Kiel triageneracia duonkondukta substrata materialo,siliciokarbido (SiC)Unuopa kristalo havas larĝajn aplikajn perspektivojn en la fabrikado de altfrekvencaj kaj altpotencaj elektronikaj aparatoj. La prilabora teknologio de SiC ludas decidan rolon en la produktado de altkvalitaj substrataj materialoj. Ĉi tiu artikolo prezentas la nunan staton de esplorado pri SiC-prilaboraj teknologioj kaj en Ĉinio kaj eksterlande, analizante kaj komparante la mekanismojn de tranĉado, muelado kaj polurado, same kiel la tendencojn en plateco kaj surfaca malglateco de silikplatoj. Ĝi ankaŭ atentigas pri la ekzistantaj defioj en la prilaborado de SiC-slikplatoj kaj diskutas estontajn disvolvajn direktojn.
Silicia karbido (SiC)oblatoj estas kritikaj fundamentaj materialoj por triageneraciaj duonkonduktaĵaj aparatoj kaj havas signifan gravecon kaj merkatan potencialon en kampoj kiel mikroelektroniko, potencelektroniko kaj duonkonduktaĵa lumigado. Pro la ekstreme alta malmoleco kaj kemia stabileco deSiC-unuopaj kristaloj, tradiciaj metodoj de prilaborado de duonkonduktaĵoj ne estas tute taŭgaj por ilia maŝinado. Kvankam multaj internaciaj kompanioj faris ampleksan esploradon pri la teknike postulema prilaborado de SiC-unuopaj kristaloj, koncernaj teknologioj estas tenataj strikte konfidencaj.
En la lastaj jaroj, Ĉinio pliigis klopodojn en la disvolviĝo de SiC-unukristalaj materialoj kaj aparatoj. Tamen, la progreso de SiC-aparata teknologio en la lando estas nuntempe limigita de limigoj en prilaboraj teknologioj kaj kvalito de obletoj. Tial, estas esence por Ĉinio plibonigi SiC-prilaborajn kapablojn por plibonigi la kvaliton de SiC-unukristalaj substratoj kaj atingi ilian praktikan aplikon kaj amasproduktadon.
La ĉefaj prilaboraj paŝoj inkluzivas: tranĉado → kruda muelado → fajna muelado → malglata polurado (mekanika polurado) → fajna polurado (kemia mekanika polurado, CMP) → inspektado.
| Paŝo | SiC-Oblato-Prilaborado | Tradicia Semikonduktaĵa Unukristala Materiala Prilaborado |
| Tranĉado | Uzas plurdratan segan teknologion por tranĉi SiC-orbrikojn en maldikajn oblatojn | Tipe uzas interna-diametrajn aŭ ekster-diametrajn klingajn tranĉteknikojn |
| Frotado | Dividita en krudan kaj fajnan mueladon por forigi segilajn markojn kaj difektajn tavolojn kaŭzitajn de tranĉado | Muelmetodoj povas varii, sed la celo estas la sama |
| Polurado | Inkluzivas malglatan kaj ultra-precizan poluradon uzante mekanikan kaj kemian mekanikan poluradon (CMP) | Kutime inkluzivas kemian mekanikan poluradon (KMP), kvankam specifaj paŝoj povas diferenci |
Tranĉado de SiC-Unuopaj Kristaloj
En la prilaborado deSiC-unuopaj kristaloj, tranĉado estas la unua kaj tre kritika paŝo. La kurbiĝo, varpo kaj variado de la totala dikeco (TTV) de la silo rezultantaj el la tranĉprocezo determinas la kvaliton kaj efikecon de postaj muel- kaj polur-operacioj.
Tranĉiloj povas esti klasifikitaj laŭ formo en diamantajn internajn diametrajn (ID) segilojn, eksterajn diametrajn (OD) segilojn, bendajn segilojn kaj dratsegilojn. Dratsegiloj, siavice, povas esti klasifikitaj laŭ sia movotipo en tien-reenajn kaj buklajn (senfinajn) dratsistemojn. Surbaze de la tranĉmekanismo de la abraziaĵo, dratsegilaj tranĉteknikoj povas esti dividitaj en du tipojn: libera abraziaĵo dratsegado kaj fiksa abraziaĵo diamantdratsegado.
