Den nuværende status og tendenser inden for SiC-waferbehandlingsteknologi

Som et tredjegenerations halvledersubstratmateriale,siliciumcarbid (SiC)Enkeltkrystal har brede anvendelsesmuligheder inden for fremstilling af højfrekvente og højeffekts elektroniske enheder. SiC-behandlingsteknologien spiller en afgørende rolle i produktionen af ​​substratmaterialer af høj kvalitet. Denne artikel introducerer den aktuelle status for forskning i SiC-behandlingsteknologier både i Kina og i udlandet, analyserer og sammenligner mekanismerne bag skære-, slibnings- og poleringsprocesser samt tendenserne inden for waferplanhed og overfladeruhed. Den påpeger også de eksisterende udfordringer inden for SiC-waferbehandling og diskuterer fremtidige udviklingsretninger.

Siliciumkarbid (SiC)Wafere er kritiske grundmaterialer til tredjegenerations halvlederkomponenter og har betydelig betydning og markedspotentiale inden for områder som mikroelektronik, effektelektronik og halvlederbelysning. På grund af den ekstremt høje hårdhed og kemiske stabilitet afSiC-enkeltkrystallerTraditionelle halvlederbearbejdningsmetoder er ikke helt egnede til deres bearbejdning. Selvom mange internationale virksomheder har udført omfattende forskning i den teknisk krævende bearbejdning af SiC-enkeltkrystaller, holdes relevante teknologier strengt fortrolige.

I de senere år har Kina øget indsatsen for udvikling af SiC-enkeltkrystalmaterialer og -enheder. Udviklingen af ​​SiC-enhedsteknologi i landet er dog i øjeblikket begrænset af begrænsninger i forarbejdningsteknologier og waferkvalitet. Derfor er det vigtigt for Kina at forbedre SiC-forarbejdningskapaciteterne for at forbedre kvaliteten af ​​SiC-enkeltkrystalsubstrater og opnå deres praktiske anvendelse og masseproduktion.

De vigtigste forarbejdningstrin omfatter: skæring → grovslibning → finslibning → grovpolering (mekanisk polering) → finpolering (kemisk-mekanisk polering, CMP) → inspektion.

Skæring af SiC-enkeltkrystaller

I behandlingen afSiC-enkeltkrystaller, skæring er det første og et meget kritisk trin. Waferens bøjning, varpning og samlede tykkelsesvariation (TTV) som følge af skæreprocessen bestemmer kvaliteten og effektiviteten af ​​​​de efterfølgende slibnings- og poleringsoperationer.

Skæreværktøjer kan kategoriseres efter form i diamantsave med indvendig diameter (ID), save med udvendig diameter (OD), båndsave og wiresave. Wiresave kan igen klassificeres efter deres bevægelsestype i frem- og tilbagegående og løkkeformede (endeløse) wiresystemer. Baseret på slibemidlets skæremekanisme kan wiresavsskæringsteknikker opdeles i to typer: fri slibende wiresave og fast slibende diamantwiresave.

1.1 Traditionelle skæremetoder

Skæredybden på save med ydre diameter (OD) er begrænset af bladets diameter. Under skæreprocessen er bladet tilbøjeligt til vibrationer og afvigelser, hvilket resulterer i høje støjniveauer og dårlig stivhed. Save med indvendig diameter (ID) bruger diamantslibemidler på bladets indre omkreds som skærkant. Disse blade kan være så tynde som 0,2 mm. Under skæring roterer ID-bladet med høj hastighed, mens materialet, der skal skæres, bevæger sig radialt i forhold til bladets centrum, hvilket opnår skæring gennem denne relative bevægelse.

