия: 3 л/дақ, гардиши такрорӣ

Ин раванд сифати пластинаи SiC-ро самаранок беҳтар мекунад ва ба талаботҳои равандҳои поёноб ҷавобгӯ аст.

Мушкилоти техникӣ дар сайқалдиҳии механикӣ

SiC, ҳамчун нимноқил, дар саноати электроника нақши муҳим мебозад. Бо хосиятҳои аълои физикӣ ва химиявӣ, кристаллҳои монокристаллии SiC барои муҳитҳои шадид, ба монанди ҳарорати баланд, басомади баланд, қувваи баланд ва муқовимат ба радиатсия мувофиқанд. Аммо, табиати сахт ва шиканандаи он барои суфтакунӣ ва сайқалдиҳӣ мушкилоти ҷиддӣ эҷод мекунад.

Ҳангоме ки истеҳсолкунандагони пешбари ҷаҳонӣ аз вафлиҳои 6-дюйма ба 8-дюйма мегузаранд, масъалаҳо ба монанди кафидан ва осеб дидани вафлиҳо ҳангоми коркард бештар ба назар мерасанд, ки ба ҳосилнокӣ таъсири назаррас мерасонанд. Ҳалли мушкилоти техникии субстратҳои SiC-и 8-дюйма ҳоло меъёри асосии пешрафти соҳа мебошад.

Дар давраи 8-дюйма, коркарди вафли SiC бо мушкилоти зиёде рӯбарӯ мешавад:

Миқёспазирии вафлҳо барои афзоиши истеҳсоли чип барои як партия, кам кардани талафоти канор ва кам кардани хароҷоти истеҳсолӣ зарур аст - махсусан бо назардошти афзоиши талабот дар истифодаи мошинҳои барқӣ.

Гарчанде ки афзоиши кристаллҳои монокристаллҳои 8-дюймаи SiC ба камол расидааст, равандҳои пасипардагӣ ба монанди сайқалдиҳӣ ва сайқалдиҳӣ то ҳол бо монеаҳо рӯбарӯ мешаванд, ки боиси ҳосилнокии паст (танҳо 40-50%) мегардад.

Вафлиҳои калонтар тақсимоти мураккабтари фишорро аз сар мегузаронанд, ки душвории идоракунии фишори сайқалдиҳӣ ва устувории ҳосилро зиёд мекунад.

Гарчанде ки ғафсии вафлиҳои 8-дюйма ба ғафсии вафлиҳои 6-дюйма наздик мешавад, онҳо ҳангоми коркард аз сабаби фишор ва каҷшавӣ бештар ба осеб дучор мешаванд.

Барои кам кардани фишори марбут ба буридан, каҷшавӣ ва кафидан, буридани лазерӣ бештар истифода мешавад. Аммо:

Лазерҳои мавҷи дароз боиси зарари гармӣ мешаванд.

Лазерҳои кӯтоҳмавҷ партовҳои вазнинро ба вуҷуд меоранд ва қабати осебро амиқтар мекунанд ва мураккабии сайқалдиҳиро афзоиш медиҳанд.

Ҷараёни кории сайқалдиҳии механикӣ барои SiC

Раванди умумии раванд инҳоро дар бар мегирад:

Буридани самт

Ором кардани дағал

Суфтакунии хуб

Сайқалдиҳии механикӣ

Сайқалдиҳии механикии кимиёвӣ (CMP) ҳамчун марҳилаи ниҳоӣ

Интихоби усули CMP, тарҳрезии масири раванд ва беҳсозии параметрҳо муҳиманд. Дар истеҳсоли нимноқилҳо, CMP қадами муайянкунанда барои истеҳсоли пластинаҳои SiC бо сатҳҳои ултра ҳамвор, бе нуқсон ва бе осеб мебошад, ки барои афзоиши эпитаксиалии баландсифат муҳиманд.

(а) Рехтаи SiC-ро аз тигель хориҷ кунед;

(б) Бо истифода аз суфтакунии диаметри берунӣ шаклдиҳии ибтидоиро анҷом диҳед;

(в) Самти кристаллро бо истифода аз ҳамворҳо ё чуқурчаҳои ҳамвор муайян кунед;

(г) Пулро бо истифода аз арракунии бисёрсимӣ ба шакли пластинаҳои тунук буред;

(e) Ба даст овардани ҳамвории сатҳи оинамонанд тавассути қадамҳои сайқалдиҳӣ ва сайқалдиҳӣ.

