Hali na Mitindo ya Sasa ya Teknolojia ya Uchakataji wa Kaki ya SiC

Kama nyenzo ya sehemu ndogo ya semiconductor ya kizazi cha tatu,silicon carbudi (SiC)kioo kimoja kina matarajio mapana ya matumizi katika utengenezaji wa vifaa vya elektroniki vya masafa ya juu na vyenye nguvu nyingi. Teknolojia ya usindikaji ya SiC ina jukumu la kuamua katika utengenezaji wa nyenzo za hali ya juu za substrate. Makala haya yanatanguliza hali ya sasa ya utafiti kuhusu teknolojia ya uchakataji wa SiC nchini China na nje ya nchi, ikichanganua na kulinganisha mbinu za kukata, kusaga na kung'arisha, pamoja na mielekeo ya kubana kwa kaki na ukali wa uso. Pia inaangazia changamoto zilizopo katika usindikaji wa kaki ya SiC na kujadili mwelekeo wa maendeleo wa siku zijazo.

Silicon carbudi (SiC)kaki ni nyenzo muhimu za msingi kwa vifaa vya kizazi cha tatu vya semiconductor na zina umuhimu mkubwa na uwezo wa soko katika nyanja kama vile elektroniki ndogo, umeme wa umeme, na taa za semiconductor. Kwa sababu ya ugumu wa hali ya juu na utulivu wa kemikaliSiC fuwele moja, njia za usindikaji za semiconductor za jadi hazifai kabisa kwa machining yao. Ingawa makampuni mengi ya kimataifa yamefanya utafiti wa kina juu ya usindikaji unaohitaji kitaalam wa fuwele za SiC moja, teknolojia husika hutunzwa kuwa siri kabisa.

Katika miaka ya hivi karibuni, China imeongeza juhudi katika maendeleo ya vifaa na vifaa vya kioo vya SiC moja. Hata hivyo, maendeleo ya teknolojia ya kifaa cha SiC nchini kwa sasa yanabanwa na vikwazo katika teknolojia ya usindikaji na ubora wa kaki. Kwa hivyo, ni muhimu kwa Uchina kuboresha uwezo wa usindikaji wa SiC ili kuongeza ubora wa substrates za kioo za SiC na kufikia matumizi yao ya vitendo na uzalishaji wa wingi.

Hatua kuu za usindikaji ni pamoja na: kukata → kusaga coarse → kusaga vizuri → polishing mbaya (usafishaji wa mitambo) → upigaji laini (usafishaji wa kemikali wa mitambo, CMP) → ukaguzi.

Kukata Fuwele za SiC Single

Katika usindikaji waSiC fuwele moja, kukata ni hatua ya kwanza na muhimu sana. Tofauti ya upinde, mkunjo na unene wa kaki (TTV) kutokana na mchakato wa kukata huamua ubora na ufanisi wa shughuli zinazofuata za kusaga na kung'arisha.

Zana za kukata zinaweza kugawanywa kwa umbo katika misumeno ya kipenyo cha ndani cha almasi (ID), misumeno ya kipenyo cha nje (OD), misumeno ya bendi, na misumeno ya waya. Misumeno ya waya, kwa upande wake, inaweza kuainishwa kwa aina yao ya mwendo katika mifumo ya waya ya kukubaliana na ya kitanzi (isiyo na mwisho). Kulingana na utaratibu wa kukata abrasive, wire saw slicing mbinu inaweza kugawanywa katika aina mbili: bure abrasive sawing waya na fasta abrasive almasi sawing waya.

1.1 Mbinu za Kienyeji za Kukata

Kina cha kukata kipenyo cha nje (OD) saw ni mdogo na kipenyo cha blade. Wakati wa mchakato wa kukata, blade inakabiliwa na vibration na kupotoka, na kusababisha viwango vya juu vya kelele na rigidity maskini. Misumeno ya kipenyo cha ndani (ID) hutumia abrasives za almasi kwenye mduara wa ndani wa blade kama ukingo wa kukata. Vipu hivi vinaweza kuwa nyembamba hadi 0.2 mm. Wakati wa kukatwa, blade ya kitambulisho huzunguka kwa kasi ya juu huku nyenzo ya kukatwa inasogea kwa kasi ikilinganishwa na sehemu ya katikati ya blade, na hivyo kupata kukatwa kwa mwendo huu wa jamaa.

Misumeno ya bendi ya almasi inahitaji kuacha mara kwa mara na kurudi nyuma, na kasi ya kukata ni ya chini sana-kawaida haizidi 2 m / s. Pia wanakabiliwa na kuvaa muhimu kwa mitambo na gharama kubwa za matengenezo. Kutokana na upana wa blade ya saw, radius ya kukata haiwezi kuwa ndogo sana, na kukata vipande vingi haiwezekani. Zana hizi za jadi za kuona zimezuiliwa na ugumu wa msingi na haziwezi kufanya mikato iliyopinda au zimezuia radii ya kugeuza. Wana uwezo wa kukata moja kwa moja tu, kuzalisha kerfs pana, kuwa na kiwango cha chini cha mavuno, na hivyo haifai kwa kukata.fuwele za SiC.