1.1 Tradiciaj Tranĉmetodoj
La tranĉprofundo de segiloj kun ekstera diametro (OD) estas limigita de la diametro de la klingo. Dum la tranĉprocezo, la klingo estas ema al vibrado kaj devio, rezultante en altaj bruoniveloj kaj malbona rigideco. Segiloj kun interna diametro (ID) uzas diamantajn abraziaĵojn sur la interna cirkonferenco de la klingo kiel tranĉrando. Ĉi tiuj klingoj povas esti tiel maldikaj kiel 0.2 mm. Dum tranĉado, la ID-klingo rotacias je alta rapideco dum la tranĉota materialo moviĝas radiale relative al la centro de la klingo, atingante tranĉadon per ĉi tiu relativa movo.
Diamantaj bendsegiloj postulas oftajn haltojn kaj inversigojn, kaj la tranĉrapido estas tre malalta — tipe ne superante 2 m/s. Ili ankaŭ suferas pro signifa mekanika eluziĝo kaj altaj bontenadkostoj. Pro la larĝo de la segilklingo, la tranĉradiuso ne povas esti tro malgranda, kaj plurtranĉa tranĉado ne eblas. Ĉi tiuj tradiciaj segiloj estas limigitaj de la rigideco de la bazo kaj ne povas fari kurbajn tranĉojn aŭ havi limigitajn turniĝradiusojn. Ili kapablas nur fari rektajn tranĉojn, produktas larĝajn segiltranĉojn, havas malaltan rendimentan rapidecon, kaj tial ne taŭgas por tranĉado.SiC-kristaloj.
1.2 Senpaga Abrazia Drata Segilo Plur-Drata Tranĉado
La tekniko de tranĉado per libera abrazia dratosegilo uzas la rapidan movadon de la drato por porti ŝlimon en la segtranĉon, ebligante materialforigon. Ĝi ĉefe uzas tien-reen-movan strukturon kaj nuntempe estas matura kaj vaste uzata metodo por efika plur-plata tranĉado de unu-kristala silicio. Tamen, ĝia apliko en SiC-tranĉado estis malpli amplekse studita.
Liberaj abraziaj dratsegiloj povas prilabori oblatojn kun dikecoj malpli ol 300 μm. Ili ofertas malaltan segilperdon, malofte kaŭzas fendadon, kaj rezultas en relative bona surfackvalito. Tamen, pro la materialforiga mekanismo — bazita sur la rulado kaj kaviĝo de abraziaĵoj — la surfacsurfaco emas evoluigi signifan restan streĉon, mikrofendojn, kaj pli profundajn difektotavolojn. Tio kondukas al valforigo, malfaciligas kontroli la precizecon de la surfacprofilo, kaj pliigas la ŝarĝon sur postaj prilaboraj paŝoj.
La tranĉefikeco estas forte influata de la ŝlimo; necesas konservi la akrecon de la abraziaĵoj kaj la koncentriĝon de la ŝlimo. Ŝlima traktado kaj reciklado estas multekostaj. Dum tranĉado de grand-dimensiaj orbrikoj, abraziaĵoj malfacile penetras profundajn kaj longajn segiltranĉojn. Sub la sama abrazia grenograndeco, la segilperdo estas pli granda ol tiu de fiks-abraziaj dratsegiloj.
1.3 Fiksa Abrazia Diamanta Drata Segilo Plur-Drata Tranĉado
Fiksaj abraziaj diamantdrataj segiloj estas tipe faritaj per enkorpigo de diamantaj partikloj sur ŝtaldratan substraton per galvanizado, sintrado aŭ rezina ligado. Elektrizitaj diamantdrataj segiloj ofertas avantaĝojn kiel pli mallarĝajn segiltranĉojn, pli bonan tranĉkvaliton, pli altan efikecon, pli malaltan poluadon kaj la kapablon tranĉi alt-malmolecajn materialojn.
La reciproka galvanizita diamanta dratosegilo estas nuntempe la plej vaste uzata metodo por tranĉi SiC. Figuro 1 (ne montrita ĉi tie) ilustras la surfacan platecon de SiC-platetoj tranĉitaj per ĉi tiu tekniko. Dum la tranĉado progresas, la varpiĝo de la plateto pliiĝas. Ĉi tio estas ĉar la kontakta areo inter la drato kaj la materialo pliiĝas dum la drato moviĝas malsupren, pliigante reziston kaj dratvibradon. Kiam la drato atingas la maksimuman diametron de la plateto, la vibrado estas ĉe sia pinto, rezultante en maksimuma varpiĝo.
En la pli postaj stadioj de tranĉado, pro la akcelo, stabilrapida movado, malakcelo, halto kaj inversigo de la drato, kune kun malfacilaĵoj forigi rubon per la fridigaĵo, la surfaca kvalito de la silo malboniĝas. Dratinversigo kaj rapidfluktuoj, same kiel grandaj diamantpartikloj sur la drato, estas la ĉefaj kaŭzoj de surfacaj gratvundoj.