Diamantbåndsave kræver hyppige stop og vending, og skærehastigheden er meget lav – typisk ikke over 2 m/s. De lider også af betydelig mekanisk slitage og høje vedligeholdelsesomkostninger. På grund af savklingens bredde må skæreradius ikke være for lille, og flersnitsskæring er ikke mulig. Disse traditionelle saveværktøjer er begrænset af basens stivhed og kan ikke lave buede snit eller har begrænsede venderadier. De er kun i stand til lige snit, producerer brede savsnit, har et lavt udbytte og er derfor uegnede til skæring.SiC-krystaller.

1.2 Gratis slibende trådsav med flere tråde

Den frie, slibende trådsavsskæringsteknik bruger trådens hurtige bevægelse til at føre slam ind i savsnittet, hvilket muliggør materialefjernelse. Den anvender primært en frem- og tilbagegående struktur og er i øjeblikket en moden og udbredt metode til effektiv multiwaferskæring af enkeltkrystalsilicium. Dens anvendelse i SiC-skæring er dog blevet mindre grundigt undersøgt.

Frie slibende trådsave kan bearbejde wafere med tykkelser på mindre end 300 μm. De tilbyder lavt skæretab, forårsager sjældent afskalning og resulterer i relativt god overfladekvalitet. På grund af materialefjernelsesmekanismen - baseret på valsning og indrykning af slibemidler - har waferoverfladen dog en tendens til at udvikle betydelig restspænding, mikrorevner og dybere skadeslag. Dette fører til wafervridning, gør det vanskeligt at kontrollere overfladeprofilens nøjagtighed og øger belastningen på efterfølgende bearbejdningstrin.

Skæreevnen er stærkt påvirket af slammet; det er nødvendigt at opretholde slibemidlernes skarphed og slammets koncentration. Slambehandling og genbrug er dyrt. Ved skæring af store barrer har slibemidler svært ved at trænge ind i dybe og lange snit. Under den samme slibekornstørrelse er snittabet større end ved trådsave med fast slibning.

1.3 Fast slibende diamantsav med flere tråde

Fastslibende diamantwiresave fremstilles typisk ved at indlejre diamantpartikler på et ståltrådssubstrat gennem galvanisering, sintring eller harpiksbinding. Galvaniserede diamantwiresave tilbyder fordele såsom smallere snit, bedre skivekvalitet, højere effektivitet, lavere kontaminering og evnen til at skære materialer med høj hårdhed.

Den frem- og tilbagegående elektropletterede diamantwiresav er i øjeblikket den mest anvendte metode til at skære SiC. Figur 1 (ikke vist her) illustrerer overfladeplanheden af ​​SiC-wafere skåret med denne teknik. Efterhånden som skæringen skrider frem, øges waferens vridning. Dette skyldes, at kontaktarealet mellem tråden og materialet øges, når tråden bevæger sig nedad, hvilket øger modstanden og trådens vibration. Når tråden når waferens maksimale diameter, er vibrationen på sit højeste, hvilket resulterer i maksimal vridning.

I de senere stadier af skæringen forringes waferens overfladekvalitet på grund af acceleration, bevægelse med stabil hastighed, deceleration, stop og reversering af tråden, samt vanskeligheder med at fjerne snavs med kølemidlet. Trådvending og hastighedsudsving, såvel som store diamantpartikler på tråden, er de primære årsager til overfladeridser.

1.4 Kold separationsteknologi

Kold separation af SiC-enkeltkrystaller er en innovativ proces inden for tredjegenerations halvledermaterialebehandling. I de senere år har den tiltrukket sig betydelig opmærksomhed på grund af dens bemærkelsesværdige fordele ved at forbedre udbyttet og reducere materialetab. Teknologien kan analyseres ud fra tre aspekter: arbejdsprincip, procesflow og kernefordele.

Bestemmelse af krystalorientering og slibning af den ydre diameter: Før bearbejdning skal krystalorienteringen af ​​SiC-barren bestemmes. Barren formes derefter til en cylindrisk struktur (almindeligvis kaldet en SiC-puck) via slibning af den ydre diameter. Dette trin lægger grundlaget for efterfølgende retningsbestemt skæring og udskæring.

