Status lan Tren Teknologi Pangolahan Wafer SiC Saiki

Minangka bahan substrat semikonduktor generasi katelu,silikon karbida (SiC)Kristal tunggal nduweni prospek aplikasi sing amba ing manufaktur piranti elektronik frekuensi dhuwur lan daya dhuwur. Teknologi pangolahan SiC nduweni peran penting ing produksi bahan substrat berkualitas tinggi. Artikel iki ngenalake kahanan riset saiki babagan teknologi pangolahan SiC ing China lan ing luar negeri, nganalisis lan mbandhingake mekanisme proses pemotongan, penggilingan, lan pemolesan, uga tren ing kerataan wafer lan kekasaran permukaan. Uga nuduhake tantangan sing ana ing pangolahan wafer SiC lan mbahas arah pangembangan ing mangsa ngarep.

Silikon karbida (SiC)Wafer minangka bahan dhasar sing penting kanggo piranti semikonduktor generasi katelu lan nduweni kepentingan sing signifikan lan potensial pasar ing bidang kayata mikroelektronika, elektronika daya, lan pencahayaan semikonduktor. Amarga kekerasan lan stabilitas kimia sing dhuwur banget,Kristal tunggal SiC, metode pangolahan semikonduktor tradisional ora cocog banget kanggo pangolahane. Sanajan akeh perusahaan internasional sing wis nindakake riset ekstensif babagan pangolahan kristal tunggal SiC sing nuntut teknis, teknologi sing relevan dijaga kerahasiaane kanthi ketat.

Ing taun-taun pungkasan, Tiongkok wis nambah upaya kanggo ngembangake bahan lan piranti kristal tunggal SiC. Nanging, kemajuan teknologi piranti SiC ing negara kasebut saiki diwatesi dening watesan teknologi pangolahan lan kualitas wafer. Mulane, penting banget kanggo Tiongkok kanggo ningkatake kemampuan pangolahan SiC kanggo ningkatake kualitas substrat kristal tunggal SiC lan entuk aplikasi praktis lan produksi massal.

Langkah-langkah pangolahan utama kalebu: nglereni → nggiling kasar → nggiling alus → polesan kasar (polesan mekanik) → polesan alus (polesan mekanik kimia, CMP) → inspeksi.

Pemotongan Kristal Tunggal SiC

Ing pangolahan sakaKristal tunggal SiC, nglereni minangka langkah pisanan lan penting banget. Busur, lungsin, lan variasi kekandelan total (TTV) wafer sing diasilake saka proses nglereni nemtokake kualitas lan efektifitas operasi panggilingan lan polesan sabanjure.

Piranti pemotong bisa dikategorikake miturut wujude dadi gergaji diameter njero berlian (ID), gergaji diameter njaba (OD), gergaji pita, lan gergaji kawat. Gergaji kawat, sabanjure, bisa diklasifikasikake miturut jinis gerakane dadi sistem kawat bolak-balik lan sistem kawat puteran (tanpa wates). Adhedhasar mekanisme pemotongan abrasif, teknik ngiris gergaji kawat bisa dipérang dadi rong jinis: gergaji kawat abrasif bebas lan gergaji kawat berlian abrasif tetep.

1.1 Cara Nglereni Tradisional

Ambane pemotongan gergaji diameter njaba (OD) diwatesi dening diameter bilah. Sajrone proses pemotongan, bilah rentan getaran lan penyimpangan, sing nyebabake tingkat gangguan sing dhuwur lan kekakuan sing kurang. Gergaji diameter njero (ID) nggunakake abrasif berlian ing keliling njero bilah minangka pinggiran pemotong. Bilah iki bisa tipis nganti 0,2 mm. Sajrone ngiris, bilah ID muter kanthi kecepatan dhuwur nalika bahan sing bakal dipotong obah sacara radial relatif marang tengah bilah, saengga bisa ngiris liwat gerakan relatif iki.

Gergaji pita berlian mbutuhake mandheg lan pambalikan sing kerep, lan kecepatan motonge sithik banget—biasane ora ngluwihi 2 m/s. Gergaji iki uga ngalami kerusakan mekanik sing signifikan lan biaya perawatan sing dhuwur. Amarga ambane bilah gergaji, radius pemotongan ora kena cilik banget, lan pemotongan multi-slice ora bisa ditindakake. Piranti gergaji tradisional iki diwatesi dening kaku saka dhasar lan ora bisa nggawe potongan mlengkung utawa duwe radius puteran sing winates. Piranti iki mung bisa motong lurus, ngasilake goresan sing amba, duwe tingkat luluh sing sithik, lan mula ora cocog kanggo motong.Kristal SiC.

