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

Kama nyenzo ya substrate ya nusu-semiconductor ya kizazi cha tatu,kabidi ya silikoni (SiC)Fuwele moja ina matarajio mapana ya matumizi katika utengenezaji wa vifaa vya kielektroniki vyenye masafa ya juu na nguvu ya juu. Teknolojia ya usindikaji ya SiC ina jukumu muhimu katika utengenezaji wa vifaa vya substrate vya ubora wa juu. Makala haya yanawasilisha hali ya sasa ya utafiti kuhusu teknolojia za usindikaji wa SiC nchini China na nje ya nchi, ikichambua na kulinganisha mifumo ya kukata, kusaga, na kung'arisha, pamoja na mitindo ya ulalo wa wafer na ukali wa uso. Pia inaangazia changamoto zilizopo katika usindikaji wa wafer wa SiC na kujadili mwelekeo wa maendeleo ya siku zijazo.

Kabidi ya silikoni (SiC)Wafers ni nyenzo muhimu za msingi kwa vifaa vya semiconductor vya kizazi cha tatu na vina umuhimu mkubwa na uwezo wa soko katika nyanja kama vile vifaa vya elektroniki vidogo, vifaa vya elektroniki vya umeme, na taa za semiconductor. Kutokana na ugumu mkubwa sana na uthabiti wa kemikali waFuwele moja za SiC, mbinu za kitamaduni za usindikaji wa nusu-semiconductor hazifai kabisa kwa ajili ya uchakataji wao. Ingawa makampuni mengi ya kimataifa yamefanya utafiti wa kina kuhusu usindikaji unaohitaji kitaalamu wa fuwele moja za SiC, teknolojia husika huhifadhiwa kwa siri kabisa.

Katika miaka ya hivi karibuni, China imeongeza juhudi katika ukuzaji wa vifaa na vifaa vya fuwele moja vya SiC. Hata hivyo, maendeleo ya teknolojia ya vifaa vya SiC nchini kwa sasa yanazuiliwa na mapungufu katika teknolojia za usindikaji na ubora wa wafer. Kwa hivyo, ni muhimu kwa China kuboresha uwezo wa usindikaji wa SiC ili kuongeza ubora wa substrates za fuwele moja za SiC na kufikia matumizi yao ya vitendo na uzalishaji wa wingi.

Hatua kuu za usindikaji ni pamoja na: kukata → kusaga kwa ukali → kusaga vizuri → kung'arisha vibaya (kung'arisha kwa mitambo) → kung'arisha vizuri (kung'arisha kwa kemikali, CMP) → ukaguzi.

Kukata Fuwele Moja za SiC

Katika usindikaji waFuwele moja za SiC, kukata ni hatua ya kwanza na muhimu sana. Upinde wa wafer, mkunjo, na tofauti ya unene wa jumla (TTV) inayotokana na mchakato wa kukata huamua ubora na ufanisi wa shughuli za kusaga na kung'arisha zinazofuata.

Vifaa vya kukata vinaweza kugawanywa kulingana na 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 kulingana na aina yake ya mwendo katika mifumo ya waya inayorudiana na inayozunguka (isiyo na mwisho). Kulingana na utaratibu wa kukata wa mbinu za kukata msumeno wa waya, mbinu za kukata msumeno wa waya zinaweza kugawanywa katika aina mbili: kukata waya bila mkunjo na kukata waya wa almasi bila mkunjo.

1.1 Mbinu za Kukata za Jadi

Kina cha kukata cha misumeno ya kipenyo cha nje (OD) kinazuiliwa na kipenyo cha blade. Wakati wa mchakato wa kukata, blade huwa na mtetemo na kupotoka, na kusababisha viwango vya juu vya kelele na ugumu duni. Misumeno ya kipenyo cha ndani (ID) hutumia visu vya almasi kwenye mduara wa ndani wa blade kama ukingo wa kukata. Blade hizi zinaweza kuwa nyembamba kama 0.2 mm. Wakati wa kukata, blade ya ID huzunguka kwa kasi ya juu huku nyenzo zinazokatwa zikisogea kwa radially kuhusiana na katikati ya blade, na kufikia kukata kupitia mwendo huu wa jamaa.