1.2 Waya Abrasive Bila malipo Aliona Kukata kwa Waya nyingi

Mbinu ya kukata waya isiyolipishwa ya msumeno hutumia mwendo wa kasi wa waya kubeba tope hadi kwenye kefu, kuwezesha uondoaji wa nyenzo. Kimsingi hutumia muundo unaofanana na kwa sasa ni mbinu iliyokomaa na inayotumika sana kwa ukataji wa kaki nyingi wa silicon ya fuwele moja. Walakini, matumizi yake katika kukata SiC yamesomwa sana.

Misumeno ya waya ya abrasive bila malipo inaweza kusindika kaki zenye unene chini ya 300 μm. Hutoa upotevu mdogo wa kerf, mara chache husababisha mchipuko, na husababisha ubora mzuri wa uso. Hata hivyo, kutokana na utaratibu wa kuondoa nyenzo—kulingana na kuviringishwa na kujipenyeza kwa abrasives—uso wa kaki huwa na mkazo mkubwa wa mabaki, mipasuko midogo, na tabaka za uharibifu zaidi. Hii husababisha kupiga kaki, hufanya iwe vigumu kudhibiti usahihi wa wasifu wa uso, na huongeza mzigo kwenye hatua za usindikaji zinazofuata.

Utendaji wa kukata huathiriwa sana na slurry; ni muhimu kudumisha ukali wa abrasives na mkusanyiko wa slurry. Matibabu ya tope na kuchakata tena ni gharama kubwa. Wakati wa kukata ingots za ukubwa mkubwa, abrasives hupata shida kupenya kerfs za kina na ndefu. Chini ya ukubwa sawa wa nafaka ya abrasive, upotevu wa kerf ni mkubwa zaidi kuliko ule wa misumeno ya waya isiyobadilika.

1.3 Waya ya Abrasive ya Almasi Iliyobadilika Iliona Kukata kwa Waya nyingi

Misumeno ya waya ya almasi isiyobadilika kwa kawaida hutengenezwa kwa kupachika chembe za almasi kwenye substrate ya waya wa chuma kupitia njia za uwekaji umeme, sintering au uunganishaji wa resini. Misumeno ya waya ya almasi iliyowekewa umeme hutoa faida kama vile visu vyembamba, ubora bora wa vipande, ufanisi wa juu, uchafuzi mdogo, na uwezo wa kukata nyenzo za ugumu wa juu.

Msumeno wa waya wa almasi unaorudishwa kwa sasa ndio njia inayotumika sana kukata SiC. Mchoro wa 1 (haujaonyeshwa hapa) unaonyesha usawa wa uso wa kaki za SiC zilizokatwa kwa kutumia mbinu hii. Kadiri ukata unavyoendelea, ukurasa wa vita vya kaki huongezeka. Hii ni kwa sababu eneo la mguso kati ya waya na nyenzo huongezeka kadiri waya inavyosogea chini, na hivyo kuongeza upinzani na mtetemo wa waya. Wakati waya hufikia kipenyo cha juu zaidi cha kaki, mtetemo huwa kwenye kilele chake, na kusababisha upeo wa vita.

Katika hatua za baadaye za kukatwa, kwa sababu ya kuongeza kasi ya waya, mwendo wa kasi-imara, kupungua kwa kasi, kusimama na kugeuzwa nyuma, pamoja na ugumu wa kuondoa uchafu na baridi, ubora wa uso wa kaki huharibika. Urejeshaji wa waya na kushuka kwa kasi, pamoja na chembe kubwa za almasi kwenye waya, ni sababu za msingi za scratches ya uso.

1.4 Teknolojia ya Kutenganisha Baridi

Kutenganisha baridi kwa fuwele moja ya SiC ni mchakato wa ubunifu katika uwanja wa usindikaji wa nyenzo za semiconductor ya kizazi cha tatu. Katika miaka ya hivi karibuni, imevutia umakini mkubwa kwa sababu ya faida zake mashuhuri katika kuboresha mavuno na kupunguza upotezaji wa nyenzo. Teknolojia inaweza kuchambuliwa kutoka kwa vipengele vitatu: kanuni ya kazi, mtiririko wa mchakato, na faida za msingi.

Uamuzi wa Mwelekeo wa Kioo na Kusaga Kipenyo cha Nje: Kabla ya kuchakata, mwelekeo wa fuwele wa ingot ya SiC lazima ubainishwe. Kisha ingot ina umbo la muundo wa silinda (unaojulikana kama SiC puck) kupitia kusaga kipenyo cha nje. Hatua hii inaweka msingi wa kukata na kukata kwa mwelekeo unaofuata.