1.2 Gergaji Kawat Abrasif Gratis kanggo Motong Multi-Kawat

Teknik ngiris nganggo gergaji kawat abrasif bebas nggunakake gerakan kawat sing cepet kanggo nggawa bubur menyang kerf, sing ngidini mbusak bahan. Teknik iki utamane nggunakake struktur bolak-balik lan saiki minangka metode sing wis diwasa lan digunakake sacara wiyar kanggo ngethok silikon kristal tunggal kanthi multi-wafer sing efisien. Nanging, aplikasine ing ngethok SiC durung ditliti kanthi ekstensif.

Gergaji kawat abrasif bebas bisa ngolah wafer kanthi kekandelan kurang saka 300 μm. Gergaji iki nawakake kerugian kerf sing sithik, arang nyebabake chipping, lan ngasilake kualitas permukaan sing relatif apik. Nanging, amarga mekanisme mbusak bahan—adhedhasar rolling lan indentasi abrasif—permukaan wafer cenderung ngalami stres residual sing signifikan, microcracks, lan lapisan kerusakan sing luwih jero. Iki nyebabake wafer warping, nggawe angel ngontrol akurasi profil permukaan, lan nambah beban ing langkah-langkah pangolahan sabanjure.

Kinerja pemotongan dipengaruhi banget dening bubur; perlu kanggo njaga ketajaman abrasif lan konsentrasi bubur. Perawatan lan daur ulang bubur larang regane. Nalika ngethok ingot ukuran gedhe, abrasif angel nembus gari sing jero lan dawa. Ing ukuran butir abrasif sing padha, kerugian gari luwih gedhe tinimbang gergaji kawat abrasif tetep.

1.3 Gergaji Kawat Berlian Abrasif Tetap Pemotongan Multi-Kawat

Gergaji kawat berlian abrasif sing tetep biasane digawe kanthi nyemplungake partikel berlian menyang substrat kawat baja liwat metode elektroplating, sintering, utawa ikatan resin. Gergaji kawat berlian sing dilapisi elektroplating nawakake kaluwihan kayata goresan sing luwih sempit, kualitas irisan sing luwih apik, efisiensi sing luwih dhuwur, kontaminasi sing luwih murah, lan kemampuan kanggo ngethok bahan kanthi kekerasan dhuwur.

Gergaji kawat berlian elektroplating bolak-balik saiki minangka cara sing paling akeh digunakake kanggo ngethok SiC. Gambar 1 (ora ditampilake ing kene) nggambarake kerataan permukaan wafer SiC sing dipotong nggunakake teknik iki. Nalika pemotongan maju, warpage wafer mundhak. Iki amarga area kontak antarane kawat lan bahan mundhak nalika kawat obah mudhun, nambah resistensi lan getaran kawat. Nalika kawat tekan diameter maksimal wafer, getaran kasebut ana ing puncak, sing nyebabake warpage maksimum.

Ing tahap pungkasan saka pemotongan, amarga kawat ngalami akselerasi, gerakan kecepatan stabil, deselerasi, mandheg, lan pambalikan, bebarengan karo kangelan mbusak lebu karo cairan pendingin, kualitas permukaan wafer mudhun. Pambalikan kawat lan fluktuasi kecepatan, uga partikel berlian gedhe ing kawat, minangka panyebab utama goresan permukaan.

1.4 Teknologi Pamisahan Adhem

Pamisahan kristal tunggal SiC kanthi adhem minangka proses inovatif ing babagan pangolahan bahan semikonduktor generasi katelu. Ing taun-taun pungkasan, iki wis narik kawigaten sing signifikan amarga kaluwihane sing penting kanggo ningkatake asil lan nyuda kerugian bahan. Teknologi iki bisa dianalisis saka telung aspek: prinsip kerja, aliran proses, lan kaluwihan inti.

Nemtokake Orientasi Kristal lan Grinding Diameter Njaba: Sadurunge diproses, orientasi kristal ingot SiC kudu ditemtokake. Ingot kasebut banjur dibentuk dadi struktur silinder (biasa diarani puck SiC) liwat grinding diameter njaba. Langkah iki minangka pondasi kanggo pemotongan lan pengiris arah sabanjure.