1.4 Malvarma Apartiga Teknologio
Malvarma apartigo de SiC-unuopaj kristaloj estas noviga procezo en la kampo de triageneracia prilaborado de duonkonduktaĵaj materialoj. En la lastaj jaroj, ĝi altiris signifan atenton pro siaj rimarkindaj avantaĝoj en plibonigo de rendimento kaj redukto de materialperdo. La teknologio povas esti analizita el tri aspektoj: funkciprincipo, procezfluo kaj kernaj avantaĝoj.
Determino de Kristala Orientiĝo kaj Eksterdiametra Muelado: Antaŭ la prilaborado, la kristala orientiĝo de la SiC-orbriko devas esti determinita. La orbriko estas poste formita en cilindran strukturon (ofte nomatan SiC-disko) per eksterdiametra muelado. Ĉi tiu paŝo metas la fundamenton por posta direkta tranĉado kaj tranĉado.
Plurdrata Tranĉado: Ĉi tiu metodo uzas abraziajn partiklojn kombinitajn kun tranĉdratoj por tranĉi la cilindran orbrikon. Tamen, ĝi suferas pro signifa perdo de segiltranĉo kaj problemoj pri surfaca malebenaĵo.
Lasera Tranĉado-Teknologio: Lasero estas uzata por formi modifitan tavolon ene de la kristalo, de kiu maldikaj tranĉaĵoj povas esti dekroĉitaj. Ĉi tiu aliro reduktas materialperdon kaj plibonigas prilaboran efikecon, igante ĝin promesplena nova direkto por SiC-plattranĉado.
Optimigo de Tranĉa Procezo
Fiksa Abrazia Mult-Drata Tondado: Ĉi tiu estas nuntempe la ĉefa teknologio, bone taŭga por la altaj malmoleco-karakterizaĵoj de SiC.
Elektra Malŝarĝa Maŝinado (EDM) kaj Malvarma Apartiga Teknologio: Ĉi tiuj metodoj provizas diversajn solvojn adaptitajn al specifaj postuloj.
Polura Procezo: Estas esence ekvilibrigi la forigan rapidecon de materialo kaj la surfacan difekton. Kemia Mekanika Polurado (KMP) estas uzata por plibonigi la surfacan homogenecon.
Realtempa Monitorado: Interretaj inspektaj teknologioj estas enkondukitaj por monitori surfacan krudecon en reala tempo.
Lasera Tranĉado: Ĉi tiu tekniko reduktas segiltranĉan perdon kaj mallongigas prilaborajn ciklojn, kvankam la termike trafita zono restas defio.
Hibridaj Prilaboraj Teknologioj: Kombinante mekanikajn kaj kemiajn metodojn, oni plibonigas la efikecon de prilaborado.
Ĉi tiu teknologio jam atingis industrian aplikon. Infineon, ekzemple, akiris SILTECTRA kaj nun posedas kernajn patentojn subtenantajn amasproduktadon de 8-colaj oblatoj. En Ĉinio, kompanioj kiel Delong Laser atingis produktefikecon de 30 oblatoj por orbriko por 6-colaj oblataj prilaboradoj, reprezentante 40%-an plibonigon kompare kun tradiciaj metodoj.
Ĉar la fabrikado de hejmaj ekipaĵoj akceliĝas, oni atendas, ke ĉi tiu teknologio fariĝos la ĉefa solvo por prilaborado de SiC-substratoj. Kun la kreskanta diametro de duonkonduktaĵaj materialoj, tradiciaj tranĉmetodoj fariĝis malmodernaj. Inter la nunaj ebloj, la teknologio de reciproka diamantdrata segilo montras la plej promesplenajn aplikajn perspektivojn. Lasera tranĉado, kiel emerĝanta tekniko, ofertas signifajn avantaĝojn kaj oni antaŭvidas, ke ĝi fariĝos la ĉefa tranĉmetodo en la estonteco.
2,SiC Unuopa Kristala Muelado
Kiel reprezentanto de triageneraciaj duonkonduktaĵoj, siliciokarbido (SiC) ofertas signifajn avantaĝojn pro sia larĝa bendbreĉo, alta disfala elektra kampo, alta saturiĝa elektrona drivra rapideco kaj bonega varmokondukteco. Ĉi tiuj ecoj igas SiC aparte avantaĝa en alttensiaj aplikoj (ekz., 1200V-medioj). La prilabora teknologio por SiC-substratoj estas fundamenta parto de aparatfabrikado. La surfaca kvalito kaj precizeco de la substrato rekte influas la kvaliton de la epitaksia tavolo kaj la rendimenton de la fina aparato.