Flertrådsskæring: Denne metode bruger slibende partikler kombineret med skæretråde til at skære den cylindriske barre. Den lider dog af betydeligt snittab og problemer med ujævnheder i overfladen.

Laserskæringsteknologi: En laser bruges til at danne et modificeret lag i krystallen, hvorfra tynde skiver kan afmonteres. Denne tilgang reducerer materialetab og forbedrer proceseffektiviteten, hvilket gør den til en lovende ny retning for SiC-waferskæring.

Optimering af skæreprocessen

Fast slibende flertrådsskæring: Dette er i øjeblikket den almindelige teknologi, der er velegnet til SiC's høje hårdhedsegenskaber.

Elektrisk udladningsbearbejdning (EDM) og koldseparationsteknologi: Disse metoder tilbyder varierede løsninger, der er skræddersyet til specifikke krav.

Poleringsproces: Det er vigtigt at afbalancere materialefjernelseshastigheden og overfladeskader. Kemisk-mekanisk polering (CMP) anvendes til at forbedre overfladeensartetheden.

Overvågning i realtid: Online inspektionsteknologier introduceres til at overvåge overfladeruhed i realtid.

Laserskærning: Denne teknik reducerer snitsårtab og forkorter behandlingscyklusserne, selvom den termisk berørte zone stadig er en udfordring.

Hybride procesteknologier: Kombinationen af ​​mekaniske og kemiske metoder forbedrer proceseffektiviteten.

Denne teknologi har allerede opnået industriel anvendelse. Infineon opkøbte for eksempel SILTECTRA og har nu kernepatenter, der understøtter masseproduktion af 8-tommer wafere. I Kina har virksomheder som Delong Laser opnået en outputeffektivitet på 30 wafere pr. barre til 6-tommer waferbehandling, hvilket repræsenterer en forbedring på 40% i forhold til traditionelle metoder.

I takt med at produktionen af ​​husholdningsudstyr accelererer, forventes denne teknologi at blive den almindelige løsning til SiC-substratbehandling. Med den stigende diameter af halvledermaterialer er traditionelle skæremetoder blevet forældede. Blandt de nuværende muligheder viser bajonet-diamantsavteknologi de mest lovende anvendelsesmuligheder. Laserskæring, som en fremadstormende teknik, tilbyder betydelige fordele og forventes at blive den primære skæremetode i fremtiden.

2.SiC enkeltkrystalslibning

Som repræsentant for tredjegenerations halvledere tilbyder siliciumcarbid (SiC) betydelige fordele på grund af dets brede båndgab, høje elektriske gennembrudsfelt, høje elektrondriftshastighed for mætning og fremragende varmeledningsevne. Disse egenskaber gør SiC særligt fordelagtigt i højspændingsapplikationer (f.eks. 1200V-miljøer). Forarbejdningsteknologien til SiC-substrater er en fundamental del af fremstillingen af ​​enheder. Overfladekvaliteten og præcisionen af ​​substratet påvirker direkte kvaliteten af ​​det epitaksiale lag og den endelige enhed's ydeevne.

Det primære formål med slibeprocessen er at fjerne overfladesavmærker og skader forårsaget under skæring og at korrigere deformation forårsaget af skæreprocessen. På grund af SiC's ekstremt høje hårdhed kræver slibning brug af hårde slibemidler såsom borkarbid eller diamant. Konventionel slibning er typisk opdelt i grovslibning og finslibning.

2.1 Grov- og finslibning

Slibning kan kategoriseres baseret på slibepartikelstørrelse:

Grovslibning: Bruger større slibemidler primært til at fjerne savmærker og skadeslag forårsaget under skæring, hvilket forbedrer forarbejdningseffektiviteten.

Finslibning: Bruger finere slibemidler til at fjerne det skadede lag efter grovslibning, reducere overfladeruhed og forbedre overfladekvaliteten.