Kukata kwa Waya nyingi: Njia hii hutumia chembe za abrasive pamoja na waya za kukata ili kukata ingot ya silinda. Walakini, inakabiliwa na upotezaji mkubwa wa kerf na maswala ya usawa wa uso.

Teknolojia ya Kukata Laser: Laser hutumiwa kuunda safu iliyobadilishwa ndani ya fuwele, ambayo vipande nyembamba vinaweza kutengwa. Mbinu hii inapunguza upotevu wa nyenzo na huongeza ufanisi wa usindikaji, na kuifanya kuwa mwelekeo mpya wa kukata kaki wa SiC.

Uboreshaji wa Mchakato wa Kukata

Kukata Wire nyingi za Abrasive: Kwa sasa hii ndiyo teknolojia ya kawaida, inafaa kwa sifa za ugumu wa hali ya juu za SiC.

Uchimbaji wa Utekelezaji wa Umeme (EDM) na Teknolojia ya Kutenganisha Baridi: Mbinu hizi hutoa ufumbuzi wa mseto unaolenga mahitaji maalum.

Mchakato wa Kusafisha: Ni muhimu kusawazisha kiwango cha uondoaji wa nyenzo na uharibifu wa uso. Kemikali Mitambo ya Kusafisha (CMP) inatumika kuboresha usawa wa uso.

Ufuatiliaji wa Wakati Halisi: Teknolojia za ukaguzi mtandaoni huletwa ili kufuatilia ukali wa uso katika muda halisi.

Kukatwa kwa Laser: Mbinu hii inapunguza upotevu wa kerf na kufupisha mizunguko ya usindikaji, ingawa eneo lililoathiriwa na mafuta bado ni changamoto.

Teknolojia za Usindikaji wa Mseto: Kuchanganya mbinu za mitambo na kemikali huongeza ufanisi wa usindikaji.

Teknolojia hii tayari imepata matumizi ya viwanda. Infineon, kwa mfano, alinunua SILTECTRA na sasa anamiliki hataza kuu zinazounga mkono utayarishaji wa wingi wa kaki za inchi 8. Nchini Uchina, kampuni kama vile Delong Laser zimepata ufanisi wa pato la kaki 30 kwa kila ingot kwa usindikaji wa inchi 6 wa kaki, ikiwakilisha uboreshaji wa 40% kuliko mbinu za jadi.

Kadiri utengenezaji wa vifaa vya ndani unavyoongezeka, teknolojia hii inatarajiwa kuwa suluhisho kuu la usindikaji wa substrate ya SiC. Kwa kipenyo kinachoongezeka cha vifaa vya semiconductor, mbinu za kukata jadi zimekuwa za kizamani. Miongoni mwa chaguzi za sasa, teknolojia ya kuona ya waya ya almasi inaonyesha matarajio ya maombi ya kuahidi zaidi. Kukata kwa laser, kama mbinu inayoibuka, inatoa faida kubwa na inatarajiwa kuwa njia kuu ya kukata katika siku zijazo.

2,SiC Single Crystal Kusaga

Kama mwakilishi wa semiconductors za kizazi cha tatu, silicon carbide (SiC) inatoa faida kubwa kutokana na upana wake wa bendi, uga wa umeme ulioharibika sana, kasi ya juu ya kuteleza kwa elektroni, na upitishaji bora wa mafuta. Sifa hizi hufanya SiC kuwa na faida hasa katika utumizi wa voltage ya juu (kwa mfano, mazingira ya 1200V). Teknolojia ya usindikaji wa substrates za SiC ni sehemu ya msingi ya utengenezaji wa kifaa. Ubora wa uso na usahihi wa substrate huathiri moja kwa moja ubora wa safu ya epitaxial na utendaji wa kifaa cha mwisho.

Madhumuni ya msingi ya mchakato wa kusaga ni kuondoa alama za uso na tabaka za uharibifu zinazosababishwa wakati wa kukata, na kurekebisha deformation inayotokana na mchakato wa kukata. Kwa kuzingatia ugumu wa juu sana wa SiC, kusaga kunahitaji matumizi ya abrasives ngumu kama vile boroni carbudi au almasi. Kusaga kawaida hugawanywa katika kusaga coarse na kusaga vizuri.

2.1 Kusaga Safi na Kusaga

Kusaga kunaweza kuainishwa kulingana na saizi ya chembe ya abrasive:

Usagaji Mbaya: Hutumia abrasives kubwa zaidi ili kuondoa alama za saw na safu za uharibifu unaosababishwa wakati wa kukata, kuboresha ufanisi wa usindikaji.

Usagaji Mzuri: Hutumia abrasives laini zaidi kuondoa safu ya uharibifu iliyoachwa na usagaji mbaya, kupunguza ukali wa uso, na kuboresha ubora wa uso.