Pemotongan Multi-Kawat: Cara iki nggunakake partikel abrasif sing digabungake karo kabel pemotong kanggo ngiris ingot silinder. Nanging, cara iki ngalami kerugian goresan sing signifikan lan masalah permukaan sing ora rata.

Teknologi Pemotongan Laser: Laser digunakake kanggo mbentuk lapisan sing dimodifikasi ing njero kristal, saka ngendi irisan tipis bisa dicopot. Pendekatan iki nyuda mundhut materi lan nambah efisiensi pangolahan, dadi arah anyar sing njanjeni kanggo pemotongan wafer SiC.

Optimalisasi Proses Pemotongan

Pemotongan Multi-Kawat Abrasif Tetap: Iki saiki minangka teknologi umum, cocok kanggo karakteristik kekerasan SiC sing dhuwur.

Mesin Pembuangan Cairan Listrik (EDM) lan Teknologi Pemisahan Dingin: Metode-metode iki nyedhiyakake solusi sing maneka warna sing disesuaikan karo kabutuhan tartamtu.

Proses Polesan: Penting banget kanggo ngimbangi tingkat penghapusan bahan lan kerusakan permukaan. Polesan Kimia Mekanik (CMP) digunakake kanggo nambah keseragaman permukaan.

Pemantauan Wektu Nyata: Teknologi inspeksi online dikenalake kanggo ngawasi kekasaran permukaan kanthi wektu nyata.

Laser Slicing: Teknik iki nyuda kerugian gari lan nyepetake siklus pangolahan, sanajan zona sing kena pengaruh termal tetep dadi tantangan.

Teknologi Pangolahan Hibrida: Nggabungake metode mekanik lan kimia nambah efisiensi pangolahan.

Teknologi iki wis entuk aplikasi industri. Infineon, contone, ndarbeni SILTECTRA lan saiki duwe paten inti sing ndhukung produksi massal wafer 8 inci. Ing China, perusahaan kaya Delong Laser wis entuk efisiensi output 30 wafer saben ingot kanggo pangolahan wafer 6 inci, sing nuduhake peningkatan 40% tinimbang metode tradisional.

Amarga manufaktur peralatan domestik saya cepet, teknologi iki diarepake bakal dadi solusi utama kanggo pangolahan substrat SiC. Kanthi diameter bahan semikonduktor sing saya tambah, metode pemotongan tradisional wis ora digunakake maneh. Antarane pilihan saiki, teknologi gergaji kawat berlian reciprocating nuduhake prospek aplikasi sing paling njanjeni. Pemotongan laser, minangka teknik sing muncul, nawakake kaluwihan sing signifikan lan diarepake bakal dadi metode pemotongan utama ing mangsa ngarep.

2.Grinding Kristal Tunggal SiC

Minangka wakil saka semikonduktor generasi katelu, silikon karbida (SiC) nawakake kaluwihan sing signifikan amarga celah pita sing amba, medan listrik breakdown sing dhuwur, kecepatan hanyutan elektron saturasi sing dhuwur, lan konduktivitas termal sing apik banget. Sifat-sifat kasebut ndadekake SiC utamane migunani ing aplikasi voltase dhuwur (contone, lingkungan 1200V). Teknologi pangolahan kanggo substrat SiC minangka bagean dhasar saka fabrikasi piranti. Kualitas permukaan lan presisi substrat langsung mengaruhi kualitas lapisan epitaksial lan kinerja piranti pungkasan.

Tujuan utama saka proses panggilingan yaiku kanggo mbusak tandha gergaji permukaan lan lapisan kerusakan sing disebabake nalika ngiris, lan kanggo mbenerake deformasi sing disebabake dening proses pemotongan. Amarga kekerasan SiC sing dhuwur banget, panggilingan mbutuhake panggunaan abrasif keras kayata boron karbida utawa berlian. Panggeriman konvensional biasane dipérang dadi panggilingan kasar lan panggilingan alus.

2.1 Grinding Kasar lan Alus

Grinding bisa dikategorikake adhedhasar ukuran partikel abrasif:

Grinding Kasar: Nggunakake abrasif sing luwih gedhe utamane kanggo mbusak tandha gergaji lan lapisan kerusakan sing disebabake nalika ngiris, nambah efisiensi pamrosesan.