Mange indenlandske SiC-substratproducenter bruger storskalaproduktionsprocesser. En almindelig metode involverer dobbeltsidet slibning ved hjælp af en støbejernsplade og monokrystallinsk diamantslam. Denne proces fjerner effektivt det beskadigede lag efter wiresavning, korrigerer waferformen og reducerer TTV (Total Thickness Variation), Bow og Warp. Materialefjernelseshastigheden er stabil og når typisk 0,8-1,2 μm/min. Den resulterende waferoverflade er dog mat med relativt høj ruhed - typisk omkring 50 nm - hvilket stiller højere krav til de efterfølgende poleringstrin.

2.2 Enkeltsidet slibning

Enkeltsidet slibning behandler kun én side af waferen ad gangen. Under denne proces monteres waferen på en stålplade med voks. Under påført tryk deformeres substratet let, og den øvre overflade flades ud. Efter slibningen udjævnes den nedre overflade. Når trykket fjernes, har den øvre overflade en tendens til at genvinde sin oprindelige form, hvilket også påvirker den allerede slebne nedre overflade – hvilket får begge sider til at vride sig og blive fladhede.

Desuden kan slibepladen blive konkav på kort tid, hvilket får waferen til at blive konveks. For at bevare pladens fladhed kræves hyppig slibearbejdelse. På grund af den lave effektivitet og dårlige fladhed af waferen er ensidet slibning ikke egnet til masseproduktion.

Typisk bruges #8000 slibeskiver til finslibning. I Japan er denne proces relativt moden og anvender endda #30000 poleringsskiver. Dette gør det muligt for overfladeruheden på de forarbejdede wafere at nå under 2 nm, hvilket gør waferne klar til endelig CMP (kemisk mekanisk polering) uden yderligere bearbejdning.

2.3 Teknologi til udtynding på én side

Diamant-enkeltsidet udtyndingsteknologi er en ny metode til enkeltsidet slibning. Som illustreret i figur 5 (ikke vist her), bruger processen en diamantbundet slibeplade. Waferen fikseres via vakuumadsorption, mens både waferen og diamantslibeskiven roterer samtidigt. Slibeskiven bevæger sig gradvist nedad for at fortynde waferen til en måltykkelse. Når den ene side er færdig, vendes waferen for at bearbejde den anden side.

Efter udtynding kan en 100 mm wafer opnå:

Bøjning < 5 μm

TTV < 2 μm

Overfladeruhed < 1 nm

Denne enkeltwafer-forarbejdningsmetode tilbyder høj stabilitet, fremragende konsistens og en høj materialefjernelseshastighed. Sammenlignet med konventionel dobbeltsidet slibning forbedrer denne teknik slibeeffektiviteten med over 50 %.

2.4 Dobbeltsidet slibning

Dobbeltsidet slibning bruger både en øvre og en nedre slibeplade til at slibe begge sider af underlaget samtidigt, hvilket sikrer fremragende overfladekvalitet på begge sider.

Under processen udøver slibepladerne først tryk på emnets højeste punkter, hvilket forårsager deformation og gradvis materialefjerning på disse punkter. Efterhånden som de høje punkter udjævnes, bliver trykket på substratet gradvist mere ensartet, hvilket resulterer i ensartet deformation over hele overfladen. Dette gør det muligt at slibe både de øvre og nedre overflader jævnt. Når slibningen er færdig, og trykket er frigivet, genvinder hver del af substratet ensartet sin form på grund af det samme tryk, det oplevede. Dette fører til minimal vridning og god planhed.

Waferens overfladeruhed efter slibning afhænger af slibepartikelstørrelsen – mindre partikler giver glattere overflader. Når man bruger 5 μm slibemidler til dobbeltsidet slibning, kan waferens planhed og tykkelsesvariation kontrolleres inden for 5 μm. Atomkraftmikroskopi (AFM)-målinger viser en overfladeruhed (Rq) på omkring 100 nm med slibehuller op til 380 nm dybe og synlige lineære mærker forårsaget af slibende virkning.