Wazalishaji wengi wa substrate ya ndani ya SiC hutumia michakato ya uzalishaji wa kiasi kikubwa. Njia ya kawaida inahusisha kusaga kwa pande mbili kwa kutumia sahani ya chuma iliyopigwa na tope la almasi la monocrystalline. Utaratibu huu kwa ufanisi huondoa safu ya uharibifu iliyoachwa na sawing ya waya, kurekebisha umbo la kaki, na kupunguza TTV (Total Thickness Variation), Bow, na Warp. Kiwango cha kuondolewa kwa nyenzo ni imara, kwa kawaida hufikia 0.8-1.2 μm / min. Hata hivyo, sehemu ya kaki inayotokana ni ya matte yenye ukwaru wa juu kiasi—kawaida karibu nm 50—ambayo inaweka mahitaji ya juu zaidi kwa hatua zinazofuata za ung’arishaji.

2.2 Kusaga kwa Upande Mmoja

Mchakato wa kusaga wa upande mmoja tu wa kaki kwa wakati mmoja. Wakati wa mchakato huu, kaki huwekwa wax kwenye sahani ya chuma. Chini ya shinikizo la kutumiwa, substrate inakabiliwa na deformation kidogo, na uso wa juu ni bapa. Baada ya kusaga, uso wa chini umewekwa. Shinikizo linapoondolewa, sehemu ya juu inaelekea kurejesha umbo lake la asili, jambo ambalo pia huathiri sehemu ya chini ya ardhi ambayo tayari iko chini—na kusababisha pande zote mbili kukunjamana na kuharibika katika kujaa.

Zaidi ya hayo, sahani ya kusaga inaweza kuwa laini kwa muda mfupi, na kusababisha kaki kuwa laini. Ili kudumisha gorofa ya sahani, kuvaa mara kwa mara inahitajika. Kwa sababu ya ufanisi mdogo na laini duni ya kaki, kusaga kwa upande mmoja haifai kwa uzalishaji wa wingi.

Kwa kawaida, magurudumu # 8000 ya kusaga hutumiwa kwa kusaga vizuri. Nchini Japani, mchakato huu umekomaa kiasi na hata hutumia #30000 magurudumu ya kung'arisha. Hii inaruhusu ukali wa uso wa kaki zilizochakatwa kufikia chini ya nm 2, na kufanya kaki kuwa tayari kwa CMP ya mwisho (Chemical Mechanical polishing) bila usindikaji wa ziada.

2.3 Teknolojia ya Kukonda kwa Upande Mmoja

Teknolojia ya Kukonda kwa Upande Mmoja wa Almasi ni njia ya riwaya ya kusaga upande mmoja. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro wa 5 (haujaonyeshwa hapa), mchakato hutumia sahani ya kusaga iliyounganishwa na almasi. Kaki hurekebishwa kupitia utangazaji wa utupu, huku kaki na gurudumu la kusaga almasi vikizunguka kwa wakati mmoja. Gurudumu la kusaga husogea chini polepole ili kupunguza kaki hadi unene unaolengwa. Baada ya upande mmoja kukamilika, kaki hupinduliwa ili kusindika upande mwingine.

Baada ya kukonda, kaki ya mm 100 inaweza kufikia:

Upinde chini ya 5 μm

TTV <2 μm

Ukwaru wa uso < 1 nm

Mbinu hii ya usindikaji ya kaki moja inatoa uthabiti wa hali ya juu, uthabiti bora, na kiwango cha juu cha uondoaji wa nyenzo. Ikilinganishwa na usagaji wa kawaida wa pande mbili, mbinu hii inaboresha ufanisi wa kusaga kwa zaidi ya 50%.

2.4 Kusaga kwa Upande Mbili

Kusaga kwa pande mbili hutumia sahani ya juu na ya chini ya kusaga kwa wakati mmoja pande zote mbili za substrate, kuhakikisha ubora bora wa uso kwa pande zote mbili.

Wakati wa mchakato, sahani za kusaga kwanza hutumia shinikizo kwa pointi za juu za workpiece, na kusababisha deformation na kuondolewa kwa nyenzo taratibu katika pointi hizo. Matangazo ya juu yanaposawazishwa, shinikizo kwenye substrate polepole inakuwa sawa zaidi, na kusababisha deformation thabiti katika uso mzima. Hii inaruhusu nyuso za juu na za chini kusaga sawasawa. Mara baada ya kusaga kukamilika na shinikizo kutolewa, kila sehemu ya substrate inarudi sawa kutokana na shinikizo sawa lililopata. Hii inasababisha kupigana kidogo na kujaa vizuri.

Ukwaru wa uso wa kaki baada ya kusaga hutegemea ukubwa wa chembe za abrasive-chembe ndogo hutoa nyuso laini zaidi. Unapotumia abrasives 5 μm kwa kusaga pande mbili, usawa wa kaki na unene tofauti unaweza kudhibitiwa ndani ya 5 μm. Vipimo vya Microscopy ya Nguvu ya Atomiki (AFM) vinaonyesha ukali wa uso (Rq) wa takriban nm 100, na mashimo ya kusaga yenye kina cha hadi 380 nm na alama za mstari zinazoonekana zinazosababishwa na kitendo cha abrasive.