La ĉefa celo de la muelado estas forigi surfacajn segilmarkojn kaj difektotavolojn kaŭzitajn dum tranĉado, kaj korekti deformiĝon induktitan de la tranĉprocezo. Konsiderante la ekstreme altan malmolecon de SiC, muelado postulas la uzon de malmolaj frotpurigiloj kiel bora karbido aŭ diamanto. Konvencia muelado estas tipe dividita en krudan mueladon kaj fajnan mueladon.
2.1 Kruda kaj Fajna Muelado
Frotado povas esti klasifikita laŭ la grandeco de abraziaj partikloj:
Kruda Muelado: Uzas pli grandajn abraziaĵojn ĉefe por forigi segilajn markojn kaj difektajn tavolojn kaŭzitajn dum tranĉado, plibonigante la prilaboran efikecon.
Fajna Frotado: Uzas pli fajnajn abraziaĵojn por forigi la difektan tavolon lasitan de malglata frotado, redukti surfacan malglatecon kaj plibonigi surfacan kvaliton.
Multaj hejmaj fabrikantoj de SiC-substratoj uzas grandskalajn produktadprocezojn. Ofta metodo implikas duflankan mueladon uzante gisferan platon kaj monokristalan diamantan suspensiaĵon. Ĉi tiu procezo efike forigas la difektitan tavolon lasitan de dratsegado, korektas la formon de la sigelo, kaj reduktas TTV (Totalan Dikecan Variadon), Kurbiĝon, kaj Varpiĝon. La materiala foriga rapideco estas stabila, tipe atingante 0,8–1,2 μm/min. Tamen, la rezulta sigelo estas mata kun relative alta krudeco - tipe ĉirkaŭ 50 nm - kio trudas pli altajn postulojn al postaj poluraj paŝoj.
2.2 Unuflanka Frotado
Unuflanka muelado prilaboras nur unu flankon de la silo samtempe. Dum ĉi tiu procezo, la silo estas vakso-muntita sur ŝtalan platon. Sub aplikata premo, la substrato spertas iometan deformadon, kaj la supra surfaco estas platigita. Post muelado, la malsupra surfaco estas ebenigita. Kiam la premo estas forigita, la supra surfaco emas reakiri sian originalan formon, kio ankaŭ influas la jam muelitan malsupran surfacon - kaŭzante ke ambaŭ flankoj misformiĝas kaj degradiĝas en plateco.
Krome, la muelplato povas fariĝi konkava en mallonga tempo, kaŭzante konveksecon de la siliciplato. Por konservi la platecon de la plato, ofta purigado estas necesa. Pro la malalta efikeco kaj malbona plateco de la siliciplato, unuflanka muelado ne taŭgas por amasproduktado.
Tipe, oni uzas muelradojn de n-ro 8000 por fajna muelado. En Japanio, ĉi tiu procezo estas relative matura kaj eĉ uzas polurradojn de n-ro 30000. Tio permesas al la surfaca malglateco de la prilaboritaj oblatoj atingi malpli ol 2 nm, pretigante la oblatojn por fina KMP (Kemia Mekanika Polurado) sen plia prilaborado.
2.3 Unuflanka Maldensiga Teknologio
Diamanta Unuflanka Maldensiga Teknologio estas nova metodo de unuflanka maldensigo. Kiel ilustrite en Figuro 5 (ne montrita ĉi tie), la procezo uzas diamant-ligitan maldensigan platon. La oblato estas fiksita per vakua adsorbo, dum kaj la oblato kaj la diamanta maldensigilo rotacias samtempe. La maldensigilo iom post iom moviĝas malsupren por maldensigi la oblato ĝis cela dikeco. Post kiam unu flanko estas kompletigita, la oblato estas turnita por prilabori la alian flankon.
Post maldikiĝo, 100 mm oblato povas atingi:
Arko < 5 μm
TTV < 2 μm
Surfaca malglateco < 1 nm
Ĉi tiu unu-blata prilabora metodo ofertas altan stabilecon, bonegan konsistencon kaj altan materialforigan rapidecon. Kompare kun konvencia duflanka muelado, ĉi tiu tekniko plibonigas la muelan efikecon je pli ol 50%.
2.4 Duobla-flanka muelado
Duflanka muelado uzas kaj supran kaj malsupran muelplaton por samtempe mueli ambaŭ flankojn de la substrato, certigante bonegan surfackvaliton ambaŭflanke.