En mere avanceret metode involverer dobbeltsidet slibning ved hjælp af polyurethanskumpuder kombineret med polykrystallinsk diamantslam. Denne proces producerer wafere med meget lav overfladeruhed, der opnår en Ra < 3 nm, hvilket er yderst gavnligt for den efterfølgende polering af SiC-substrater.

Imidlertid er overfladeridsning stadig et uløst problem. Derudover produceres den polykrystallinske diamant, der anvendes i denne proces, via eksplosiv syntese, hvilket er teknisk udfordrende, giver små mængder og er ekstremt dyrt.

Polering af SiC-enkeltkrystaller

For at opnå en poleret overflade af høj kvalitet på siliciumcarbid (SiC)-wafere skal poleringen fuldstændigt fjerne slibehuller og nanometerstore overfladebølger. Målet er at producere en glat, defektfri overflade uden kontaminering eller nedbrydning, ingen underliggende skader og ingen resterende overfladespænding.

3.1 Mekanisk polering og CMP af SiC-wafere

Efter væksten af ​​en SiC-enkeltkrystalbarre forhindrer overfladefejl den i at blive direkte anvendt til epitaksial vækst. Derfor kræves yderligere bearbejdning. Barren formes først til en standardcylindrisk form ved afrunding, skæres derefter i wafere ved hjælp af trådskæring, efterfulgt af krystallografisk orienteringsverifikation. Polering er et kritisk trin i forbedringen af ​​waferkvaliteten, idet potentielle overfladeskader forårsaget af krystalvækstfejl og forudgående bearbejdningstrin håndteres.

Der er fire hovedmetoder til at fjerne overfladeskader på SiC:

Mekanisk polering: Enkel, men efterlader ridser; egnet til første polering.

Kemisk-mekanisk polering (CMP): Fjerner ridser via kemisk ætsning; egnet til præcisionspolering.

Hydrogenætsning: Kræver komplekst udstyr, der almindeligvis anvendes i HTCVD-processer.

Plasmaassisteret polering: Kompleks og sjældent anvendt.

Mekanisk polering har tendens til at forårsage ridser, mens kemisk polering kan føre til ujævn ætsning. CMP kombinerer begge fordele og tilbyder en effektiv og omkostningseffektiv løsning.

CMP's arbejdsprincip

CMP fungerer ved at rotere waferen under et indstillet tryk mod en roterende poleringspude. Denne relative bevægelse, kombineret med mekanisk slid fra nanostørrelsesslibemidler i opslæmningen og den kemiske virkning af reaktive stoffer, opnår overfladeplanarisering.

Vigtigste anvendte materialer:

Poleringsslam: Indeholder slibemidler og kemiske reagenser.

Poleringspude: Slides ned under brug, hvilket reducerer porestørrelsen og slamtilførselseffektiviteten. Regelmæssig afretning, typisk med en diamantafretningsmaskine, er nødvendig for at genoprette ruheden.

Typisk CMP-proces

Slibemiddel: 0,5 μm diamantslam

Måloverfladeruhed: ~0,7 nm

Kemisk mekanisk polering:

Poleringsudstyr: AP-810 enkeltsidet polermaskine

Tryk: 200 g/cm²

Pladehastighed: 50 o/min

Keramisk holderhastighed: 38 o/min

Gyllesammensætning:

SiO₂ (30 vægt%, pH = 10,15)

0–70 vægt% H₂O₂ (30 vægt%, reagenskvalitet)

Juster pH til 8,5 ved hjælp af 5 vægt% KOH og 1 vægt% HNO₃

Slamflowhastighed: 3 l/min, recirkuleret

Denne proces forbedrer effektivt SiC-waferkvaliteten og opfylder kravene til downstream-processer.