Misumeno ya bendi ya almasi inahitaji kusimama na kugeuzwa mara kwa mara, na kasi ya kukata ni ndogo sana—kwa kawaida haizidi mita 2/s. Pia inakabiliwa na uchakavu mkubwa wa mitambo na gharama kubwa za matengenezo. Kutokana na upana wa blade ya msumeno, kipenyo cha kukata hakiwezi kuwa kidogo sana, na kukata vipande vingi hakuwezekani. Vifaa hivi vya jadi vya kukata vinazuiwa na ugumu wa msingi na haviwezi kufanya mikato iliyopinda au kuwa na radii iliyozuiliwa ya kugeuza. Vina uwezo wa kukata moja kwa moja tu, kutoa kerf pana, kuwa na kiwango cha chini cha mavuno, na hivyo havifai kukata.Fuwele za SiC.

1.2 Kukata kwa Waya wa Abrasive Bure kwa Kutumia Waya Nyingi

Mbinu ya kukata msumeno wa waya wa bure hutumia mwendo wa haraka wa waya ili kubeba tope kwenye kerf, na kuwezesha kuondolewa kwa nyenzo. Kimsingi hutumia muundo unaorudiana na kwa sasa ni njia iliyokomaa na inayotumika sana kwa ukataji mzuri wa silikoni ya fuwele moja kwa kutumia wafer nyingi. Hata hivyo, matumizi yake katika ukataji wa SiC hayajasomwa sana.

Misumeno ya waya ya kukwaruza isiyo na waya inaweza kusindika wafers zenye unene chini ya 300 μm. Hutoa hasara ndogo ya kerf, mara chache husababisha chips, na husababisha ubora mzuri wa uso. Hata hivyo, kutokana na utaratibu wa kuondoa nyenzo—kulingana na kuviringisha na kupenya kwa abrasives—uso wa wafer huwa na msongo mkubwa wa mabaki, nyufa ndogo, na tabaka za uharibifu mkubwa zaidi. Hii husababisha kupotoka kwa wafers, inafanya iwe vigumu kudhibiti usahihi wa wasifu wa uso, na huongeza mzigo kwenye hatua zinazofuata za usindikaji.

Utendaji wa kukata huathiriwa sana na tope; ni muhimu kudumisha ukali wa tope na mkusanyiko wa tope. Matibabu na kuchakata tope ni ghali. Wakati wa kukata ingots kubwa, tope huwa na ugumu wa kupenya kerf za kina na ndefu. Chini ya ukubwa sawa wa chembe za abrasive, hasara ya kerf ni kubwa kuliko ile ya misumeno ya waya isiyo na abrasive.

1.3 Msumeno wa Waya wa Almasi Uliosawazishwa wa Kukata kwa Waya Nyingi

Misumeno ya waya ya almasi isiyo na mkunjo kwa kawaida hutengenezwa kwa kupachika chembe za almasi kwenye sehemu ya chini ya waya ya chuma kupitia njia za kuchomeka kwa umeme, kuchuja, au kuunganisha resini. Misumeno ya waya ya almasi iliyochomekwa kwa umeme hutoa faida kama vile kerf nyembamba, ubora bora wa vipande, ufanisi wa juu, uchafuzi mdogo, na uwezo wa kukata vifaa vyenye ugumu mwingi.

Msumeno wa waya wa almasi unaozungushwa kwa umeme kwa sasa ndiyo njia inayotumika sana kwa kukata SiC. Mchoro 1 (haujaonyeshwa hapa) unaonyesha ulalo wa uso wa wafers za SiC zilizokatwa kwa kutumia mbinu hii. Kadri kukata kunavyoendelea, wafer warp huongezeka. Hii ni kwa sababu eneo la mguso kati ya waya na nyenzo huongezeka kadri waya unavyoshuka chini, na kuongeza upinzani na mtetemo wa waya. Wakati waya unafikia kipenyo cha juu cha wafer, mtetemo huwa katika kilele chake, na kusababisha warp warp warp warp warp warp.