Dum la procezo, la muelplatoj unue aplikas premon al la plej altaj punktoj de la laborpeco, kaŭzante deformadon kaj laŭgradan forigon de materialo ĉe tiuj punktoj. Dum la altaj punktoj ebeniĝas, la premo sur la substrato iom post iom fariĝas pli uniforma, rezultante en kohera deformado tra la tuta surfaco. Tio permesas, ke ambaŭ supraj kaj malsupraj surfacoj estu muelitaj egale. Post kiam la muelado finiĝas kaj la premo liberiĝas, ĉiu parto de la substrato resaniĝas unuforme pro la egala premo, kiun ĝi spertis. Tio kondukas al minimuma varpiĝo kaj bona plateco.
La surfaca malglateco de la silo post muelado dependas de la grandeco de la abraziaj partikloj — pli malgrandaj partikloj donas pli glatajn surfacojn. Kiam oni uzas 5 μm abraziajn materialojn por duflanka muelado, la plateco kaj dikeco de la silo povas esti kontrolitaj ene de 5 μm. Mezuradoj per Atomforta Mikroskopio (AFM) montras surfacan malglatecon (Rq) de ĉirkaŭ 100 nm, kun muelkavoj ĝis 380 nm profundaj kaj videblaj liniaj markoj kaŭzitaj de abrazia ago.
Pli progresinta metodo implikas duflankan mueladon uzante poliuretanajn ŝaŭmajn kusenetojn kombinitajn kun polikristala diamanta suspensiaĵo. Ĉi tiu procezo produktas oblatojn kun tre malalta surfaca malglateco, atingante Ra < 3 nm, kio estas tre utila por la posta polurado de SiC-substratoj.
Tamen, surfaca skrapado restas nesolvita problemo. Krome, la polikristala diamanto uzata en ĉi tiu procezo estas produktita per eksplodema sintezo, kio estas teknike malfacila, donas malgrandajn kvantojn kaj estas ekstreme multekosta.
Polurado de SiC-Unuopaj Kristaloj
Por atingi altkvalitan poluritan surfacon sur siliciaj karbidaj (SiC) obletoj, polurado devas tute forigi muelajn kavaĵojn kaj nanometrajn surfacajn ondiĝojn. La celo estas produkti glatan, sendifektan surfacon sen poluado aŭ degenero, sen subtera difekto, kaj sen resta surfaca streso.
3.1 Mekanika polurado kaj CMP de SiC-obletoj
Post la kresko de SiC-unukristala orbriko, surfacaj difektoj malhelpas ĝian rektan uzon por epitaksia kresko. Tial, plia prilaborado estas necesa. La orbriko estas unue formita en norman cilindran formon per rondigo, poste tranĉita en oblatojn per dratotranĉado, sekvata de kristalografia orientiĝa konfirmo. Polurado estas kritika paŝo por plibonigi la kvaliton de la oblatoj, traktante eblajn surfacajn difektojn kaŭzitajn de kristalaj kreskodifektoj kaj antaŭaj prilaboraj paŝoj.
Ekzistas kvar ĉefaj metodoj por forigi surfacajn difektotavolojn sur SiC:
Mekanika polurado: Simpla sed lasas gratvundojn; taŭga por komenca polurado.
Kemia Mekanika Polurado (KMP): Forigas gratvundojn per kemia gravurado; taŭga por preciza polurado.
Hidrogena akvaforto: Postulas kompleksan ekipaĵon, ofte uzatan en HTCVD-procezoj.
Plasmo-helpata polurado: Kompleksa kaj malofte uzata.
Nur-mekanika polurado emas kaŭzi gratvundojn, dum nur-kemia polurado povas konduki al neegala gratvundo. CMP kombinas ambaŭ avantaĝojn kaj ofertas efikan, kostefikan solvon.
CMP-Funkciprincipo
CMP funkcias per rotacio de la oblato sub fiksita premo kontraŭ rotacianta polurkuseneto. Ĉi tiu relativa movo, kombinita kun mekanika abrazio de nano-grandaj abraziaĵoj en la suspensiaĵo kaj la kemia ago de reaktivaj agentoj, atingas surfacan ebenigon.
Ŝlosilaj materialoj uzitaj:
Polurŝlimo: Enhavas abraziaĵojn kaj kemiajn reakciilojn.
Polurkuseneto: Eluziĝas dum uzo, reduktante porgrandecon kaj ŝliman efikecon. Regula polurado, tipe uzante diamantan purigilon, estas necesa por restarigi la krudecon.