Grinding Halus: Nggunakake abrasif sing luwih alus kanggo mbusak lapisan kerusakan sing ditinggalake dening grinding kasar, nyuda kekasaran permukaan, lan ningkatake kualitas permukaan.

Akeh produsen substrat SiC domestik nggunakake proses produksi skala gedhe. Cara umum kalebu panggilingan rong sisi nggunakake pelat wesi cor lan bubur berlian monokristalin. Proses iki kanthi efektif mbusak lapisan kerusakan sing ditinggalake dening gergaji kawat, mbenerake bentuk wafer, lan nyuda TTV (Total Thickness Variation), Bow, lan Warp. Tingkat penghapusan bahan stabil, biasane tekan 0,8-1,2 μm/menit. Nanging, permukaan wafer sing diasilake matte kanthi kekasaran sing relatif dhuwur—biasane sekitar 50 nm—sing mbutuhake panjaluk sing luwih dhuwur kanggo langkah polesan sabanjure.

2.2 Grinding Siji Sisi

Panggilingan siji sisi mung ngolah siji sisih wafer saben wektu. Sajrone proses iki, wafer dipasang nganggo lilin ing pelat baja. Ing tekanan sing ditrapake, substrat ngalami deformasi entheng, lan permukaan ndhuwur diratakake. Sawise digiling, permukaan ngisor diratakake. Nalika tekanan diilangi, permukaan ndhuwur cenderung pulih menyang bentuk asline, sing uga mengaruhi permukaan ngisor sing wis digiling—nyebabake loro-lorone sisih melengkung lan mudhun rata.

Kajaba iku, piring panggilingan bisa dadi cekung sajrone wektu sing cendhak, nyebabake wafer dadi cembung. Kanggo njaga kerataan piring, kudu kerep diolah. Amarga efisiensi sing kurang lan kerataan wafer sing kurang apik, panggilingan siji sisi ora cocog kanggo produksi massal.

Lumrahé, rodha gerinda #8000 digunakaké kanggo nggiling alus. Ing Jepang, proses iki wis cukup mateng lan malah nggunakaké rodha polesan #30000. Iki ngidini kekasaran permukaan wafer sing wis diproses tekan ngisor 2 nm, saéngga wafer siap kanggo CMP (Polesan Mekanik Kimia) pungkasan tanpa proses tambahan.

2.3 Teknologi Penipisan Siji Sisi

Teknologi Penipisan Sisi Tunggal Berlian minangka metode anyar kanggo penggilingan sisi tunggal. Kaya sing digambarake ing Gambar 5 (ora dituduhake ing kene), proses kasebut nggunakake pelat penggilingan sing diikat berlian. Wafer kasebut dipasang liwat adsorpsi vakum, dene wafer lan roda penggiling berlian muter bebarengan. Roda penggilingan mboko sithik obah mudhun kanggo ngencerake wafer nganti kekandelan target. Sawise salah siji sisih rampung, wafer diwalik kanggo ngolah sisih liyane.

Sawisé ngencerake, wafer 100 mm bisa entuk:

Gandhewa < 5 μm

TTV < 2 μm

Kekasaran permukaan < 1 nm

Cara pangolahan wafer tunggal iki nawakake stabilitas sing dhuwur, konsistensi sing apik banget, lan tingkat penghapusan bahan sing dhuwur. Dibandhingake karo panggilingan rong sisi konvensional, teknik iki nambah efisiensi panggilingan luwih saka 50%.

2.4 Grinding Sisi Ganda

Panggilingan rong sisi nggunakake pelat panggilingan ndhuwur lan ngisor kanggo nggiling loro-lorone substrat kanthi bebarengan, njamin kualitas permukaan sing apik banget ing loro-lorone.

Sajrone proses kasebut, pelat gerinda pisanan menehi tekanan ing titik paling dhuwur saka benda kerja, nyebabake deformasi lan mbusak materi kanthi bertahap ing titik kasebut. Nalika titik-titik dhuwur diratakan, tekanan ing substrat mboko sithik dadi luwih seragam, sing nyebabake deformasi sing konsisten ing kabeh permukaan. Iki ngidini permukaan ndhuwur lan ngisor digiling kanthi rata. Sawise gerinda rampung lan tekanan dibebasake, saben bagean saka substrat pulih kanthi seragam amarga tekanan sing padha. Iki nyebabake bengkok minimal lan kerataan sing apik.