Пас аз анҷом додани силсилаи қадамҳои коркард, канори берунии пластинаи SiC аксар вақт тез мешавад, ки хатари пора шуданро ҳангоми коркард ё истифода зиёд мекунад. Барои пешгирӣ аз чунин нозукӣ, сайқал додани канорҳо зарур аст.

Илова бар равандҳои анъанавии буридан, усули инноватсионии тайёр кардани вафлҳои SiC технологияи пайвасткуниро дар бар мегирад. Ин равиш имкон медиҳад, ки вафлҳо тавассути пайваст кардани қабати тунуки монокристаллии SiC ба субстрати гетерогенӣ (субстрати такякунанда) истеҳсол карда шаванд.

Расми 3 ҷараёни равандро нишон медиҳад:

Аввалан, қабати деламинатсия дар чуқурии муайян дар сатҳи монокристали SiC тавассути имплантатсияи ионҳои гидроген ё усулҳои монанд ба вуҷуд меояд. Сипас монокристали SiC-и коркардшуда ба як субстрати ҳамвори дастгирикунанда пайваст карда мешавад ва таҳти фишор ва гармӣ қарор мегирад. Ин имкон медиҳад, ки қабати монокристали SiC ба субстрати дастгирикунанда бомуваффақият интиқол ва ҷудо карда шавад.

Қабати ҷудошудаи SiC барои ба даст овардани ҳамвории зарурӣ коркарди рӯизаминиро мегузаронад ва онро дар равандҳои минбаъдаи пайвасткунӣ дубора истифода бурдан мумкин аст. Дар муқоиса бо буридани анъанавии кристаллҳои SiC, ин усул талаботро ба маводҳои гаронбаҳо коҳиш медиҳад. Гарчанде ки мушкилоти техникӣ боқӣ мемонанд, таҳқиқот ва рушд барои таъмини истеҳсоли вафли арзонтар фаъолона пеш мераванд.

Бо назардошти сахтии баланд ва устувории кимиёвии SiC, ки онро ба реаксияҳо дар ҳарорати хонагӣ тобовар мегардонад, сайқалдиҳии механикӣ барои тоза кардани сӯрохиҳои майдаи майдакунӣ, кам кардани осеби рӯизаминӣ, бартараф кардани харошиданҳо, сӯрохшавӣ ва нуқсонҳои пӯсти афлесун, кам кардани ноҳамвории рӯизаминӣ, беҳтар кардани ҳамворӣ ва беҳтар кардани сифати рӯизаминӣ зарур аст.

Барои ба даст овардани сатҳи сайқалёфтаи босифат, зарур аст:

Намудҳои абразивиҳоро танзим кунед,

Кам кардани андозаи зарраҳо,

Параметрҳои равандро оптимизатсия кунед,

Маводҳо ва болиштҳои сайқалдиҳиро бо сахтии кофӣ интихоб кунед.

Расми 7 нишон медиҳад, ки сайқалдиҳии дутарафа бо абразивҳои 1 мкм метавонад тағирёбии ҳамворӣ ва ғафсиро дар дохили 10 мкм назорат кунад ва ноҳамвории сатҳро то тақрибан 0,25 нм кам кунад.

3.2 Сайқалдиҳии механикии кимиёвӣ (CMP)

Сайқалдиҳии механикии кимиёвӣ (CMP) коркарди зарраҳои ултрамайдаро бо кандакории кимиёвӣ муттаҳид мекунад, то сатҳи ҳамвор ва ҳамворро дар маводи коркардшаванда ташкил диҳад. Принсипи асосӣ ин аст:

Байни маҳлули сайқалдиҳанда ва сатҳи вафл реаксияи кимиёвӣ ба амал меояд, ки дар натиҷа як қабати нарм ба вуҷуд меояд.

Соиш байни зарраҳои абразивӣ ва қабати нарм маводро хориҷ мекунад.