Tipa CMP-Procezo
Abrazivaĵo: 0,5 μm diamanta suspensiaĵo
Malglateco de la cela surfaco: ~0.7 nm
Kemia Mekanika Polurado:
Polurila ekipaĵo: AP-810 unuflanka polurmaŝino
Premo: 200 g/cm²
Platrapideco: 50 rpm
Rapido de ceramika tenilo: 38 rpm
Konsisto de ŝlimo:
SiO₂ (30 pez%, pH = 10,15)
0–70 pez% H₂O₂ (30 pez%, reakciaĵa grado)
Alĝustigu pH-on al 8,5 uzante 5 pez% da KOH kaj 1 pez% da HNO₃
Flukvanto de ŝlimo: 3 L/min, recirkulita
Ĉi tiu procezo efike plibonigas la kvaliton de SiC-plato kaj plenumas la postulojn por postaj procezoj.
Teknikaj Defioj en Mekanika Polurado
SiC, kiel duonkonduktaĵo kun larĝa bendbreĉo, ludas gravan rolon en la elektronika industrio. Kun bonegaj fizikaj kaj kemiaj ecoj, SiC-unuopaj kristaloj taŭgas por ekstremaj medioj, kiel ekzemple altaj temperaturoj, altfrekvencoj, alta potenco kaj radiadrezisto. Tamen, ĝia malmola kaj fragila naturo prezentas gravajn defiojn por muelado kaj polurado.
Dum ĉefaj tutmondaj fabrikantoj transiras de 6-colaj al 8-colaj obletoj, problemoj kiel fendetiĝoj kaj obletaj difektoj dum prilaborado fariĝis pli elstaraj, signife influante la rendimenton. Trakti la teknikajn defiojn de 8-colaj SiC-substratoj nun estas ŝlosila komparnormo por la progreso de la industrio.
En la 8-cola epoko, SiC-platprilaborado alfrontas multajn defiojn:
Skaligado de obletoj estas necesa por pliigi la produktadon de ĉipoj po aro, redukti randperdon kaj malaltigi produktokostojn - precipe konsiderante la kreskantan postulon en aplikoj de elektraj veturiloj.
Dum la kresko de 8-colaj SiC-unuopaj kristaloj maturiĝis, malantaŭaj procezoj kiel muelado kaj polurado ankoraŭ alfrontas proplempunktojn, rezultante en malaltaj rendimentoj (nur 40-50%).
Pli grandaj oblatoj spertas pli kompleksajn premdistribuojn, pliigante la malfacilecon administri polurostreĉon kaj rendimentkonsistencon.
Kvankam la dikeco de 8-colaj oblatoj alproksimiĝas al tiu de 6-colaj oblatoj, ili estas pli emaj al difektiĝo dum manipulado pro streso kaj varpigado.
Por redukti tranĉrilatan streĉon, varpiĝon kaj fendetiĝojn, lasera tranĉado estas pli kaj pli uzata. Tamen:
Long-ondolongaj laseroj kaŭzas termikan difekton.
Mallong-ondolongaj laseroj generas pezajn derompaĵojn kaj profundigas la difektotavolon, pliigante la kompleksecon de polurado.
Mekanika Polurada Laborfluo por SiC
La ĝenerala procezfluo inkluzivas:
Orientiĝa tranĉado
Kruda muelado
Fajna muelado
Mekanika polurado
Kemia Mekanika Polurado (KMP) kiel la fina paŝo
La elekto de CMP-metodo, la dezajno de la procezo-vojo, kaj la optimumigo de parametroj estas decidaj. En la fabrikado de duonkonduktaĵoj, CMP estas la decida paŝo por produkti SiC-blatojn kun ultra-glataj, sen difektoj, kaj sen damaĝoj surfacoj, kiuj estas esencaj por altkvalita epitaksa kresko.
(a) Forigu la SiC-orbrikon el la krisolo;
(b) Elfari komencan formadon per eksterdiametra muelado;
(c) Determinu la kristalan orientiĝon uzante vicigajn ebenaĵojn aŭ noĉojn;
(d) Tranĉu la orbrikon en maldikajn obleojn per plurdrata segado;
(e) Atingi spegulsimilan surfacan glatecon per muelado kaj polurado.
Post kompletigo de la serio de prilaboraj paŝoj, la ekstera rando de la SiC-plato ofte fariĝas akra, kio pliigas la riskon de fendado dum manipulado aŭ uzado. Por eviti tian fragilecon, randomuregado estas necesa.
Aldone al tradiciaj tranĉadprocezoj, noviga metodo por prepari SiC-blatojn implikas ligteknologion. Ĉi tiu aliro ebligas la fabrikadon de blatoj per ligado de maldika SiC-unukristala tavolo al heterogena substrato (subtena substrato).
