Status Saiki lan Tren Teknologi Pangolahan Wafer SiC

Minangka bahan substrat semikonduktor generasi katelu,silikon karbida (SiC)kristal tunggal nduweni prospek aplikasi sing wiyar 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, nganalisa lan mbandhingake mekanisme proses pemotongan, penggilingan, lan polishing, uga tren ing wafer flatness lan kekasaran permukaan. Iki uga nuduhake tantangan sing ana ing pangolahan wafer SiC lan mbahas arah pangembangan ing mangsa ngarep.

Silikon karbida (SiC)wafer minangka bahan dhasar kritis kanggo piranti semikonduktor generasi katelu lan nduweni wigati lan potensial pasar ing lapangan kayata mikroelektronik, elektronika daya, lan lampu semikonduktor. Amarga atose dhuwur banget lan stabilitas kimia sakaSiC kristal tunggal, cara pangolahan semikonduktor tradisional ora cocog kanggo mesine. Sanajan akeh perusahaan internasional wis nindakake riset ekstensif babagan pangolahan kristal tunggal SiC sing mbutuhake teknis, teknologi sing relevan tetep rahasia.

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

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

Pemotongan Kristal Tunggal SiC

Ing pangolahan sakaSiC kristal tunggal, nglereni minangka langkah pisanan lan kritis. Wafer's bow, warp, lan variasi ketebalan total (TTV) asil saka proses nglereni nemtokake kualitas lan efektifitas saka operasi grinding lan polishing sakteruse.

Alat pemotong bisa digolongake kanthi wujud dadi gergaji diameter dalam (ID), gergaji diameter luar (OD), gergaji pita, lan gergaji kawat. Wire saws, ing siji, bisa diklasifikasikaké miturut jinis gerakan menyang reciprocating lan loop (endless) sistem kabel. Adhedhasar mekanisme nglereni saka abrasive, wire saw slicing Techniques bisa dipérang dadi rong jinis: free abrasive kabel sawing lan tetep abrasive diamond wire sawing.

1.1 Cara Nglereni Tradisional

Ambane nglereni saka diameter njaba (OD) saws diwatesi dening diameteripun agul-agul. Sajrone proses pemotongan, agul-agul rentan kanggo geter lan panyimpangan, nyebabake tingkat gangguan sing dhuwur lan kaku sing kurang. Inner diameter (ID) saws nggunakake abrasives berlian ing circumference utama agul-agul minangka pinggiran nglereni. Blades iki bisa tipis nganti 0,2 mm. Sajrone slicing, ID agul-agul muter ing kacepetan dhuwur nalika materi kanggo Cut gerakane radially relatif kanggo tengah agul-agul kang, entuk slicing liwat gerakan relatif iki.

Diamond band saws mbutuhake kerep mandheg lan mbalikke, lan kacepetan nglereni banget kurang-biasane ora ngluwihi 2 m / s. Dheweke uga nandhang sangsara saka nyandhang mekanik sing signifikan lan biaya pangopènan sing dhuwur. Amarga jembaré bilah saw, radius nglereni ora bisa cilik banget, lan nglereni multi-irisan ora bisa. Piranti sawing tradisional iki diwatesi dening rigidity saka basa lan ora bisa nggawe ngethok mlengkung utawa wis diwatesi nguripake radii. Dheweke mung bisa ngethok lurus, ngasilake kerf sing amba, duwe tingkat panen sing sithik, lan mulane ora cocog kanggo motong.kristal SiC.

1.2 Free Abrasive Wire Saw Multi-Wire Cutting

Teknik ngiris kabel abrasive gratis nggunakake gerakan kabel kanthi cepet kanggo nggawa slurry menyang kerf, supaya bisa mbusak materi. Utamane nggunakake struktur reciprocating lan saiki minangka cara sing diwasa lan digunakake kanggo nglereni multi-wafer sing efisien saka silikon kristal tunggal. Nanging, aplikasi ing nglereni SiC wis kurang ditliti.