Kekasaran permukaan wafer sawise digiling gumantung saka ukuran partikel abrasif—partikel sing luwih cilik ngasilake permukaan sing luwih alus. Nalika nggunakake abrasif 5 μm kanggo nggiling rong sisi, kerataan wafer lan variasi kekandelan bisa dikontrol sajrone 5 μm. Pangukuran Mikroskop Gaya Atom (AFM) nuduhake kekasaran permukaan (Rq) udakara 100 nm, kanthi jugangan nggiling nganti jerone 380 nm lan tandha linier sing katon sing disebabake dening aksi abrasif.

Cara sing luwih maju yaiku nggiling rong sisi nggunakake bantalan busa poliuretan sing digabungake karo bubur berlian polikristalin. Proses iki ngasilake wafer kanthi kekasaran permukaan sing sithik banget, entuk Ra < 3 nm, sing migunani banget kanggo polesan substrat SiC sabanjure.

Nanging, goresan permukaan tetep dadi masalah sing durung rampung. Kajaba iku, berlian polikristalin sing digunakake ing proses iki diprodhuksi liwat sintesis eksplosif, sing sacara teknis angel, ngasilake jumlah sing sithik, lan larang banget.

Polesan Kristal Tunggal SiC

Kanggo entuk permukaan polesan sing berkualitas tinggi ing wafer silikon karbida (SiC), polesan kudu mbusak bolongan penggilingan lan undulasi permukaan skala nanometer kanthi lengkap. Tujuane yaiku ngasilake permukaan sing alus lan bebas cacat tanpa kontaminasi utawa degradasi, ora ana kerusakan ing sangisore permukaan, lan ora ana tekanan permukaan sing isih ana.

3.1 Poles Mekanik lan CMP Wafer SiC

Sawisé tuwuhing ingot kristal tunggal SiC, cacat permukaan nyegah supaya ora langsung digunakake kanggo tuwuhing epitaksial. Mulane, pangolahan luwih lanjut dibutuhake. Ingot kasebut dibentuk dhisik dadi bentuk silinder standar liwat pembulatan, banjur diiris dadi wafer nggunakake pemotongan kawat, banjur verifikasi orientasi kristalografi. Polesan minangka langkah penting kanggo ningkatake kualitas wafer, ngatasi kerusakan permukaan potensial sing disebabake dening cacat tuwuhing kristal lan langkah pangolahan sadurunge.

Ana patang cara utama kanggo mbusak lapisan karusakan permukaan ing SiC:

Polesan mekanis: Sederhana nanging ninggalake goresan; cocok kanggo polesan awal.

Poles Mekanik Kimia (CMP): Ngilangake goresan liwat etsa kimia; cocok kanggo polesan presisi.

Ukiran hidrogen: Mbutuhake peralatan sing rumit, sing umum digunakake ing proses HTCVD.

Polesan kanthi bantuan plasma: Kompleks lan arang digunakake.

Polesan mung nganggo cara mekanis cenderung nyebabake goresan, dene polesan mung nganggo cara kimia bisa nyebabake ukiran sing ora rata. CMP nggabungake kaloro kaluwihan kasebut lan nawakake solusi sing efisien lan efektif biaya.

Prinsip Kerja CMP

CMP kerjane kanthi muter wafer ing tekanan sing wis ditemtokake marang bantalan poles sing muter. Gerakan relatif iki, digabungake karo abrasi mekanik saka abrasif ukuran nano ing bubur lan aksi kimia saka agen reaktif, entuk planarisasi permukaan.

Bahan-bahan penting sing digunakake:

Bubur poles: Ngandhut bahan abrasif lan reagen kimia.

Bantalan poles: Bakal aus nalika digunakake, nyuda ukuran pori lan efisiensi pangiriman bubur. Perban rutin, biasane nggunakake rias berlian, dibutuhake kanggo mulihake kekasaran.

Proses CMP Khas

Abrasif: bubur berlian 0,5 μm

Kekasaran permukaan target: ~0,7 nm

Polesan Mekanik Kimia:

Piranti poles: poles sisi siji AP-810

Tekanan: 200 g/cm²

Kacepetan pelat: 50 rpm

Kacepetan wadhah keramik: 38 rpm

Komposisi bubur:

SiO₂ (30 wt%, pH = 10,15)

0–70 wt% H₂O₂ (30 wt%, kelas reagen)

Atur pH dadi 8,5 nganggo 5 wt% KOH lan 1 wt% HNO₃

Laju aliran bubur: 3 L/menit, disirkulasi ulang

Proses iki kanthi efektif ningkatake kualitas wafer SiC lan nyukupi syarat kanggo proses hilir.