Tekniske udfordringer ved mekanisk polering

SiC, som en halvleder med bredt båndgab, spiller en afgørende rolle i elektronikindustrien. Med fremragende fysiske og kemiske egenskaber er SiC-enkeltkrystaller velegnede til ekstreme miljøer, såsom høj temperatur, høj frekvens, høj effekt og strålingsresistens. Dens hårde og sprøde natur giver dog store udfordringer ved slibning og polering.

I takt med at førende globale producenter overgår fra 6-tommer til 8-tommer wafere, er problemer som revner og waferskader under bearbejdning blevet mere fremtrædende, hvilket påvirker udbyttet betydeligt. At håndtere de tekniske udfordringer ved 8-tommer SiC-substrater er nu et vigtigt benchmark for branchens fremskridt.

I 8-tommer-æraen står SiC-waferbehandling over for adskillige udfordringer:

Waferskalering er nødvendig for at øge chipoutputtet pr. batch, reducere kanttab og sænke produktionsomkostningerne – især i betragtning af den stigende efterspørgsel inden for elbiler.

Selvom væksten af ​​8-tommer SiC-enkeltkrystaller er modnet, står back-end-processer som slibning og polering stadig over for flaskehalse, hvilket resulterer i lave udbytter (kun 40-50%).

Større wafere oplever mere komplekse trykfordelinger, hvilket øger vanskeligheden ved at håndtere poleringsspænding og udbyttekonsistens.

Selvom tykkelsen af ​​8-tommer wafere nærmer sig tykkelsen af ​​6-tommer wafere, er de mere tilbøjelige til at beskadiges under håndtering på grund af stress og vridning.

For at reducere skærerelaterede stress, vridninger og revner anvendes laserskæring i stigende grad. Dog:

Langbølgede lasere forårsager termisk skade.

Kortbølgede lasere genererer tungt snavs og uddyber skadeslaget, hvilket øger poleringskompleksiteten.

Mekanisk poleringsarbejdsgang for SiC

Den generelle processtrøm omfatter:

Orienteringsskæring

Grovslibning

Finmalning

Mekanisk polering

Kemisk-mekanisk polering (CMP) som det sidste trin

Valg af CMP-metode, procesrutedesign og optimering af parametre er afgørende. Inden for halvlederfremstilling er CMP det afgørende trin i produktionen af ​​SiC-wafere med ultraglatte, defektfri og skadesfri overflader, hvilket er essentielt for epitaksial vækst af høj kvalitet.

(a) Fjern SiC-barren fra diglen;

(b) Udfør indledende formning ved hjælp af slibning af den ydre diameter;

(c) Bestem krystallens orientering ved hjælp af justeringsflader eller hak;

(d) Skær barren i tynde vafler ved hjælp af flertrådssavning;

(e) Opnå spejlblank overfladeglathed gennem slibning og polering.

Efter at have afsluttet rækken af ​​​​behandlingstrin, bliver den ydre kant af SiC-waferen ofte skarp, hvilket øger risikoen for afskalning under håndtering eller brug. For at undgå en sådan skrøbelighed er kantslibning nødvendig.

Ud over traditionelle slicingprocesser involverer en innovativ metode til fremstilling af SiC-wafere bonding-teknologi. Denne tilgang muliggør waferfremstilling ved at binde et tyndt SiC-enkeltkrystallag til et heterogent substrat (bærende substrat).

Figur 3 illustrerer procesforløbet:

Først dannes et delamineringslag i en bestemt dybde på overfladen af ​​SiC-enkeltkrystal via hydrogenionimplantation eller lignende teknikker. Den forarbejdede SiC-enkeltkrystal bindes derefter til et fladt bærende substrat og udsættes for tryk og varme. Dette muliggør vellykket overførsel og separation af SiC-enkeltkrystallaget på det bærende substrat.