Афзалиятҳои CMP:

Камбудиҳои сайқалдиҳии механикӣ ё химиявиро бартараф мекунад,

Ҳам ба ҳам банақшагирии ҷаҳонӣ ва ҳам маҳаллӣ ноил мегардад,

сатҳҳоро бо ҳамвории баланд ва ноҳамвории паст истеҳсол мекунад,

Ба рӯи замин ё зеризаминӣ ягон осеб намерасонад.

Ба таври муфассал:

Таҳти фишор пластина нисбат ба болишти сайқалдиҳӣ ҳаракат мекунад.

Абразивҳои миқёси нанометрӣ (масалан, SiO₂) дар суспензия дар буридани мавод, суст кардани пайвандҳои ковалентии Si-C ва беҳтар кардани хориҷшавии мавод иштирок мекунанд.

Намудҳои усулҳои CMP:

Сайқал додани абразивии озод: Абразивҳо (масалан, SiO₂) дар суспензия овезон карда мешаванд. Хориҷ кардани мавод тавассути абразивии сеҷисмӣ (вафли-пад-абразивӣ) сурат мегирад. Андозаи абразив (одатан 60-200 нм), рН ва ҳарорат бояд дақиқ назорат карда шаванд, то якрангӣ беҳтар карда шавад.

Сайқалдиҳии абразивии собит: Абразивҳо дар болишти сайқалдиҳӣ ҷойгир карда шудаанд, то аз ҷамъшавии ашё пешгирӣ карда шаванд - барои коркарди дақиқи баланд беҳтарин аст.

Тозакунии пас аз сайқалдиҳӣ:

Вафлиҳои сайқалёфта аз инҳо мегузаранд:

Тозакунии кимиёвӣ (аз ҷумла оби DI ва тоза кардани боқимондаҳои лой),

Шустани оби DI ва

Хушккунии гарми азотӣ

барои кам кардани ифлосшавии рӯизаминӣ.

Сифат ва иҷрои сатҳ

Ноҳамвории сатҳро то Ra < 0.3 нм кам кардан мумкин аст, ки ба талаботи эпитаксии нимноқилҳо ҷавобгӯ аст.

Планаризатсияи ҷаҳонӣ: Омезиши нармкунии кимиёвӣ ва тозакунии механикӣ харошиданҳо ва кандакории нобаробарро кам мекунад ва аз усулҳои механикӣ ё химиявии холис самараноктар аст.

Самаранокии баланд: Барои маводҳои сахт ва шикананда ба монанди SiC, ки суръати тозакунии мавод аз 200 нм/соат зиёд аст, мувофиқ аст.

Усулҳои дигари сайқалдиҳии нав

Илова бар CMP, усулҳои алтернативӣ пешниҳод шудаанд, аз ҷумла:

Сайқалдиҳии электрохимиявӣ, сайқалдиҳӣ ё кандакорӣ бо ёрии катализатор ва

Сайқалдиҳии трибохимиявӣ.

Аммо, ин усулҳо ҳанӯз дар марҳилаи таҳқиқот қарор доранд ва аз сабаби хосиятҳои душвори моддии SiC оҳиста инкишоф ёфтаанд.

Дар ниҳоят, коркарди SiC раванди тадриҷии коҳиш додани каҷшавӣ ва ноҳамворӣ барои беҳтар кардани сифати сатҳ мебошад, ки дар он ҳамворӣ ва назорати ноҳамворӣ дар ҳар як марҳила муҳим аст.

Технологияи коркард

Дар марҳилаи майдакунии пластина, барои майда кардани пластина то ҳамвории зарурӣ ва ноҳамвории рӯизаминӣ аз лойи алмос бо андозаи гуногуни зарраҳо истифода мешавад. Пас аз он сайқалдиҳӣ бо истифода аз усулҳои сайқалдиҳии механикӣ ва кимиёвӣ (CMP) барои истеҳсоли пластинаҳои сайқалёфтаи карбиди кремний (SiC) бе осеб анҷом дода мешавад.