Tantangan Teknis ing Poles Mekanik

SiC, minangka semikonduktor celah pita sing amba, nduweni peran penting ing industri elektronik. Kanthi sifat fisik lan kimia sing apik banget, kristal tunggal SiC cocog kanggo lingkungan ekstrem, kayata suhu dhuwur, frekuensi dhuwur, daya dhuwur, lan tahan radiasi. Nanging, sifat atos lan rapuh iki menehi tantangan utama kanggo nggiling lan polesan.

Nalika produsen global utama transisi saka wafer 6 inci menyang 8 inci, masalah kayata retak lan kerusakan wafer sajrone proses dadi luwih jelas, sing nduweni pengaruh signifikan marang hasil panen. Ngatasi tantangan teknis substrat SiC 8 inci saiki dadi patokan utama kanggo kemajuan industri.

Ing era 8 inci, pangolahan wafer SiC ngadhepi akeh tantangan:

Penskalaan wafer perlu kanggo nambah output chip saben batch, nyuda kerugian pinggiran, lan nyuda biaya produksi—utamane amarga panjaluk sing saya tambah ing aplikasi kendaraan listrik.

Sanajan tuwuhing kristal tunggal SiC 8 inci wis diwasa, proses backend kaya grinding lan polishing isih ngadhepi hambatan, sing nyebabake asil sing kurang (mung 40-50%).

Wafer sing luwih gedhe ngalami distribusi tekanan sing luwih kompleks, sing nambah kangelan ngatur stres polesan lan konsistensi luluh.

Senajan kekandelan wafer 8 inci meh padha karo wafer 6 inci, nanging luwih rentan rusak nalika ditangani amarga tekanan lan bengkok.

Kanggo ngurangi stres, warpage, lan retakan sing ana gandhengane karo pemotongan, pemotongan laser saya tambah akeh digunakake. Nanging:

Laser dawa gelombang nyebabake karusakan termal.

Laser gelombang cendhak ngasilake lebu abot lan ndadekake lapisan karusakan luwih jero, saengga nambah kerumitan polesan.

Alur Kerja Poles Mekanik kanggo SiC

Alur proses umum kalebu:

Pemotongan orientasi

Giling kasar

Panggilingan alus

Polesan mekanik

Polesan Mekanik Kimia (CMP) minangka langkah pungkasan

Pilihan metode CMP, desain rute proses, lan optimalisasi parameter iku penting banget. Ing manufaktur semikonduktor, CMP minangka langkah penentu kanggo ngasilake wafer SiC kanthi permukaan sing ultra-alus, bebas cacat, lan bebas kerusakan, sing penting kanggo pertumbuhan epitaksial sing berkualitas tinggi.

(a) Copot ingot SiC saka wadhah;

(b) Lakokna mbentuk awal nganggo gerinda diameter njaba;

(c) Nemtokake orientasi kristal nggunakake rata utawa takik alignment;

(d) Iris batangan dadi wafer tipis nganggo gergaji multi-kawat;

(e) Entuk kehalusan permukaan kaya pangilon liwat langkah-langkah nggiling lan polesan.

Sawisé ngrampungake serangkaian langkah pangolahan, pinggiran njaba wafer SiC asring dadi landhep, sing nambah risiko pecah nalika ditangani utawa digunakake. Kanggo nyegah kerapuhan kasebut, dibutuhake gerinda pinggiran.

Saliyané prosès ngiris tradisional, cara inovatif kanggo nyiapaké wafer SiC nglibataké teknologi ikatan. Pendekatan iki nggampangaké fabrikasi wafer kanthi ngiket lapisan kristal tunggal SiC tipis menyang substrat heterogen (substrat pendukung).

Gambar 3 nggambarake alur proses:

Kapisan, lapisan delaminasi dibentuk ing jerone sing wis ditemtokake ing permukaan kristal tunggal SiC liwat implantasi ion hidrogen utawa teknik sing padha. Kristal tunggal SiC sing wis diproses banjur diiket menyang substrat pendukung sing rata lan kena tekanan lan panas. Iki ngidini transfer lan pamisahan lapisan kristal tunggal SiC sing sukses menyang substrat pendukung.