Katika hatua za baadaye za kukata, kutokana na waya kuzidisha kasi, mwendo thabiti wa kasi, kupungua kwa kasi, kusimama, na kugeuzwa, pamoja na ugumu wa kuondoa uchafu kwa kutumia kipoezaji, ubora wa uso wa wafer hupungua. Kugeuzwa kwa waya na kushuka kwa kasi, pamoja na chembe kubwa za almasi kwenye waya, ndizo sababu kuu za mikwaruzo ya uso.

1.4 Teknolojia ya Kutenganisha Baridi

Utenganishaji baridi wa fuwele moja za SiC ni mchakato bunifu katika uwanja wa usindikaji wa nyenzo za nusu-semiconductor za kizazi cha tatu. Katika miaka ya hivi karibuni, umevutia umakini mkubwa kutokana na faida zake muhimu katika kuboresha mavuno na kupunguza upotevu wa nyenzo. Teknolojia hii inaweza kuchanganuliwa kutoka vipengele vitatu: kanuni ya kazi, mtiririko wa mchakato, na faida kuu.

Uamuzi wa Mwelekeo wa Fuwele na Kusaga kwa Kipenyo cha Nje: Kabla ya kusindika, mwelekeo wa fuwele wa ingot ya SiC lazima ubainishwe. Kisha ingot huumbwa katika muundo wa silinda (ambao kwa kawaida huitwa puck ya SiC) kupitia kusaga kwa kipenyo cha nje. Hatua hii huweka msingi wa kukata na kukata kwa mwelekeo unaofuata.

Kukata kwa Waya Nyingi: Njia hii hutumia chembe za kukwaruza pamoja na waya za kukata ili kukata ingot ya silinda. Hata hivyo, inakabiliwa na upotevu mkubwa wa kerf na masuala ya kutofautiana kwa uso.

Teknolojia ya Kukata kwa Leza: Leza hutumika kuunda safu iliyorekebishwa ndani ya fuwele, ambayo vipande vyembamba vinaweza kutenganishwa. Mbinu hii hupunguza upotevu wa nyenzo na huongeza ufanisi wa usindikaji, na kuifanya kuwa mwelekeo mpya unaoahidi wa kukata kwa kaki ya SiC.

Uboreshaji wa Mchakato wa Kukata

Kukata kwa Waya Nyingi kwa Abrasive Kudumu: Hii kwa sasa ndiyo teknolojia kuu, inayofaa sifa za ugumu wa juu wa SiC.

Mashine ya Kutokwa kwa Umeme (EDM) na Teknolojia ya Kutenganisha Baridi: Mbinu hizi hutoa suluhisho mbalimbali zinazolingana na mahitaji maalum.

Mchakato wa Kung'arisha: Ni muhimu kusawazisha kiwango cha uondoaji wa nyenzo na uharibifu wa uso. Kung'arisha kwa Kikemikali (CMP) hutumika kuboresha usawa wa uso.

Ufuatiliaji wa Wakati Halisi: Teknolojia za ukaguzi mtandaoni zinaanzishwa ili kufuatilia ukali wa uso kwa wakati halisi.

Kukata kwa Leza: Mbinu hii hupunguza upotevu wa kerf na kufupisha mizunguko ya usindikaji, ingawa eneo lililoathiriwa na joto bado ni changamoto.

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

Teknolojia hii tayari imefikia matumizi ya viwandani. Kwa mfano, Infineon ilipata SILTECTRA na sasa ina hati miliki kuu zinazounga mkono uzalishaji mkubwa wa wafers za inchi 8. Nchini China, makampuni kama Delong Laser yamepata ufanisi wa uzalishaji wa wafers 30 kwa kila ingot kwa usindikaji wa wafers wa inchi 6, ikiwakilisha uboreshaji wa 40% ikilinganishwa na njia za jadi.

Kadri utengenezaji wa vifaa vya ndani unavyozidi kuharakisha, teknolojia hii inatarajiwa kuwa suluhisho kuu la usindikaji wa substrate ya SiC. Kwa kipenyo kinachoongezeka cha vifaa vya nusu-semiconductor, mbinu za kukata za kitamaduni zimepitwa na wakati. Miongoni mwa chaguzi za sasa, teknolojia ya msumeno wa waya wa almasi inayorudishwa inaonyesha matarajio ya matumizi yenye matumaini zaidi. Kukata kwa leza, kama mbinu inayoibuka, hutoa faida kubwa na inatarajiwa kuwa njia kuu ya kukata katika siku zijazo.