Gergaji kawat abrasif gratis bisa ngolah wafer kanthi kekandelan kurang saka 300 μm. Padha kurban mundhut kerf kurang, arang nimbulaké chipping, lan asil ing kualitas lumahing relatif apik. Nanging, amarga mekanisme mbusak materi-adhedhasar rolling lan indentation saka abrasives-lumahing wafer cenderung kanggo berkembang kaku residual wujud, microcracks, lan lapisan karusakan luwih jero. Iki ndadékaké kanggo wafer warping, ndadekake angel kanggo ngontrol akurasi profil lumahing, lan mundhak mbukak ing langkah Processing sakteruse.

Kinerja nglereni akeh banget dipengaruhi dening slurry; perlu kanggo njaga ketajaman abrasive lan konsentrasi slurry. Perawatan slurry lan daur ulang larang regane. Nalika nglereni ingot gedhe-ukuran, abrasives kangelan penetrating kerfs jero lan dawa. Ing ukuran gandum abrasive padha, mundhut kerf luwih gedhe saka saws kabel tetep-abrasive.

1.3 Telpon Abrasive Diamond Wire Saw Multi-Wire Cutting

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

The reciprocating electroplated diamond wire saw saiki cara sing paling akeh digunakake kanggo nglereni SiC. Figure 1 (ora ditampilake ing kene) nggambarake flatness lumahing wafer SiC sing dipotong nggunakake teknik iki. Minangka nglereni progresses, wafer warpage mundhak. Iki amarga area kontak antarane kabel lan materi mundhak nalika kabel gerakane mudhun, nambah resistance lan getaran kabel. Nalika kabel tekan diameter maksimum wafer kang, geter ing sawijining puncak, asil ing warpage maksimum.

Ing tahap pungkasan nglereni, amarga kabel ngalami percepatan, gerakan stabil-kacepetan, deceleration, mandeg, lan mbalikke, bebarengan karo kangelan ing njabut lebu karo coolant, kualitas lumahing wafer deteriorates. Pembalikan kabel lan fluktuasi kacepetan, uga partikel berlian gedhe ing kabel, minangka panyebab utama goresan permukaan.

1.4 Teknologi pamisahan kadhemen

Pemisahan dingin saka kristal tunggal SiC minangka proses inovatif ing bidang pangolahan bahan semikonduktor generasi katelu. Ing taun-taun pungkasan, wis narik kawigatosan sing signifikan amarga kaluwihan sing penting kanggo ningkatake asil lan nyuda kerugian materi. Teknologi kasebut bisa dianalisis saka telung aspek: prinsip kerja, aliran proses, lan kaluwihan inti.

Penentuan Orientasi Kristal lan Penggilingan Diameter Luar: Sadurunge diproses, orientasi kristal ingot SiC kudu ditemtokake. Ingot banjur dibentuk dadi struktur silinder (biasa disebut puck SiC) liwat grinding diameter njaba. Langkah iki nggawe dhasar kanggo nglereni lan ngiris arah sabanjure.

Multi-Wire Cutting: Cara iki nggunakake partikel abrasive sing digabungake karo kabel pemotong kanggo ngiris ingot silinder. Nanging, iku nandhang sangsara marga saka mundhut kerf signifikan lan masalah unevenness lumahing.

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

Optimasi Proses Nglereni

Tetep Abrasive Multi-Wire Cutting: Iki saiki dadi teknologi mainstream, cocog kanggo karakteristik kekerasan dhuwur saka SiC.

Electrical Discharge Machining (EDM) lan Teknologi Pemisahan Dingin: Cara iki nyedhiyakake solusi macem-macem sing cocog karo syarat tartamtu.

Proses Polishing: Penting kanggo ngimbangi tingkat penghapusan materi lan karusakan permukaan. Chemical Mechanical Polishing (CMP) digunakake kanggo nambah keseragaman permukaan.

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

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

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

Teknologi iki wis entuk aplikasi industri. Infineon, contone, entuk 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 cara tradisional.

Minangka manufaktur peralatan domestik nyepetake, teknologi iki samesthine bakal dadi solusi utama kanggo pangolahan substrat SiC. Kanthi diameter bahan semikonduktor sing tambah akeh, metode pemotongan tradisional wis dadi lungse. Antarane opsi saiki, reciprocating diamond wire saw teknologi nuduhake prospek aplikasi paling janjeni. Pemotongan laser, minangka teknik sing berkembang, nawakake kaluwihan sing signifikan lan diantisipasi dadi metode pemotongan utama ing mangsa ngarep.