Njia ya hali ya juu zaidi inahusisha kusaga kwa pande mbili kwa kutumia pedi za povu za polyurethane pamoja na tope la almasi ya polycrystalline. Utaratibu huu hutoa kaki na ukali wa chini sana wa uso, kufikia Ra <3 nm, ambayo ni ya manufaa sana kwa ung'arishaji unaofuata wa substrates za SiC.

Walakini, kukwaruza kwa uso bado ni suala ambalo halijatatuliwa. Zaidi ya hayo, almasi ya polycrystalline inayotumiwa katika mchakato huu inatolewa kupitia mchanganyiko unaolipuka, ambayo ni changamoto ya kiufundi, hutoa kiasi kidogo, na ni ghali sana.

Usafishaji wa Fuwele za SiC Single

Ili kufikia uso uliong'aa wa hali ya juu kwenye vifurushi vya silicon carbudi (SiC), ung'arishaji lazima uondoe kabisa mashimo ya kusaga na mipasuko ya uso wa nanometa. Lengo ni kutoa uso laini, usio na kasoro usio na uchafuzi au uharibifu, hakuna uharibifu wa chini ya uso, na hakuna mkazo wa mabaki ya uso.

3.1 Kusafisha Mitambo na CMP ya Kaki za SiC

Baada ya ukuaji wa ingoti moja ya fuwele ya SiC, kasoro za uso huizuia kutumiwa moja kwa moja kwa ukuaji wa epitaxial. Kwa hiyo, usindikaji zaidi unahitajika. Ingot ina umbo la kwanza katika umbo la kawaida la silinda kwa njia ya kuzungushwa, kisha kukatwa vipande vipande kwa kutumia kukata waya, ikifuatiwa na uthibitishaji wa mwelekeo wa fuwele. Kung'arisha ni hatua muhimu katika kuboresha ubora wa kaki, kushughulikia uharibifu unaoweza kutokea wa uso unaosababishwa na kasoro za ukuaji wa fuwele na hatua za awali za usindikaji.

Kuna njia nne kuu za kuondoa tabaka za uharibifu wa uso kwenye SiC:

Usafishaji wa mitambo: Rahisi lakini huacha mikwaruzo; yanafaa kwa polishing ya awali.

Ung'arishaji wa Kikemikali (CMP): Huondoa mikwaruzo kupitia etching ya kemikali; yanafaa kwa usahihi wa polishing.

Uwekaji wa hidrojeni: Inahitaji vifaa changamano, vinavyotumika sana katika michakato ya HTCVD.

Kung'arisha kwa kusaidiwa na Plasma: Ngumu na haitumiki sana.

Kung'arisha kwa kutumia mitambo pekee kunaelekea kusababisha mikwaruzo, ilhali ung'arishaji wa kemikali pekee unaweza kusababisha mchongo usio sawa. CMP inachanganya faida zote mbili na inatoa suluhisho la ufanisi, la gharama nafuu.

Kanuni ya Kazi ya CMP

CMP hufanya kazi kwa kuzungusha kaki chini ya shinikizo iliyowekwa dhidi ya pedi ya kung'arisha inayozunguka. Mwendo huu wa jamaa, pamoja na mkwaruzo wa kimitambo kutoka kwa abrasives za ukubwa wa nano kwenye tope na hatua ya kemikali ya mawakala tendaji, hufanikisha upangaji wa uso.

Nyenzo kuu zinazotumiwa:

Tope la kung'arisha: Ina abrasives na vitendanishi vya kemikali.

Pedi ya kung'arisha: Hupungua wakati wa matumizi, kupunguza ukubwa wa pore na ufanisi wa utoaji wa tope. Kuvaa mara kwa mara, kwa kawaida kwa kutumia kitengeneza almasi, inahitajika kurejesha ukali.

Mchakato wa kawaida wa CMP

Abrasive: 0.5 μm tope la almasi

Ukwaru wa uso unaolengwa: ~0.7 nm

Usafishaji wa Mitambo wa Kemikali:

Vifaa vya kung'arisha: Kisafishaji cha upande mmoja cha AP-810

Shinikizo: 200 g/cm²

Kasi ya sahani: 50 rpm

Kasi ya mmiliki wa keramik: 38 rpm

Muundo wa tope:

SiO₂ (30 wt%, pH = 10.15)

0–70 wt% H₂O₂ (wt 30%, daraja la kitendanishi)

Rekebisha pH hadi 8.5 ukitumia 5 wt% KOH na 1 wt% HNO₃

Kiwango cha mtiririko wa tope: 3 L/min, imezungushwa tena

Utaratibu huu huboresha ubora wa kaki wa SiC na hukutana na mahitaji ya michakato ya chini ya mkondo.