Пас аз сайқалдиҳӣ, вафлҳои SiC бо истифода аз асбобҳо ба монанди микроскопҳои оптикӣ ва дифрактометрҳои рентгенӣ аз санҷиши сифат мегузаранд, то боварӣ ҳосил кунанд, ки ҳамаи параметрҳои техникӣ ба стандартҳои зарурӣ мувофиқат мекунанд. Дар ниҳоят, вафлҳои сайқалёфта бо истифода аз воситаҳои махсуси тозакунӣ ва оби ултра-тоза барои тоза кардани ифлоскунандаҳои сатҳӣ тоза карда мешаванд. Сипас, онҳо бо истифода аз гази нитрогени ултра-баландсифат ва хушккунакҳои чархзананда хушк карда мешаванд ва тамоми раванди истеҳсолотро ба анҷом мерасонанд.

Пас аз солҳои талош, дар коркарди монокристаллҳои SiC дар дохили Чин пешрафтҳои назаррас ба даст оварда шуданд. Дар дохили кишвар, монокристаллҳои нимизолятсионӣ бо допинг 100 мм бомуваффақият таҳия карда шуданд ва монокристаллҳои навъи n-и 4H-SiC ва 6H-SiC ҳоло метавонанд дар партияҳо истеҳсол карда шаванд. Ширкатҳо ба монанди TankeBlue ва TYST аллакай монокристаллҳои SiC бо допинг 150 мм-ро таҳия кардаанд.

Аз нигоҳи технологияи коркарди пластинаҳои SiC, муассисаҳои ватанӣ пешакӣ шароит ва роҳҳои равандро барои буридан, майда кардан ва сайқал додани кристалл омӯхтаанд. Онҳо қодиранд намунаҳоеро истеҳсол кунанд, ки асосан ба талаботи истеҳсоли дастгоҳ ҷавобгӯ бошанд. Аммо, дар муқоиса бо стандартҳои байналмилалӣ, сифати коркарди сатҳи пластинаҳои ватанӣ то ҳол ба таври назаррас қафо мондааст. Якчанд мушкилот вуҷуд доранд:

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

Набудани таҳқиқоти назариявӣ ва дастгирии такмил ва беҳсозии равандҳо вуҷуд дорад.

Арзиши воридоти таҷҳизот ва қисмҳои эҳтиётии хориҷӣ хеле баланд аст.

Таҳқиқоти дохилӣ оид ба тарроҳии таҷҳизот, дақиқии коркард ва маводҳо то ҳол дар муқоиса бо сатҳи байналмилалӣ тафовутҳои назаррасро нишон медиҳанд.

Айни замон, аксари асбобҳои дақиқи баланд, ки дар Чин истифода мешаванд, ворид карда мешаванд. Таҷҳизот ва методологияҳои санҷиш низ ба такмили минбаъда ниёз доранд.

Бо рушди минбаъдаи нимноқилҳои насли сеюм, диаметри субстратҳои монокристаллии SiC мунтазам меафзояд ва талабот ба сифати коркарди сатҳӣ низ афзоиш меёбад. Технологияи коркарди вафлҳо пас аз рушди монокристаллии SiC яке аз қадамҳои аз ҷиҳати техникӣ душвортарин гардидааст.

Барои ҳалли мушкилоти мавҷуда дар коркард, омӯзиши минбаъдаи механизмҳои буридан, суфтакунӣ ва сайқалдиҳӣ ва омӯхтани усулҳо ва роҳҳои мувофиқи раванд барои истеҳсоли вафли SiC муҳим аст. Дар айни замон, зарур аст, ки аз технологияҳои пешрафтаи байналмилалии коркард омӯзем ва усулҳои муосири коркарди ултра-дақиқро барои истеҳсоли субстратҳои баландсифат истифода барем.

Бо афзоиши андозаи пластина, душвории парвариш ва коркарди кристалл низ меафзояд. Бо вуҷуди ин, самаранокии истеҳсоли дастгоҳҳои поёноб ба таври назаррас беҳтар мешавад ва арзиши воҳид коҳиш меёбад. Дар айни замон, таъминкунандагони асосии пластинаҳои SiC дар саросари ҷаҳон маҳсулотеро пешниҳод мекунанд, ки диаметри онҳо аз 4 дюйм то 6 дюйм аст. Ширкатҳои пешсаф ба монанди Cree ва II-VI аллакай ба нақшагирии таҳияи хатҳои истеҳсоли пластинаҳои SiC бо 8 дюйм оғоз кардаанд.