2,Kusaga Fuwele Moja ya SiC

Kama mwakilishi wa semiconductors za kizazi cha tatu, silicon carbide (SiC) hutoa faida kubwa kutokana na pengo lake kubwa la bendi, uwanja wa umeme uliovunjika sana, kasi kubwa ya kuteleza kwa elektroni, na upitishaji bora wa joto. Sifa hizi hufanya SiC iwe na faida haswa katika matumizi ya volteji nyingi (km, 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 msumeno wa uso na tabaka za uharibifu zinazosababishwa wakati wa kukata, na kurekebisha umbo linalosababishwa na mchakato wa kukata. Kwa kuzingatia ugumu wa juu sana wa SiC, kusaga kunahitaji matumizi ya visu vikali kama vile boroni kabidi au almasi. Kusaga kwa kawaida kwa kawaida hugawanywa katika kusaga kwa ukali na kusaga kwa upole.

2.1 Kusaga Kubwa na Kung'oa Sana

Kusaga kunaweza kugawanywa kulingana na ukubwa wa chembe za abrasive:

Kusaga kwa Ukali: Hutumia visu vikubwa zaidi vya kusugua ili kuondoa alama za msumeno na tabaka za uharibifu zinazosababishwa wakati wa kukata, na hivyo kuboresha ufanisi wa usindikaji.

Kusaga Nzuri: Hutumia visu vya kufyonza vidogo zaidi ili kuondoa safu ya uharibifu inayoachwa na kusaga kwa ukali, kupunguza ukali wa uso, na kuongeza ubora wa uso.

Watengenezaji wengi wa substrate ya SiC ya ndani hutumia michakato mikubwa ya uzalishaji. Njia ya kawaida inahusisha kusaga pande mbili kwa kutumia bamba la chuma cha kutupwa na tope la almasi la monocrystalline. Mchakato huu huondoa kwa ufanisi safu ya uharibifu iliyoachwa na kukata waya, hurekebisha umbo la wafer, na hupunguza TTV (Total Unene Tofauti), Upinde, na Mkunjo. Kiwango cha kuondoa nyenzo ni thabiti, kwa kawaida hufikia 0.8–1.2 μm/dakika. Hata hivyo, uso wa wafer unaotokana hauna rangi na ukali wa juu kiasi—kawaida karibu na nm 50—ambayo huweka mahitaji ya juu kwa hatua zinazofuata za kung'arisha.

2.2 Kusaga kwa Upande Mmoja

Kusaga kwa upande mmoja husindika upande mmoja tu wa kaki kwa wakati mmoja. Wakati wa mchakato huu, kaki huwekwa kwenye bamba la chuma kwa nta. Chini ya shinikizo linalotumika, sehemu ya chini hupitia mabadiliko madogo, na uso wa juu husawazishwa. Baada ya kusaga, uso wa chini husawazishwa. Shinikizo linapoondolewa, uso wa juu huelekea kurudi katika umbo lake la asili, ambalo pia huathiri uso wa chini ambao tayari umesagwa—na kusababisha pande zote mbili kupindika na kuharibika kwa umbo tambarare.

Zaidi ya hayo, sahani ya kusaga inaweza kuwa na mkunjo ndani ya muda mfupi, na kusababisha wafer kuwa na mkunjo. Ili kudumisha ulalo wa sahani, inahitajika kusaga mara kwa mara. Kwa sababu ya ufanisi mdogo na ulalo duni wa wafer, kusaga kwa upande mmoja hakufai kwa uzalishaji wa wingi.

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

2.3 Teknolojia ya Kupunguza Unene kwa Upande Mmoja

Teknolojia ya Kupunguza Upande Mmoja ya Almasi ni njia mpya ya kusaga upande mmoja. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 5 (haijaonyeshwa hapa), mchakato huu hutumia bamba la kusaga lililounganishwa na almasi. Wafer huwekwa kwa njia ya kufyonza kwa utupu, huku wafer na gurudumu la kusaga la almasi vikizunguka kwa wakati mmoja. Gurudumu la kusaga hushuka polepole ili kupunguza wafer hadi unene unaolengwa. Baada ya upande mmoja kukamilika, wafer hugeuzwa ili kusindika upande mwingine.