Changamoto za Kiufundi katika Usafishaji Mitambo

SiC, kama semiconductor ya bandgap pana, ina jukumu muhimu katika tasnia ya umeme. Ikiwa na sifa bora za kimwili na kemikali, fuwele za SiC moja zinafaa kwa mazingira yaliyokithiri, kama vile joto la juu, masafa ya juu, nguvu nyingi na upinzani wa mionzi. Hata hivyo, asili yake ngumu na brittle inatoa changamoto kubwa kwa kusaga na polishing.

Huku watengenezaji wanaoongoza duniani kwa mabadiliko kutoka kwa kaki za inchi 6 hadi inchi 8, masuala kama vile kupasuka na uharibifu wa kaki wakati wa usindikaji yamekuwa maarufu zaidi, na kuathiri mavuno kwa kiasi kikubwa. Kushughulikia changamoto za kiufundi za substrates za inchi 8 za SiC sasa ni alama kuu ya maendeleo ya tasnia.

Katika enzi ya inchi 8, usindikaji wa kaki wa SiC unakabiliwa na changamoto nyingi:

Kuongeza kaki ni muhimu ili kuongeza uzalishaji wa chip kwa kila kundi, kupunguza upotevu wa makali, na kupunguza gharama za uzalishaji—hasa kutokana na kuongezeka kwa mahitaji ya programu za magari ya umeme.

Ingawa ukuaji wa fuwele za SiC ya inchi 8 umekomaa, michakato ya nyuma kama vile kusaga na kung'arisha bado inakabiliwa na vikwazo, hivyo kusababisha mavuno kidogo (40-50%) pekee.

Kaki kubwa hupata mgawanyo changamano zaidi wa shinikizo, na hivyo kuongeza ugumu wa kudhibiti mkazo wa kung'arisha na uthabiti wa mavuno.

Ingawa unene wa kaki za inchi 8 unakaribia ule wa kaki za inchi 6, zinaweza kuharibika zaidi wakati wa kuzishughulikia kutokana na mfadhaiko na kupiga vita.

Ili kupunguza mkazo unaohusiana na kukata, ukurasa wa vita, na kupasuka, ukataji wa laser unazidi kutumika. Hata hivyo:

Laser za urefu mrefu husababisha uharibifu wa joto.

Leza za urefu mfupi wa mawimbi hutoa uchafu mzito na kuimarisha safu ya uharibifu, na kuongeza ugumu wa kung'arisha.

Mtiririko wa Usafishaji wa Kimitambo wa SiC

Mchakato wa jumla ni pamoja na:

Kukata mwelekeo

Kusaga coarse

Kusaga vizuri

Usafishaji wa mitambo

Ung'arisha Mitambo Kemikali (CMP) kama hatua ya mwisho

Chaguo la mbinu ya CMP, muundo wa njia ya mchakato, na uboreshaji wa vigezo ni muhimu. Katika utengenezaji wa semicondukta, CMP ni hatua bainifu ya kutengeneza kaki za SiC zenye nyuso zenye ulaini mwingi, zisizo na kasoro na zisizo na uharibifu, ambazo ni muhimu kwa ukuaji wa ubora wa juu wa epitaxial.

(a) Ondoa ingot ya SiC kutoka kwa crucible;

(b) Fanya uundaji wa awali kwa kutumia kusaga kipenyo cha nje;

(c) Kubainisha uelekeo wa kioo kwa kutumia magorofa au noti za ulinganifu;

(d) Kata ingot kuwa kaki nyembamba ukitumia sawing ya waya nyingi;

(e) Fikia ulaini wa uso unaofanana na kioo kupitia hatua za kusaga na kung'arisha.

Baada ya kukamilisha mfululizo wa hatua za usindikaji, makali ya nje ya kaki ya SiC mara nyingi huwa mkali, ambayo huongeza hatari ya kupigwa wakati wa kushughulikia au matumizi. Ili kuepuka udhaifu huo, kusaga makali inahitajika.

Mbali na michakato ya kitamaduni ya kukata, njia ya ubunifu ya kuandaa kaki za SiC inahusisha teknolojia ya kuunganisha. Mbinu hii huwezesha uundaji wa kaki kwa kuunganisha safu nyembamba ya kioo moja ya SiC kwenye substrate isiyo ya kawaida (substrate inayounga mkono).

Kielelezo cha 3 kinaonyesha mtiririko wa mchakato:

Kwanza, safu ya delamination huundwa kwa kina maalum juu ya uso wa kioo moja ya SiC kupitia implantation ya ioni ya hidrojeni au mbinu zinazofanana. Fuwele moja ya SiC iliyochakatwa huunganishwa kwenye substrate tambarare inayounga mkono na kuwekewa shinikizo na joto. Hii inaruhusu uhamishaji uliofanikiwa na utenganisho wa safu ya fuwele moja ya SiC kwenye substrate inayounga mkono.