2.SiC Kristal Tunggal Grinding

Minangka wakil semikonduktor generasi katelu, silikon karbida (SiC) nawakake kaluwihan sing signifikan amarga celah pita lebar, medan listrik sing rusak, kecepatan drift elektron jenuh sing dhuwur, lan konduktivitas termal sing apik. Sifat-sifat kasebut ndadekake SiC luwih 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 epitaxial lan kinerja piranti pungkasan.

Tujuan utama proses penggilingan yaiku mbusak tandha gergaji permukaan lan lapisan karusakan sing disebabake nalika ngiris, lan mbenerake deformasi sing disebabake dening proses pemotongan. Amarga atose SiC sing dhuwur banget, penggilingan mbutuhake nggunakake abrasive keras kayata boron karbida utawa berlian. Penggilingan konvensional biasane dipérang dadi grinding kasar lan grinding alus.

2.1 Penggilingan Kasar lan Fine

Grinding bisa dikategorikaké adhedhasar ukuran partikel abrasif:

Grinding kasar: Migunakake abrasive sing luwih gedhe utamane kanggo mbusak tandha gergaji lan lapisan karusakan sing disebabake nalika ngiris, ningkatake efisiensi pangolahan.

Fine Grinding: Migunakake abrasive luwih apik kanggo mbusak lapisan karusakan kiwa dening coarse grinding, nyuda roughness lumahing, lan nambah kualitas lumahing.

Akeh manufaktur substrat SiC domestik nggunakake proses produksi skala gedhe. A cara umum melu mecah pindho sisi nggunakake piring wesi cast lan slurry mirah monocrystalline. Proses iki kanthi efektif mbusak lapisan karusakan sing ditinggalake dening sawing kawat, mbenerake bentuk wafer, lan nyuda TTV (Variasi Ketebalan Total), Bow, lan Warp. Tingkat penghapusan materi stabil, biasane tekan 0.8-1.2 μm / min. Nanging, lumahing wafer sing diasilake yaiku matte kanthi kekasaran sing relatif dhuwur - biasane watara 50 nm - sing mbutuhake panjaluk sing luwih dhuwur ing langkah polishing sabanjure.

2.2 Panggilingan siji-sisi

Proses penggilingan siji-sisi mung siji sisi wafer sekaligus. Sajrone proses iki, wafer dipasang lilin ing piring baja. Ing tekanan sing ditrapake, substrat ngalami deformasi tipis, lan permukaan ndhuwur rata. Sawise nggiling, permukaan ngisor diratakake. Nalika meksa wis dibusak, lumahing ndhuwur cenderung kanggo waras kanggo wangun asli, kang uga mengaruhi lumahing ngisor wis lemah-nyebabake loro-lorone kanggo warp lan degrade ing flatness.

Kajaba iku, piring mecah bisa dadi cekung ing wektu sing cendhak, nyebabake wafer dadi cembung. Kanggo njaga flatness saka piring, klamben asring dibutuhake. Amarga efisiensi sing kurang lan wafer wafer sing kurang, grinding siji-sisi ora cocok kanggo produksi massal.

Biasane, # 8000 gembong mecah digunakake kanggo nggoleki mecah. Ing Jepang, proses iki relatif diwasa lan malah nggunakake roda polishing #30000. Iki ngidini roughness lumahing wafer diproses tekan ngisor 2 nm, nggawe wafer siap kanggo final CMP (Chemical Mechanical Polishing) tanpa pangolahan tambahan.

2.3 Teknologi Thinning siji-sisi

Diamond Single-Sided Thinning Technology minangka cara anyar kanggo grinding siji-sisi. Kaya sing digambarake ing Figure 5 (ora ditampilake ing kene), proses kasebut nggunakake piring penggiling berlian. Wafer kasebut tetep liwat adsorpsi vakum, dene wafer lan roda penggiling berlian muter bebarengan. Roda nggiling mboko sithik mudhun kanggo tipis wafer menyang kekandelan target. Sawise sisih siji rampung, wafer dibalik kanggo ngolah sisih liyane.