Baada ya kukonda, kaki ya milimita 100 inaweza kufikia:

Upinde < 5 μm

TTV < 2 μm

Ukali wa uso < 1 nm

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

2.4 Kusaga kwa Pande Mbili

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

Wakati wa mchakato, sahani za kusaga kwanza hutumia shinikizo kwenye sehemu za juu zaidi za kipini, na kusababisha ubadilikaji na kuondolewa kwa nyenzo taratibu katika sehemu hizo. Madoa ya juu yanaposawazishwa, shinikizo kwenye sehemu ya chini polepole huwa sawa, na kusababisha ubadilikaji thabiti kwenye uso mzima. Hii inaruhusu sehemu za juu na za chini kusagwa sawasawa. Mara tu kusaga kukamilika na shinikizo kutolewa, kila sehemu ya sehemu ya chini hupona sawasawa kutokana na shinikizo sawa lililopatikana. Hii husababisha kupindika kidogo na ulalo mzuri.

Ukali wa uso wa kaki baada ya kusaga hutegemea ukubwa wa chembe inayoweza kukwaruzwa—chembe ndogo hutoa nyuso laini zaidi. Unapotumia vikwaruzo vya 5 μm kwa kusaga pande mbili, ulalo wa kaki na tofauti ya unene zinaweza kudhibitiwa ndani ya 5 μm. Vipimo vya Hadubini ya Nguvu ya Atomiki (AFM) vinaonyesha ukali wa uso (Rq) wa takriban 100 nm, huku mashimo ya kusaga yakikiwa na kina cha hadi 380 nm na alama za mstari zinazoonekana zinazosababishwa na kitendo cha kukwaruzwa.

Mbinu ya hali ya juu zaidi inahusisha kusaga pande mbili kwa kutumia pedi za povu za polyurethane pamoja na tope la almasi la polycrystalline. Mchakato huu hutoa wafers zenye ukali mdogo sana wa uso, na kufikia Ra < 3 nm, ambayo ina faida kubwa kwa ung'arishaji unaofuata wa substrates za SiC.

Hata hivyo, kukwaruza uso bado ni suala lisilotatuliwa. Zaidi ya hayo, almasi ya polifuli inayotumika katika mchakato huu huzalishwa kupitia usanisi wa kulipuka, ambao ni changamoto kitaalamu, hutoa kiasi kidogo, na ni ghali sana.

Ung'arishaji wa Fuwele Moja za SiC

Ili kupata uso uliosuguliwa wa ubora wa juu kwenye kaferi za silikoni (SiC), kusuguliwa lazima kuondoa kabisa mashimo ya kusaga na miinuko ya uso yenye kipimo cha nanomita. Lengo ni kutoa uso laini, usio na kasoro bila uchafuzi au uharibifu, uharibifu wa chini ya uso, na msongo wa mabaki ya uso.

3.1 Usafishaji wa Mitambo na CMP ya Wafers za SiC

Baada ya ukuaji wa ingot ya fuwele moja ya SiC, kasoro za uso huizuia kutumika moja kwa moja kwa ukuaji wa epitaxial. Kwa hivyo, usindikaji zaidi unahitajika. Ingot kwanza huumbwa katika umbo la kawaida la silinda kupitia kuzungusha, kisha hukatwa vipande vipande kwa kutumia kukata waya, ikifuatiwa na uthibitishaji wa mwelekeo wa fuwele. Kung'arisha ni hatua muhimu katika kuboresha ubora wa wafer, kushughulikia uharibifu unaoweza kutokea wa uso unaosababishwa na kasoro za ukuaji wa fuwele na hatua za usindikaji wa awali.

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

Kung'arisha kwa mitambo: Rahisi lakini huacha mikwaruzo; inafaa kwa kung'arisha kwa awali.

Kung'arisha Kikemikali (CMP): Huondoa mikwaruzo kupitia ung'aaji wa kemikali; inafaa kwa kung'arisha kwa usahihi.