Safu ya SiC iliyotenganishwa hupitia matibabu ya uso ili kufikia usawaziko unaohitajika na inaweza kutumika tena katika michakato inayofuata ya kuunganisha. Ikilinganishwa na ukataji wa jadi wa fuwele za SiC, mbinu hii inapunguza mahitaji ya vifaa vya gharama kubwa. Ingawa changamoto za kiufundi zimesalia, utafiti na maendeleo yanaendelea kikamilifu ili kuwezesha uzalishaji wa kaki wa bei ya chini.

Kwa kuzingatia ugumu wa hali ya juu na uthabiti wa kemikali wa SiC—ambayo huifanya kustahimili athari kwenye halijoto ya kawaida—usafishaji wa kimitambo unahitajika ili kuondoa mashimo madogo ya kusaga, kupunguza uharibifu wa uso, kuondoa mikwaruzo, mikwaruzo na kasoro za maganda ya chungwa, ukali wa chini wa uso, kuboresha usawaziko, na kuimarisha ubora wa uso.

Ili kufikia uso uliosafishwa wa hali ya juu, ni muhimu:

Rekebisha aina za abrasive,

Punguza ukubwa wa chembe,

Kuboresha vigezo vya mchakato,

Chagua vifaa vya polishing na usafi na ugumu wa kutosha.

Mchoro wa 7 unaonyesha kuwa ung'arishaji wa pande mbili kwa kutumia abrasives 1 μm unaweza kudhibiti unene na utofauti wa unene ndani ya 10 μm, na kupunguza ukali wa uso hadi takriban nm 0.25.

3.2 Usafishaji wa Kikemikali (CMP)

Ung'arisha Kemikali kwa Mitambo (CMP) huchanganya msuko wa chembe chembe laini na mchongo wa kemikali ili kuunda uso laini na uliopangwa kwenye nyenzo inayochakatwa. Kanuni ya msingi ni:

Mmenyuko wa kemikali hutokea kati ya tope la polishing na uso wa kaki, na kutengeneza safu laini.

Msuguano kati ya chembe za abrasive na safu laini huondoa nyenzo.

Faida za CMP:

Hushinda vikwazo vya ung'arishaji wa kimitambo au kemikali,

Inafikia upangaji wa kimataifa na wa ndani,

Hutoa nyuso zenye ubapa wa juu na ukali wa chini,

Haiachi uharibifu wa uso au chini ya uso.

Kwa undani:

Kaki husogea kuhusiana na pedi ya kung'arisha chini ya shinikizo.

Abrasives za kipimo cha Nanometer (km, SiO₂) kwenye tope hushiriki katika kukata manyoya, kudhoofisha vifungo vya ushirikiano vya Si-C na kuimarisha uondoaji wa nyenzo.

Aina za Mbinu za CMP:

Ung'arishaji wa Abrasive Bila Malipo: Vipuli (km, SiO₂) vimesimamishwa kwa uchafu. Uondoaji wa nyenzo hutokea kwa abrasion ya miili mitatu (wafer-pad-abrasive). Ukubwa wa abrasive (kawaida 60-200 nm), pH, na halijoto lazima udhibitiwe kwa usahihi ili kuboresha usawa.

Ung'arisha wa Abrasive Uliotulia: Vipuli hupachikwa kwenye pedi ya kung'arisha ili kuzuia mikusanyiko—inafaa kwa usindikaji wa usahihi wa hali ya juu.

Usafishaji wa Baada ya Kusafisha:

Kaki zilizosafishwa hupitia:

Kusafisha kwa kemikali (pamoja na maji ya DI na kuondolewa kwa mabaki ya tope),

DI suuza maji, na

Kukausha kwa nitrojeni ya moto

ili kupunguza uchafuzi wa uso.

Ubora wa Uso na Utendaji

Ukwaru wa uso unaweza kupunguzwa hadi Ra <0.3 nm, kukidhi mahitaji ya semiconductor epitaxy.

Upangaji Ulimwenguni: Mchanganyiko wa kulainisha kemikali na uondoaji wa kimitambo hupunguza mikwaruzo na mchongo usiosawazisha, unaofanya kazi zaidi kuliko mbinu safi za kimitambo au kemikali.

Ufanisi wa Juu: Inafaa kwa nyenzo ngumu na brittle kama SiC, na viwango vya uondoaji wa nyenzo zaidi ya 200 nm/h.

Mbinu Zingine Zinazoibuka za Kung'arisha

Mbali na CMP, mbinu mbadala zimependekezwa, ikiwa ni pamoja na:

Kung'arisha kemikali kwa njia ya kielektroniki, kung'arisha kwa kusaidiwa na kichocheo, na

polishing ya tribochemical.

Hata hivyo, mbinu hizi bado ziko katika hatua ya utafiti na zimeendelea polepole kutokana na sifa za nyenzo zenye changamoto za SiC.