Sawise thinning, wafer 100 mm bisa entuk:

Bow < 5 μm

TTV < 2 μm

Kekasaran lumahing < 1 nm

Cara pangolahan wafer tunggal iki nyedhiyakake stabilitas sing dhuwur, konsistensi sing apik, lan tingkat panyingkiran materi sing dhuwur. Dibandhingake karo mecah rong sisi konvensional, teknik iki nambah efisiensi grinding kanthi luwih saka 50%.

2.4 Grinding pindho sisi

mecah pindho sisi nggunakake loro ndhuwur lan ngisor piring grinding kanggo bebarengan tlatah loro-lorone saka landasan, njupuk kualitas lumahing banget ing loro-lorone.

Sajrone proses kasebut, piring penggilingan pisanan ngetrapake tekanan menyang titik paling dhuwur saka workpiece, nyebabake deformasi lan mbusak materi kanthi bertahap ing titik kasebut. Minangka titik dhuwur sing leveled, meksa ing substrat mboko sithik dadi luwih seragam, asil ing deformasi konsisten ing kabeh lumahing. Iki ngidini loro permukaan ndhuwur lan ngisor bisa digiling kanthi rata. Sawise mecah rampung lan meksa dirilis, saben bagean saka landasan pulih seragam amarga meksa padha ngalami. Iki ndadékaké kanggo warping minimal lan flatness apik.

Kekasaran permukaan wafer sawise digiling gumantung saka ukuran partikel abrasif-partikel sing luwih cilik ngasilake permukaan sing luwih alus. Nalika nggunakake abrasives 5 μm kanggo mecah pindho sisi, flatness wafer lan variasi kekandelan bisa kontrol ing 5 μm. Pangukuran Atom Force Microscopy (AFM) nuduhake kekasaran permukaan (Rq) kira-kira 100 nm, kanthi bolongan mecah nganti jero 380 nm lan tandha linear sing katon disebabake tumindak abrasif.

Cara sing luwih maju yaiku penggilingan sisi loro nggunakake bantalan busa poliuretan sing digabung karo slurry berlian polikristalin. Proses iki ngasilake wafer kanthi kekasaran permukaan sing sithik banget, entuk Ra <3 nm, sing migunani banget kanggo polishing substrat SiC sabanjure.

Nanging, scratching lumahing tetep masalah unresolved. Kajaba iku, inten polycrystalline sing digunakake ing proses iki diprodhuksi liwat sintesis mbledhos, sing sacara teknis nantang, ngasilake jumlah sing sithik, lan larang banget.

Polishing saka SiC Kristal Tunggal

Kanggo entuk permukaan polesan kualitas dhuwur ing wafer silikon karbida (SiC), polishing kudu mbusak pit penggilingan lan undulasi permukaan skala nanometer. Tujuane kanggo ngasilake permukaan sing mulus lan tanpa cacat tanpa kontaminasi utawa degradasi, ora ana karusakan ing ngisor permukaan, lan ora ana tekanan permukaan sing isih ana.

3.1 Polishing Mekanik lan CMP saka Wafer SiC

Sawise tuwuh ingot kristal tunggal SiC, cacat lumahing nyegah saka langsung digunakake kanggo wutah epitaxial. Mulane, proses luwih lanjut dibutuhake. Ingot pisanan dibentuk dadi bentuk silinder standar liwat dibunderaké, banjur diiris dadi wafer nggunakake pemotongan kawat, banjur verifikasi orientasi kristalografi. Polishing minangka langkah kritis kanggo ningkatake kualitas wafer, ngatasi karusakan permukaan potensial sing disebabake dening cacat pertumbuhan kristal lan langkah pangolahan sadurunge.

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

Polishing mekanik: Prasaja nanging godhong goresan; cocok kanggo polishing dhisikan.

Chemical Mechanical Polishing (CMP): Mbusak goresan liwat etsa kimia; cocok kanggo polishing tliti.

Etsa hidrogen: Mbutuhake peralatan rumit, umume digunakake ing proses HTCVD.

Plasma-dibantu polishing: Komplek lan arang digunakake.

Polishing mung mekanik cenderung nyebabake goresan, dene polishing mung kimia bisa nyebabake etsa sing ora rata. CMP nggabungke loro kaluwihan lan nawakake efisien, solusi biaya-efektif.