Kuchoma hidrojeni: Inahitaji vifaa tata, vinavyotumika sana katika michakato ya HTCVD.

Kung'arisha kwa kutumia plazma: Ni ngumu na haitumiki sana.

Kung'arisha kwa mitambo pekee huwa husababisha mikwaruzo, huku kung'arisha kwa kemikali pekee kunaweza kusababisha kung'arisha kutofautiana. CMP inachanganya faida zote mbili na inatoa suluhisho bora na la gharama nafuu.

Kanuni ya Utendaji ya CMP

CMP hufanya kazi kwa kuzungusha wafer chini ya shinikizo lililowekwa dhidi ya pedi ya kung'arisha inayozunguka. Mwendo huu wa jamaa, pamoja na msuguano wa kiufundi kutoka kwa vinyago vya ukubwa wa nano kwenye tope na hatua ya kemikali ya mawakala tendaji, hufanikisha upangaji wa uso.

Nyenzo muhimu zilizotumika:

Tope la kung'arisha: Lina viambato vya kufyonza na vitendanishi vya kemikali.

Pedi ya kung'arisha: Huchakaa wakati wa matumizi, na hivyo kupunguza ukubwa wa vinyweleo na ufanisi wa utoaji wa tope. Kuweka nguo mara kwa mara, kwa kawaida kwa kutumia droo ya almasi, inahitajika ili kurejesha ukali.

Mchakato wa Kawaida wa CMP

Inakera: tope la almasi la 0.5 μm

Ukali wa uso lengwa: ~0.7 nm

Usafishaji wa Mitambo ya Kemikali:

Vifaa vya kung'arisha: AP-810 polisher ya upande mmoja

Shinikizo: 200 g/cm²

Kasi ya sahani: 50 rpm

Kasi ya kishikilia kauri: 38 rpm

Muundo wa tope:

SiO₂ (30 wt%, pH = 10.15)

0–70% H₂O₂ (30%, kiwango cha kitendanishi)

Rekebisha pH hadi 8.5 kwa kutumia 5 wt% KOH na 1 wt% HNO₃

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

Mchakato huu unaboresha kwa ufanisi ubora wa wafer wa SiC na unakidhi mahitaji ya michakato ya baadaye.

Changamoto za Kiufundi katika Usafishaji wa Mitambo

SiC, kama semiconductor pana ya bendi, ina jukumu muhimu katika tasnia ya vifaa vya elektroniki. Kwa sifa bora za kimwili na kemikali, fuwele moja za SiC zinafaa kwa mazingira magumu, kama vile halijoto ya juu, masafa ya juu, nguvu ya juu, na upinzani wa mionzi. Hata hivyo, asili yake ngumu na dhaifu hutoa changamoto kubwa kwa kusaga na kung'arisha.

Wakiwa watengenezaji wanaoongoza duniani kote wanaobadilika kutoka kwa wafer za inchi 6 hadi inchi 8, masuala kama vile kupasuka na uharibifu wa wafer wakati wa usindikaji yamekuwa maarufu zaidi, na kuathiri pakubwa mavuno. Kushughulikia changamoto za kiufundi za substrates za SiC za inchi 8 sasa ni kipimo muhimu cha maendeleo ya sekta hiyo.

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

Kuongeza ukubwa wa kafu ni muhimu ili kuongeza uzalishaji wa chip kwa kila kundi, kupunguza hasara ya ukingo, na kupunguza gharama za uzalishaji—hasa kutokana na ongezeko la mahitaji katika matumizi ya magari ya umeme.

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

Wafers kubwa hupata mgawanyo tata zaidi wa shinikizo, na kuongeza ugumu wa kudhibiti msongo wa kung'arisha na uthabiti wa mavuno.

Ingawa unene wa wafers za inchi 8 unakaribia ule wa wafers za inchi 6, huwa na uharibifu zaidi wakati wa kushughulikia kutokana na msongo na kupindika.

Ili kupunguza msongo wa mawazo unaohusiana na kukata, upotoshaji, na ufa, kukata kwa leza kunazidi kutumika. Hata hivyo:

Leza zenye urefu wa mawimbi marefu husababisha uharibifu wa joto.