Hatimaye, uchakataji wa SiC ni mchakato wa polepole wa kupunguza kurasa zinazozunguka na ukali ili kuboresha ubora wa uso, ambapo udhibiti wa ukali na ukali ni muhimu katika kila hatua.

Teknolojia ya Usindikaji

Wakati wa hatua ya kusaga kaki, tope la almasi lenye ukubwa tofauti wa chembe hutumiwa kusaga kaki hadi usawa unaohitajika na ukali wa uso. Hii inafuatwa na kung'arisha, kwa kutumia mbinu za kiufundi na za kemikali za ung'arisha mitambo (CMP) ili kuzalisha kaki zisizo na uharibifu za silicon carbudi (SiC).

Baada ya kung'aa, kaki za SiC hukaguliwa kwa ubora kwa kutumia ala kama vile darubini za macho na diffraktomita za X-ray ili kuhakikisha vigezo vyote vya kiufundi vinakidhi viwango vinavyohitajika. Hatimaye, kaki zilizosafishwa husafishwa kwa kutumia mawakala maalum wa kusafisha na maji ya ultrapure ili kuondoa uchafu wa uso. Kisha hukaushwa kwa kutumia gesi ya nitrojeni yenye ubora wa hali ya juu na vikaushio vinavyozunguka, na kukamilisha mchakato mzima wa uzalishaji.

Baada ya juhudi za miaka mingi, maendeleo makubwa yamepatikana katika usindikaji wa fuwele wa SiC ndani ya Uchina. Ndani ya nchi, fuwele moja ya 4H-SiC ya kuhami nusu ya mm 100 imetengenezwa kwa ufanisi, na fuwele za aina ya n-4H-SiC na 6H-SiC sasa zinaweza kuzalishwa kwa makundi. Kampuni kama TankeBlue na TYST tayari zimetengeneza fuwele za SiC za mm 150.

Kwa upande wa teknolojia ya uchakataji wa kaki ya SiC, taasisi za nyumbani zimegundua awali hali ya mchakato na njia za ukataji wa fuwele, kusaga na kung'arisha. Wana uwezo wa kutoa sampuli ambazo kimsingi zinakidhi mahitaji ya utengenezaji wa kifaa. Walakini, ikilinganishwa na viwango vya kimataifa, ubora wa usindikaji wa uso wa kaki za ndani bado uko nyuma kwa kiasi kikubwa. Kuna masuala kadhaa:

Nadharia za kimataifa za SiC na teknolojia za usindikaji zinalindwa sana na hazipatikani kwa urahisi.

Kuna ukosefu wa utafiti wa kinadharia na usaidizi wa uboreshaji na uboreshaji wa mchakato.

Gharama ya kuagiza vifaa vya kigeni na vipengele ni ya juu.

Utafiti wa ndani kuhusu muundo wa vifaa, usahihi wa uchakataji na nyenzo bado unaonyesha mapungufu makubwa ikilinganishwa na viwango vya kimataifa.

Hivi sasa, vyombo vingi vya usahihi wa juu vinavyotumiwa nchini China vinaagizwa kutoka nje. Vifaa vya kupima na mbinu pia zinahitaji uboreshaji zaidi.

Pamoja na maendeleo yanayoendelea ya semiconductors za kizazi cha tatu, kipenyo cha substrates za kioo cha SiC moja kinaongezeka kwa kasi, pamoja na mahitaji ya juu ya ubora wa usindikaji wa uso. Teknolojia ya usindikaji wa kaki imekuwa mojawapo ya hatua zenye changamoto zaidi za kiufundi baada ya ukuaji wa fuwele moja ya SiC.

Ili kushughulikia changamoto zilizopo katika uchakataji, ni muhimu kujifunza zaidi mbinu zinazohusika katika kukata, kusaga, na kung'arisha, na kuchunguza mbinu na njia zinazofaa za utengenezaji wa kaki za SiC. Wakati huo huo, inahitajika kujifunza kutoka kwa teknolojia za hali ya juu za usindikaji wa kimataifa na kupitisha mbinu za hali ya juu za usahihi wa hali ya juu na vifaa vya kutengeneza substrates za hali ya juu.

Kadiri ukubwa wa kaki unavyoongezeka, ugumu wa ukuaji wa fuwele na usindikaji pia huongezeka. Hata hivyo, ufanisi wa utengenezaji wa vifaa vya chini huboresha kwa kiasi kikubwa, na gharama ya kitengo imepunguzwa. Kwa sasa, wasambazaji wakuu wa kaki wa SiC ulimwenguni kote hutoa bidhaa za kuanzia inchi 4 hadi inchi 6 kwa kipenyo. Kampuni zinazoongoza kama vile Cree na II-VI tayari zimeanza kupanga kwa ajili ya utengenezaji wa laini za inchi 8 za kutengeneza kaki za SiC.