Prinsip Kerja CMP

CMP dianggo kanthi muter wafer ing meksa pesawat marang pad polishing puteran. Gerakan relatif iki, digabungake karo abrasi mekanik saka abrasive ukuran nano ing slurry lan tumindak kimia saka agen reaktif, entuk planarization lumahing.

Bahan utama sing digunakake:

Polishing slurry: Ngandhut abrasives lan reagen kimia.

Polishing pad: Wear mudhun nalika digunakake, nyuda ukuran pori lan efisiensi pangiriman slurry. Klamben biasa, biasane nggunakake dresser berlian, dibutuhake kanggo mulihake kasar.

Biasane Proses CMP

Abrasive: 0,5 μm diamond slurry

Kekasaran permukaan target: ~0,7 nm

Polishing Mekanik Kimia:

Peralatan polishing: AP-810 polisher siji-sisi

Tekanan: 200 g/cm²

Kacepetan piring: 50 rpm

kacepetan wadhah Keramik: 38 rpm

Komposisi slurry:

SiO₂ (30% bobot, pH = 10,15)

0–70 wt% H₂O₂ (30 wt%, reagen grade)

Setel pH dadi 8,5 nggunakake 5 wt% KOH lan 1 wt% HNO₃

Laju aliran slurry: 3 L/menit, resirkulasi

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

Tantangan Teknis ing Polishing Mekanik

SiC, minangka semikonduktor celah pita lebar, nduweni peran penting ing industri elektronik. Kanthi sifat fisik lan kimia sing apik, kristal tunggal SiC cocog kanggo lingkungan sing ekstrem, kayata suhu dhuwur, frekuensi dhuwur, daya dhuwur, lan tahan radiasi. Nanging, alam hard lan brittle menehi tantangan utama kanggo grinding lan polishing.

Nalika produsen global terkemuka transisi saka wafer 6-inci dadi 8-inci, masalah kayata retak lan karusakan wafer sajrone pangolahan dadi luwih penting, nyebabake asil sing signifikan. Ngatasi tantangan teknis substrat SiC 8-inci saiki dadi pathokan utama kanggo kemajuan industri.

Ing jaman 8-inci, pangolahan wafer SiC ngadhepi akeh tantangan:

Skala wafer perlu kanggo nambah output chip saben kumpulan, nyuda mundhut pinggiran, lan biaya produksi murah-utamané diwenehi Rising dikarepake ing aplikasi kendaraan listrik.

Nalika wutah kristal tunggal SiC 8-inci wis diwasa, proses mburi kaya grinding lan polishing isih ngadhepi kemacetan, sing ngasilake asil sing sithik (mung 40-50%).

Wafer sing luwih gedhe ngalami distribusi tekanan sing luwih rumit, nambah kesulitan ngatur stres polishing lan konsistensi ngasilake.

Senajan kekandelan saka wafer 8-inch wis nyedhak saka wafer 6-inch, padha luwih rentan kanggo karusakan nalika nangani amarga kaku lan warping.

Kanggo nyuda stres sing gegandhengan karo pemotongan, warpage, lan retak, pemotongan laser saya akeh digunakake. Nanging:

Laser dawa gelombang dawa nyebabake karusakan termal.

Laser dawa gelombang cendhak ngasilake lebu sing abot lan nambah lapisan karusakan, nambah kerumitan polishing.

Alur Kerja Polishing Mekanik kanggo SiC

Alur proses umum kalebu:

Pemotongan orientasi

Penggilingan kasar

Penggilingan alus

Polishing mekanik

Chemical Mechanical Polishing (CMP) minangka langkah pungkasan

Pilihan metode CMP, desain rute proses, lan optimalisasi paramèter penting banget. Ing manufaktur semikonduktor, CMP minangka langkah sing nemtokake kanggo ngasilake wafer SiC kanthi permukaan sing mulus, tanpa cacat, lan tanpa karusakan, sing penting kanggo pertumbuhan epitaxial sing berkualitas tinggi.

(a) Copot ingot SiC saka crucible;

(b) Nindakake wangun awal nggunakake mecah diameter njaba;

(c) Nemtokake orientasi kristal nggunakake flat alignment utawa notches;

(d) Irisan ingot dadi wafer tipis nggunakake sawing multi-kawat;

(e) Entuk kelancaran permukaan kaya pangilon liwat langkah-langkah penggilingan lan polishing.