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

Mtiririko wa Kazi wa Kusafisha Mitambo kwa SiC

Mtiririko wa jumla wa mchakato unajumuisha:

Kukata mwelekeo

Kusaga vibaya

Kusaga vizuri

Kung'arisha mitambo

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

Uchaguzi wa mbinu ya CMP, muundo wa njia ya mchakato, na uboreshaji wa vigezo ni muhimu. Katika utengenezaji wa nusu-semiconductor, CMP ni hatua muhimu ya kutengeneza wafer za SiC zenye nyuso laini sana, zisizo na kasoro, na zisizo na uharibifu, ambazo ni muhimu kwa ukuaji wa epitaxial wa ubora wa juu.

(a) Ondoa ingot ya SiC kutoka kwenye kinu cha kusulubishia;

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

(c) Tambua mwelekeo wa fuwele kwa kutumia tambarare au notches za mpangilio;

(d) Kata ingot katika vipande vyembamba vya wafer kwa kutumia msumeno wa waya nyingi;

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

Baada ya kukamilisha mfululizo wa hatua za usindikaji, ukingo wa nje wa wafer ya SiC mara nyingi huwa mkali, jambo ambalo huongeza hatari ya kukatwa wakati wa kushughulikia au kutumia. Ili kuepuka udhaifu huo, kusaga ukingo kunahitajika.

Mbali na michakato ya kitamaduni ya kukata, mbinu bunifu ya kuandaa wafer za SiC inahusisha teknolojia ya kuunganisha. Mbinu hii inawezesha utengenezaji wa wafer kwa kuunganisha safu nyembamba ya fuwele moja ya SiC kwenye substrate isiyo ya kawaida (substrate inayounga mkono).

Mchoro 3 unaonyesha mtiririko wa mchakato:

Kwanza, safu ya delamination huundwa kwa kina maalum juu ya uso wa fuwele moja ya SiC kupitia upandikizaji wa ioni za hidrojeni au mbinu kama hizo. Fuwele moja ya SiC iliyosindikwa kisha huunganishwa kwenye substrate tambarare inayounga mkono na kukabiliwa na shinikizo na joto. Hii inaruhusu uhamisho na utenganisho wa mafanikio wa safu moja ya fuwele ya SiC kwenye substrate inayounga mkono.

Safu ya SiC iliyotengwa hupitia matibabu ya uso ili kufikia ulalo unaohitajika na inaweza kutumika tena katika michakato inayofuata ya kuunganisha. Ikilinganishwa na ukata wa kawaida wa fuwele za SiC, mbinu hii hupunguza mahitaji ya vifaa vya gharama kubwa. Ingawa changamoto za kiufundi zinabaki, utafiti na maendeleo yanaendelea kikamilifu ili kuwezesha uzalishaji wa wafer wa gharama nafuu.

Kwa kuzingatia ugumu wa juu na uthabiti wa kemikali wa SiC—ambayo huifanya iwe sugu kwa athari kwenye halijoto ya kawaida—ung'arishaji wa mitambo unahitajika ili kuondoa mashimo madogo ya kusaga, kupunguza uharibifu wa uso, kuondoa mikwaruzo, mashimo, na kasoro za maganda ya chungwa, kupunguza ukali wa uso, kuboresha ulalo, na kuongeza ubora wa uso.

Ili kupata uso uliosuguliwa kwa ubora wa juu, ni muhimu:

Rekebisha aina za abrasive,

Punguza ukubwa wa chembe,

Boresha vigezo vya mchakato,

Chagua vifaa vya kung'arisha na pedi zenye ugumu wa kutosha.

Mchoro 7 unaonyesha kwamba kung'arisha pande mbili kwa kutumia visu vya abrasives vya 1 μm kunaweza kudhibiti ulalo na tofauti za unene ndani ya 10 μm, na kupunguza ukali wa uso hadi takriban 0.25 nanomita.

3.2 Ung'arishaji wa Kikemikali wa Kemikali (CMP)

Usafishaji wa Kikemikali wa Kemikali (CMP) unachanganya mkwaruzo wa chembe laini sana na uchongaji wa kemikali ili kuunda uso laini, uliopangwa kwenye nyenzo zinazosindikwa. Kanuni ya msingi ni:

Mmenyuko wa kemikali hutokea kati ya tope la kung'arisha na uso wa wafer, na kutengeneza safu laini.