Figuro 3 ilustras la procezfluon:
Unue, delaminiga tavolo estas formita je specifa profundo sur la surfaco de la SiC-unuopa kristalo per hidrogenjona implantado aŭ similaj teknikoj. La prilaborita SiC-unuopa kristalo estas poste kunligita al plata subtena substrato kaj submetita al premo kaj varmo. Tio permesas sukcesan translokigon kaj apartigon de la SiC-unuopa kristala tavolo sur la subtenan substraton.
La apartigita SiC-tavolo spertas surfacan traktadon por atingi la bezonatan platecon kaj povas esti reuzata en postaj ligprocezoj. Kompare kun tradicia tranĉado de SiC-kristaloj, ĉi tiu tekniko reduktas la postulon je multekostaj materialoj. Kvankam teknikaj defioj restas, esplorado kaj evoluigo aktive antaŭeniras por ebligi pli malaltkostan produktadon de oblatoj.
Konsiderante la altan malmolecon kaj kemian stabilecon de SiC — kiu igas ĝin rezistema al reakcioj je ĉambra temperaturo — mekanika polurado estas necesa por forigi fajnajn muelajn kavaĵojn, redukti surfacajn difektojn, elimini gratvundetojn, kaviĝojn kaj oranĝŝelajn difektojn, malaltigi surfacan krudecon, plibonigi platecon kaj plifortigi surfacan kvaliton.
Por atingi altkvalitan poluritan surfacon, necesas:
Adaptu abraziajn tipojn,
Malpligrandigi partiklan grandecon,
Optimumigu procezajn parametrojn,
Elektu polurmaterialojn kaj kusenetojn kun adekvata malmoleco.
Figuro 7 montras, ke duflanka polurado per 1 μm da abraziaĵoj povas kontroli platecon kaj dikecvarion ene de 10 μm, kaj redukti surfacan malglatecon ĝis ĉirkaŭ 0,25 nm.
3.2 Kemia Mekanika Polurado (KMP)
Kemia Mekanika Polurado (KMP) kombinas ultrafajnajn partiklajn abraziojn kun kemia gravurado por formi glatan, ebenan surfacon sur la prilaborita materialo. La baza principo estas:
Kemia reakcio okazas inter la polursuspensiaĵo kaj la surfaco de la oblato, formante molan tavolon.
Frotado inter la abraziaj partikloj kaj la mola tavolo forigas la materialon.
Avantaĝoj de CMP:
Superas la malavantaĝojn de pure mekanika aŭ kemia polurado,
Atingas kaj tutmondan kaj lokan planarigon,
Produktas surfacojn kun alta plateco kaj malalta malglateco,
Ne lasas surfacan aŭ subteran difekton.
Detale:
La oblato moviĝas sub premo relative al la polurkuseneto.
Nanometraj frotpurigaĵoj (ekz., SiO₂) en la suspensiaĵo partoprenas en tondado, malfortigante Si-C-kovalentajn ligojn kaj plibonigante materialforigon.
Tipoj de CMP-Teknikoj:
Polurado per Libera Abraziaĵo: Abraziaĵoj (ekz., SiO₂) estas suspenditaj en ŝlimo. Materiala forigo okazas per tri-korpa abrazio (plato-kuseneto-abraziaĵo). La grandeco de abraziaĵo (tipe 60–200 nm), pH kaj temperaturo devas esti precize kontrolitaj por plibonigi homogenecon.
Polurado per Fiksa Abrazia Materialo: Abraziaj materialoj estas enigitaj en la polurkuseneton por malhelpi aglomeriĝon — ideale por altpreciza prilaborado.
Purigado post polurado:
Poluritaj oblatoj spertas:
Kemia purigado (inkluzive de DI-akvo kaj forigo de ŝlimaj restaĵoj),
DI-akva ellavado, kaj
Varma nitrogena sekigado
por minimumigi surfacajn poluaĵojn.
Surfaca Kvalito kaj Elfaro
Surfaca malglateco povas esti reduktita al Ra < 0.3 nm, plenumante la postulojn pri duonkonduktaĵa epitaksio.
Tutmonda Planarigo: La kombinaĵo de kemia moligado kaj mekanika forigo reduktas gratvundojn kaj neegalan gratvundadon, superante purajn mekanikajn aŭ kemiajn metodojn.
Alta Efikeco: Taŭga por malmolaj kaj fragilaj materialoj kiel SiC, kun materialforigaj rapidecoj super 200 nm/h.
Aliaj Emerĝantaj Poluradaj Teknikoj
Aldone al CMP, alternativaj metodoj estis proponitaj, inkluzive de:
Elektrokemia polurado, katalizilo-helpata polurado aŭ gravurado, kaj
Tribokemia polurado.