Sawise ngrampungake langkah-langkah pangolahan, pinggiran njaba wafer SiC asring dadi cetha, sing nambah risiko chipping sajrone penanganan utawa panggunaan. Kanggo ngindhari fragility kasebut, nggiling pinggir dibutuhake.

Saliyane proses ngiris tradisional, cara inovatif kanggo nyiapake wafer SiC kalebu teknologi ikatan. Pendekatan iki mbisakake fabrikasi wafer kanthi ngiket lapisan kristal tunggal SiC tipis menyang substrat heterogen (substrat pendukung).

Gambar 3 nggambarake alur proses:

Kaping pisanan, lapisan delaminasi dibentuk ing kedalaman sing ditemtokake ing permukaan kristal tunggal SiC liwat implantasi ion hidrogen utawa teknik sing padha. Kristal tunggal SiC sing diproses banjur diikat menyang substrat pendukung sing rata lan kena tekanan lan panas. Iki ngidini transfer sukses lan pamisahan lapisan kristal tunggal SiC menyang substrat sing ndhukung.

Lapisan SiC sing dipisahake ngalami perawatan permukaan kanggo entuk flatness sing dibutuhake lan bisa digunakake maneh ing proses ikatan sabanjure. Dibandhingake karo ngiris kristal SiC tradisional, teknik iki nyuda permintaan kanggo bahan sing larang. Sanajan tantangan teknis tetep, riset lan pangembangan aktif maju kanggo ngaktifake produksi wafer murah.

Diwenehi atose dhuwur lan stabilitas kimia saka SiC-kang ndadekake tahan kanggo reaksi ing suhu kamar-mechanical polishing dibutuhake kanggo mbusak jugangan mecah nggoleki, nyuda karusakan lumahing, ngilangke goresan, pitting, lan cacat kulit jeruk, roughness lumahing ngisor, nambah flatness, lan nambah kualitas lumahing.

Kanggo entuk permukaan polesan sing berkualitas tinggi, sampeyan kudu:

Nyetel jinis abrasive,

Ngurangi ukuran partikel,

Ngoptimalake paramèter proses,

Pilih bahan polishing lan bantalan kanthi kekerasan sing cukup.

Figure 7 nuduhake yen polishing pindho sisi karo abrasives 1 μm bisa ngontrol flatness lan variasi kekandelan ing 10 μm, lan nyuda roughness lumahing kanggo bab 0,25 nm.

3.2 Polishing Mekanik Kimia (CMP)

Chemical Mechanical Polishing (CMP) nggabungake abrasi partikel ultrafine karo etsa kimia kanggo mbentuk permukaan sing rata lan rata ing materi sing diproses. Prinsip dhasar yaiku:

Reaksi kimia dumadi ing antarane slurry polishing lan permukaan wafer, mbentuk lapisan alus.

Gesekan antarane partikel abrasive lan lapisan alus mbusak materi.

Keuntungan CMP:

Ngatasi kekurangan polishing mekanik utawa kimia,

Nampa planarisasi global lan lokal,

Ngasilake lumahing kanthi flatness dhuwur lan roughness kurang,

Ora ninggalake karusakan ing permukaan utawa lemah.

Ing rinci:

Wafer gerakane relatif kanggo pad polishing ing meksa.

Abrasive skala nanometer (contone, SiO₂) ing slurry melu nyukur, ngrusak ikatan kovalen Si-C lan ningkatake penghapusan materi.

Jenis Teknik CMP:

Polishing Abrasive Gratis: Abrasive (contone, SiO₂) dilereni soko tugas ing slurry. Penghapusan materi dumadi liwat abrasi telung awak (wafer–pad–abrasive). Ukuran abrasif (biasane 60-200 nm), pH, lan suhu kudu dikontrol kanthi tepat kanggo nambah keseragaman.

Fixed Abrasive Polishing: Abrasive ditempelake ing pad polishing kanggo nyegah aglomerasi-becik kanggo pangolahan tliti dhuwur.

Pembersihan Pasca-Polesan:

Wafer polesan ngalami:

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

DI mbilas banyu, lan

Pangatusan nitrogen panas

kanggo nyilikake rereged lumahing.