Lapisan SiC sing wis dipisahake ngalami perawatan permukaan kanggo entuk kerataan sing dibutuhake lan bisa digunakake maneh ing proses ikatan sabanjure. Dibandhingake karo ngiris kristal SiC tradisional, teknik iki nyuda panjaluk bahan sing larang. Sanajan tantangan teknis isih ana, riset lan pangembangan lagi aktif maju kanggo ngaktifake produksi wafer kanthi biaya sing luwih murah.

Amarga SiC nduweni atose lan stabilitas kimia sing dhuwur—sing ndadekake tahan reaksi ing suhu ruangan—pemolesan mekanik dibutuhake kanggo mbusak bolongan gerinda alus, nyuda kerusakan permukaan, ngilangi goresan, bolongan, lan cacat kulit jeruk, nyuda kekasaran permukaan, nambah kerataan, lan ningkatake kualitas permukaan.

Kanggo entuk permukaan sing polesan kanthi kualitas dhuwur, sampeyan kudu:

Nyetel jinis abrasif,

Ngurangi ukuran partikel,

Ngoptimalake parameter proses,

Pilih bahan lan bantalan poles kanthi atose sing cukup.

Gambar 7 nuduhake yen polesan rong sisi nganggo abrasif 1 μm bisa ngontrol kerataan lan variasi kekandelan sajrone 10 μm, lan nyuda kekasaran permukaan dadi udakara 0,25 nm.

3.2 Pemolesan Mekanik Kimia (CMP)

Polesan Mekanik Kimia (CMP) nggabungake abrasi partikel ultrahalus karo etsa kimia kanggo mbentuk permukaan sing alus lan rata ing bahan sing lagi diproses. Prinsip dhasare yaiku:

Reaksi kimia kedadeyan antarane bubur polesan lan permukaan wafer, mbentuk lapisan alus.

Gesekan antarane partikel abrasif lan lapisan alus ngilangi materi kasebut.

Kauntungan CMP:

Ngatasi kekurangan saka polesan mekanik utawa kimia murni,

Nglakokake planarisasi global lan lokal,

Ngasilake permukaan kanthi kerataan dhuwur lan kekasaran sing sithik,

Ora ninggalake kerusakan ing lumahing utawa ing sangisore lumahing.

Rincian:

Wafer obah relatif marang bantalan poles ing sangisore tekanan.

Abrasif skala nanometer (kayata, SiO₂) ing bubur melu nggunting, nglemahake ikatan kovalen Si–C lan ningkatake penghapusan materi.

Jinis-jinis Teknik CMP:

Polesan Abrasif Bebas: Abrasif (kayata, SiO₂) disuspensi ing bubur. Pembuangan bahan kedadeyan liwat abrasi telung awak (wafer-pad-abrasif). Ukuran abrasif (biasane 60–200 nm), pH, lan suhu kudu dikontrol kanthi tepat kanggo nambah keseragaman.

Polesan Abrasif sing Tetep: Abrasif dipasang ing bantalan polesan kanggo nyegah aglomerasi—cocok kanggo pangolahan presisi dhuwur.

Pembersihan Sawise Polesan:

Wafer sing dipoles ngalami:

Pembersihan kimia (kalebu banyu DI lan mbusak residu slurry),

mbilas nganggo banyu DI, lan

Pangatusan nitrogen panas

kanggo nyuda kontaminan permukaan.

Kualitas & Kinerja Permukaan

Kekasaran permukaan bisa dikurangi dadi Ra < 0,3 nm, sing nyukupi syarat epitaksi semikonduktor.

Planarisasi Global: Kombinasi pelunakan kimiawi lan penghapusan mekanik bisa ngurangi goresan lan etsa sing ora rata, ngluwihi metode mekanik utawa kimia murni.

Efisiensi Dhuwur: Cocok kanggo bahan atos lan rapuh kaya SiC, kanthi tingkat penghapusan bahan ing ndhuwur 200 nm/jam.

Teknik Poles Liyane sing Muncul

Saliyané CMP, ana uga cara alternatif sing wis diusulaké, kalebu:

Poles elektrokimia, Poles utawa etsa sing dibantu katalis, lan

Polesan tribokimia.