Det separerede SiC-lag gennemgår overfladebehandling for at opnå den ønskede fladhed og kan genbruges i efterfølgende bindingsprocesser. Sammenlignet med traditionel opskæring af SiC-krystaller reducerer denne teknik behovet for dyre materialer. Selvom der fortsat er tekniske udfordringer, skrider forskning og udvikling aktivt frem for at muliggøre lavere omkostningsbaseret waferproduktion.

I betragtning af SiC's høje hårdhed og kemiske stabilitet – hvilket gør det modstandsdygtigt over for reaktioner ved stuetemperatur – er mekanisk polering nødvendig for at fjerne fine slibehuller, reducere overfladeskader, eliminere ridser, grubetæringer og appelsinskalsdefekter, reducere overfladeruhed, forbedre planheden og forbedre overfladekvaliteten.

For at opnå en poleret overflade af høj kvalitet er det nødvendigt at:

Juster slibemiddeltyper,

Reducer partikelstørrelsen,

Optimer procesparametre,

Vælg poleringsmaterialer og -puder med tilstrækkelig hårdhed.

Figur 7 viser, at dobbeltsidet polering med 1 μm slibemidler kan kontrollere fladhed og tykkelsesvariation inden for 10 μm og reducere overfladeruhed til omkring 0,25 nm.

3.2 Kemisk-mekanisk polering (CMP)

Kemisk-mekanisk polering (CMP) kombinerer ultrafine partikelslibning med kemisk ætsning for at danne en glat, plan overflade på det materiale, der bearbejdes. Grundprincippet er:

Der opstår en kemisk reaktion mellem poleringsopslæmningen og waferoverfladen, hvorved der dannes et blødt lag.

Friktion mellem de slibende partikler og det bløde lag fjerner materialet.

CMP-fordele:

Overvinder ulemperne ved rent mekanisk eller kemisk polering,

Opnår både global og lokal planarisering,

Producerer overflader med høj planhed og lav ruhed,

Efterlader ingen skader på overfladen eller undergrunden.

I detaljer:

Waferen bevæger sig i forhold til poleringspuden under tryk.

Nanometerstore slibemidler (f.eks. SiO₂) i opslæmningen deltager i forskydning, svækker Si-C kovalente bindinger og forbedrer materialefjernelsen.

Typer af CMP-teknikker:

Fri polering med slibemiddel: Slibemidler (f.eks. SiO₂) suspenderes i en opslæmning. Materialefjernelse sker ved tredelt abrasion (wafer-pad-slibemiddel). Slibemiddelstørrelse (typisk 60-200 nm), pH og temperatur skal kontrolleres præcist for at forbedre ensartetheden.

Fast slibende polering: Slibemidler er indlejret i polerpuden for at forhindre agglomerering – ideelt til højpræcisionsbearbejdning.

Rengøring efter polering:

Polerede wafere gennemgår:

Kemisk rengøring (inklusive fjernelse af deioniseret vand og slamrester)

skylning med DI-vand, og

Tørring af varm nitrogen

for at minimere overfladeforurening.

Overfladekvalitet og ydeevne

Overfladeruhed kan reduceres til Ra < 0,3 nm, hvilket opfylder kravene til halvlederepitaksi.

Global planarisering: Kombinationen af ​​kemisk blødgøring og mekanisk fjernelse reducerer ridser og ujævn ætsning og overgår dermed rene mekaniske eller kemiske metoder.

Høj effektivitet: Velegnet til hårde og sprøde materialer som SiC, med materialefjernelseshastigheder over 200 nm/t.

Andre nye poleringsteknikker

Ud over CMP er der blevet foreslået alternative metoder, herunder:

Elektrokemisk polering, katalysatorassisteret polering eller ætsning, og

Tribokemisk polering.

Disse metoder er dog stadig på forskningsstadiet og har udviklet sig langsomt på grund af SiC's udfordrende materialeegenskaber.