Kualitas lumahing & Kinerja

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

Planarization Global: Kombinasi softening kimia lan aman mechanical nyuda goresan lan etching ora rata, outperforming murni mechanical utawa kimia cara.

Efisiensi Dhuwur: Cocog kanggo bahan sing atos lan rapuh kaya SiC, kanthi tingkat penghapusan materi ing ndhuwur 200 nm / h.

Teknik Polishing liyane sing berkembang

Saliyane CMP, metode alternatif wis diusulake, kalebu:

Polishing elektrokimia, polishing utawa etsa sing dibantu Katalis, lan

Tribochemical polishing.

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

Pungkasane, pangolahan SiC minangka proses bertahap kanggo nyuda warpage lan kekasaran kanggo nambah kualitas permukaan, ing ngendi kontrol flatness lan kekasaran kritis ing saben tahapan.

Teknologi Pangolahan

Sajrone tahap penggilingan wafer, slurry berlian kanthi ukuran partikel sing beda digunakake kanggo nggiling wafer nganti rata lan kasar permukaan sing dibutuhake. Iki diterusake kanthi polishing, nggunakake teknik polishing mekanik mekanik lan kimia (CMP) kanggo ngasilake wafer silikon karbida (SiC) sing bebas karusakan.

Sawise polishing, wafer SiC ngalami pemeriksaan kualitas sing ketat nggunakake instrumen kayata mikroskop optik lan difraktometer sinar-X kanggo mesthekake kabeh paramèter teknis cocog karo standar sing dibutuhake. Pungkasan, wafer polesan di resiki nggunakake agen pembersih khusus lan banyu ultrapure kanggo mbusak rereged lumahing. Banjur dikeringake nggunakake gas nitrogen kemurnian ultra-dhuwur lan pengering spin, ngrampungake kabeh proses produksi.

Sawise pirang-pirang taun gaweyan, kemajuan sing signifikan wis digawe ing pangolahan kristal tunggal SiC ing China. Domestik, kristal tunggal semi-insulating 100 mm doped 4H-SiC wis kasil dikembangake, lan kristal tunggal 4H-SiC lan 6H-SiC tipe-n saiki bisa diprodhuksi ing batch. Perusahaan kaya TankeBlue lan TYST wis ngembangake kristal tunggal SiC 150 mm.

Ing babagan teknologi pangolahan wafer SiC, institusi domestik wis njelajah kondisi proses lan rute kanggo ngiris, grinding, lan polishing kristal. Dheweke bisa ngasilake conto sing cocog karo syarat kanggo pabrikan piranti. Nanging, dibandhingake karo standar internasional, kualitas Processing lumahing wafer domestik isih lags konco Ngartekno. 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 optimasi proses.

Biaya ngimpor peralatan lan komponen manca dhuwur.

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

Saiki, umume instrumen tliti dhuwur sing digunakake ing China diimpor. Peralatan lan metodologi tes uga mbutuhake perbaikan luwih lanjut.

Kanthi pangembangan semikonduktor generasi katelu sing terus-terusan, diameter substrat kristal tunggal SiC terus saya tambah, bebarengan karo syarat sing luwih dhuwur kanggo kualitas pangolahan permukaan. Teknologi pangolahan wafer wis dadi salah sawijining langkah sing paling tantangan teknis sawise wutah kristal tunggal SiC.

Kanggo ngatasi tantangan sing ana ing pangolahan, penting kanggo sinau luwih akeh mekanisme sing ana ing pemotongan, grinding, lan polishing, lan njelajah cara proses lan rute sing cocog kanggo manufaktur wafer SiC. Ing wektu sing padha, perlu sinau saka teknologi pangolahan internasional sing canggih lan nggunakake teknik mesin lan peralatan ultra-presisi canggih kanggo ngasilake substrat sing berkualitas tinggi.

Minangka ukuran wafer mundhak, kangelan wutah kristal lan Processing uga mundhak. Nanging, efisiensi manufaktur piranti hilir saya tambah akeh, lan biaya unit suda. Saiki, pemasok wafer SiC utama ing saindenging jagad nawakake produk kanthi diameter 4 inci nganti 6 inci. Perusahaan terkemuka kayata Cree lan II-VI wis miwiti ngrancang pangembangan jalur produksi wafer SiC 8 inci.