Tamen, ĉi tiuj metodoj estas ankoraŭ en la esplora stadio kaj evoluis malrapide pro la malfacilaj materialaj ecoj de SiC.
Fine, SiC-prilaborado estas laŭpaŝa procezo de reduktado de varpiĝo kaj malglateco por plibonigi surfacan kvaliton, kie plateco kaj kontrolo de malglateco estas kritikaj tra ĉiu etapo.
Prilabora Teknologio
Dum la fazo de muelado de la silicioj, diamanta suspensiaĵo kun malsamaj partiklaj grandecoj estas uzata por mueli la siliciojn ĝis la bezonata plateco kaj surfaca krudeco. Sekvas polurado, uzante kaj mekanikajn kaj kemiajn mekanikajn polurajn (CMP) teknikojn por produkti sendamaĝajn poluritajn silicikarbidajn (SiC) siliciojn.
Post polurado, la SiC-platetoj spertas rigoran kvalitkontrolon uzante instrumentojn kiel optikajn mikroskopojn kaj rentgen-difraktometrojn por certigi, ke ĉiuj teknikaj parametroj plenumas la postulatajn normojn. Fine, la poluritaj platoj estas purigitaj per specialaj purigiloj kaj ultrapura akvo por forigi surfacajn poluaĵojn. Ili estas poste sekigitaj per ultrapura nitrogena gaso kaj centrifugaj sekigiloj, kompletigante la tutan produktadprocezon.
Post jaroj da penado, signifa progreso estis farita en la prilaborado de SiC-unuopaj kristaloj en Ĉinio. Nacie, 100 mm dopitaj duonizolaj 4H-SiC-unuopaj kristaloj estis sukcese evoluigitaj, kaj n-tipaj 4H-SiC kaj 6H-SiC-unuopaj kristaloj nun povas esti produktitaj en aroj. Firmaoj kiel TankeBlue kaj TYST jam evoluigis 150 mm SiC-unuopajn kristalojn.
Rilate al la prilabora teknologio de SiC-platoj, hejmaj institucioj antaŭe esploris la procezajn kondiĉojn kaj metodojn por tranĉado, muelado kaj polurado de kristaloj. Ili kapablas produkti specimenojn, kiuj baze plenumas la postulojn por fabrikado de aparatoj. Tamen, kompare kun internaciaj normoj, la surfaca prilabora kvalito de hejmaj platoj ankoraŭ signife postrestas. Ekzistas pluraj problemoj:
Internaciaj SiC-teorioj kaj prilaboraj teknologioj estas strikte protektataj kaj ne facile alireblaj.
Mankas teoria esplorado kaj subteno por procezplibonigo kaj optimumigo.
La kosto de importado de fremdaj ekipaĵoj kaj komponantoj estas alta.
Enlandaj esploroj pri ekipaĵdezajno, prilabora precizeco kaj materialoj ankoraŭ montras signifajn mankojn kompare kun internaciaj niveloj.
Nuntempe, plej multaj altprecizaj instrumentoj uzataj en Ĉinio estas importitaj. Testaj ekipaĵoj kaj metodologioj ankaŭ bezonas plian plibonigon.
Kun la daŭra disvolviĝo de triageneraciaj duonkonduktaĵoj, la diametro de SiC-unukristalaj substratoj konstante kreskas, kune kun pli altaj postuloj pri la kvalito de surfaca prilaborado. La teknologio de prilaborado de obletoj fariĝis unu el la plej teknike malfacilaj paŝoj post la kresko de SiC-unukristaloj.
Por trakti ekzistantajn defiojn en prilaborado, estas esence plu studi la mekanismojn implikitajn en tranĉado, muelado kaj polurado, kaj esplori taŭgajn procezajn metodojn kaj vojojn por fabrikado de SiC-platetoj. Samtempe, necesas lerni de progresintaj internaciaj prilaboraj teknologioj kaj adopti pintnivelajn ultra-precizajn maŝinadajn teknikojn kaj ekipaĵon por produkti altkvalitajn substratojn.
Dum la grandeco de la silikplatoj pligrandiĝas, la malfacileco de kristala kresko kaj prilaborado ankaŭ pliiĝas. Tamen, la produktada efikeco de postaj aparatoj signife pliboniĝas, kaj la unuokosto reduktiĝas. Nuntempe, la ĉefaj provizantoj de SiC-slikplatoj tutmonde ofertas produktojn kun diametro de 4 ĝis 6 coloj. Gvidaj kompanioj kiel Cree kaj II-VI jam komencis plani la disvolvon de 8-colaj SiC-slikplataj produktadlinioj.
Afiŝtempo: 23-a de majo 2025