Nanging, metode kasebut isih ana ing tahap riset lan wis berkembang alon-alon amarga sifat materi SiC sing tantangan.

Pungkasanipun, pangolahan SiC minangka proses bertahap kanggo ngurangi lengkungan lan kekasaran kanggo ningkatake kualitas permukaan, ing ngendi kontrol kerataan lan kekasaran penting banget ing saben tahap.

Teknologi Pangolahan

Sajrone tahap penggilingan wafer, bubur berlian kanthi ukuran partikel sing beda-beda digunakake kanggo nggiling wafer nganti rata lan kekasaran permukaan sing dibutuhake. Iki diterusake karo polesan, nggunakake teknik polesan mekanik lan kimia (CMP) kanggo ngasilake wafer silikon karbida (SiC) sing dipoles tanpa kerusakan.

Sawisé dipoles, wafer SiC ngalami pamriksaan kualitas sing ketat nggunakake instrumen kayata mikroskop optik lan difraktometer sinar-X kanggo mesthekake kabeh parameter teknis memenuhi standar sing dibutuhake. Pungkasan, wafer sing wis dipoles diresiki nggunakake agen pembersih khusus lan banyu ultra murni kanggo mbusak kontaminan permukaan. Banjur dikeringake nggunakake gas nitrogen kemurnian ultra tinggi lan pengering spin, ngrampungake kabeh proses produksi.

Sawisé pirang-pirang taun usaha, kemajuan sing signifikan wis digawe ing pangolahan kristal tunggal SiC ing Tiongkok. Ing njero negeri, kristal tunggal 4H-SiC semi-isolasi doping 100 mm wis kasil dikembangake, lan kristal tunggal 4H-SiC lan 6H-SiC tipe-n saiki bisa diprodhuksi kanthi batch. Perusahaan kaya TankeBlue lan TYST wis ngembangake kristal tunggal SiC 150 mm.

Ing babagan teknologi pangolahan wafer SiC, institusi domestik wis njelajah kahanan proses lan rute kanggo ngiris, nggiling, lan nggosok kristal. Dheweke bisa ngasilake sampel sing umume memenuhi syarat kanggo fabrikasi piranti. Nanging, dibandhingake karo standar internasional, kualitas pangolahan permukaan wafer domestik isih ketinggalan banget. Ana sawetara masalah:

Teori lan teknologi pangolahan SiC internasional dilindhungi kanthi rapet lan ora gampang diakses.

Ana kekurangan riset teoretis lan dhukungan kanggo perbaikan lan optimalisasi proses.

Biaya impor peralatan lan komponen saka luar negeri iku larang.

Riset domestik babagan desain peralatan, presisi pangolahan, lan bahan isih nuduhake kesenjangan sing signifikan dibandhingake karo tingkat internasional.

Saiki, umume instrumen presisi dhuwur sing digunakake ing China diimpor. Peralatan lan metodologi uji coba uga mbutuhake perbaikan luwih lanjut.

Kanthi terus berkembangé semikonduktor generasi katelu, diameter substrat kristal tunggal SiC saya tambah, bebarengan karo syarat sing luwih dhuwur kanggo kualitas pangolahan permukaan. Teknologi pangolahan wafer wis dadi salah sawijining langkah sing paling tantangan sacara teknis sawisé pertumbuhan kristal tunggal SiC.

Kanggo ngatasi tantangan sing ana ing pangolahan, penting banget kanggo nyinaoni luwih lanjut mekanisme sing ana gandhengane karo pemotongan, penggilingan, lan pemolesan, lan kanggo njelajah metode lan rute proses sing cocog kanggo manufaktur wafer SiC. Ing wektu sing padha, perlu sinau saka teknologi pangolahan internasional sing canggih lan nggunakake teknik lan peralatan mesin ultra-presisi sing paling canggih kanggo ngasilake substrat sing berkualitas tinggi.

Nalika ukuran wafer mundhak, kangelan tuwuh lan pangolahan kristal uga mundhak. Nanging, efisiensi manufaktur piranti hilir saya apik, lan biaya unit saya suda. Saiki, pemasok wafer SiC utama ing saindenging jagad nawakake produk kanthi diameter wiwit saka 4 inci nganti 6 inci. Perusahaan-perusahaan utama kayata Cree lan II-VI wis miwiti ngrancang pangembangan jalur produksi wafer SiC 8 inci.