I sidste ende er SiC-forarbejdning en gradvis proces med at reducere vridning og ruhed for at forbedre overfladekvaliteten, hvor kontrol af fladhed og ruhed er afgørende i hvert trin.

Forarbejdningsteknologi

Under waferslibningsfasen bruges diamantslam med forskellige partikelstørrelser til at slibe waferen til den ønskede fladhed og overfladeruhed. Dette efterfølges af polering ved hjælp af både mekaniske og kemisk-mekaniske poleringsteknikker (CMP) for at producere skadesfri polerede siliciumcarbid (SiC) wafere.

Efter polering gennemgår SiC-waferne en streng kvalitetskontrol ved hjælp af instrumenter som optiske mikroskoper og røntgendiffraktometre for at sikre, at alle tekniske parametre opfylder de krævede standarder. Endelig rengøres de polerede wafere med specialiserede rengøringsmidler og ultrarent vand for at fjerne overfladeforurenende stoffer. De tørres derefter med nitrogengas med ultrahøj renhed og centrifugering, hvilket fuldender hele produktionsprocessen.

Efter mange års indsats er der gjort betydelige fremskridt inden for SiC-enkeltkrystalforarbejdning i Kina. Indenlandsk er der med succes udviklet 100 mm doterede halvisolerende 4H-SiC-enkeltkrystaller, og n-type 4H-SiC- og 6H-SiC-enkeltkrystaller kan nu produceres i batcher. Virksomheder som TankeBlue og TYST har allerede udviklet 150 mm SiC-enkeltkrystaller.

Med hensyn til SiC-waferbehandlingsteknologi har indenlandske institutioner foreløbigt undersøgt procesbetingelser og -ruter til krystalskæring, slibning og polering. De er i stand til at producere prøver, der grundlæggende opfylder kravene til fremstilling af enheder. Sammenlignet med internationale standarder halter overfladebehandlingskvaliteten af ​​indenlandske wafere dog stadig betydeligt bagefter. Der er flere problemer:

Internationale SiC-teorier og -behandlingsteknologier er tæt beskyttet og ikke let tilgængelige.

Der mangler teoretisk forskning og støtte til procesforbedring og -optimering.

Omkostningerne ved at importere udenlandsk udstyr og komponenter er høje.

Indenlandsk forskning i udstyrsdesign, præcision i bearbejdningen og materialer viser stadig betydelige huller i forhold til det internationale niveau.

I øjeblikket importeres de fleste højpræcisionsinstrumenter, der anvendes i Kina. Testudstyr og metoder kræver også yderligere forbedring.

Med den fortsatte udvikling af tredjegenerations halvledere stiger diameteren af ​​SiC-enkeltkrystalsubstrater støt, sammen med højere krav til overfladebehandlingskvalitet. Waferbehandlingsteknologi er blevet et af de teknisk mest udfordrende trin efter SiC-enkeltkrystalvækst.

For at imødegå eksisterende udfordringer inden for forarbejdning er det vigtigt yderligere at studere de mekanismer, der er involveret i skæring, slibning og polering, og at udforske egnede procesmetoder og -ruter til fremstilling af SiC-wafere. Samtidig er det nødvendigt at lære af avancerede internationale forarbejdningsteknologier og anvende de nyeste ultrapræcisionsbearbejdningsteknikker og -udstyr for at producere substrater af høj kvalitet.

Efterhånden som waferstørrelsen stiger, stiger vanskeligheden ved krystalvækst og -bearbejdning også. Produktionseffektiviteten af ​​downstream-enheder forbedres dog betydeligt, og enhedsomkostningerne reduceres. I øjeblikket tilbyder de største SiC-waferleverandører globalt produkter med en diameter fra 4 tommer til 6 tommer. Førende virksomheder som Cree og II-VI er allerede begyndt at planlægge udviklingen af ​​8-tommer SiC-waferproduktionslinjer.