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

Faida za CMP:

Hushinda mapungufu ya kung'arisha kwa mitambo au kemikali pekee,

Inafanikisha upangaji wa kimataifa na wa ndani,

Huzalisha nyuso zenye umbo la juu na ukali mdogo,

Haiachi uharibifu wowote wa uso au chini ya ardhi.

Kwa undani:

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

Vikwazo vya ukubwa wa nanomita (km, SiO₂) kwenye tope hushiriki katika kukata, kudhoofisha vifungo vya Si–C na kuongeza uondoaji wa nyenzo.

Aina za Mbinu za CMP:

Kung'arisha kwa Bure: Vikwazo (km, SiO₂) huning'inizwa kwenye tope. Kuondolewa kwa nyenzo hutokea kupitia mkwaruzo wa miili mitatu (wafer–pad–abrasive). Ukubwa wa mkwaruzo (kawaida 60–200 nm), pH, na halijoto lazima vidhibitiwe kwa usahihi ili kuboresha usawa.

Kung'arisha Kudumu: Vikwazo hupachikwa kwenye pedi ya kung'arisha ili kuzuia msongamano—bora kwa usindikaji wa usahihi wa hali ya juu.

Usafi Baada ya Kung'arisha:

Wafers zilizosuguliwa hupitia:

Usafi wa kemikali (ikiwa ni pamoja na maji ya DI na kuondoa mabaki ya tope),

Kusuuza kwa maji ya DI, na

Kukausha kwa nitrojeni kwa moto

ili kupunguza uchafuzi wa uso.

Ubora wa Uso na Utendaji

Ukali wa uso unaweza kupunguzwa hadi Ra < 0.3 nm, na kukidhi mahitaji ya epitaksi ya nusu-semiconductor.

Upangaji wa Kimataifa: Mchanganyiko wa ulainishaji wa kemikali na kuondolewa kwa mitambo hupunguza mikwaruzo na uchomaji usio sawa, na kufanya kazi vizuri zaidi kuliko mbinu safi za kiufundi au kemikali.

Ufanisi wa Juu: Inafaa kwa vifaa vigumu na vinavyoweza kuvunjika kama vile SiC, huku viwango vya uondoaji wa vifaa vikizidi 200 nm/h.

Mbinu Nyingine Zinazoibuka za Kung'arisha

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

Kung'arisha kwa kielektroniki, Kung'arisha au kung'oa kwa usaidizi wa kichocheo, na

Kung'arisha kwa kemikali tatu.

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

Hatimaye, usindikaji wa SiC ni mchakato wa taratibu wa kupunguza umbo la mkunjo na ukali ili kuboresha ubora wa uso, ambapo ulalo na udhibiti wa ukali ni muhimu katika kila hatua.

Teknolojia ya Usindikaji

Wakati wa hatua ya kusaga wafer, tope la almasi lenye ukubwa tofauti wa chembe hutumika kusaga wafer hadi ulalo unaohitajika na ukali wa uso. Hii inafuatwa na kung'arisha, kwa kutumia mbinu za kung'arisha mitambo na kemikali (CMP) ili kutengeneza wafer za silicon carbide iliyosuguliwa (SiC) zisizo na uharibifu.

Baada ya kung'arishwa, wafer za SiC hufanyiwa ukaguzi mkali wa ubora kwa kutumia vifaa kama vile darubini za macho na vipimo vya X-ray ili kuhakikisha vigezo vyote vya kiufundi vinakidhi viwango vinavyohitajika. Hatimaye, wafer zilizong'arishwa husafishwa kwa kutumia vifaa maalum vya kusafisha na maji safi sana ili kuondoa uchafu wa uso. Kisha hukaushwa kwa kutumia gesi ya nitrojeni safi sana na vifaa vya kukaushia spin, na kukamilisha mchakato mzima wa uzalishaji.

Baada ya miaka mingi ya juhudi, maendeleo makubwa yamefanywa katika usindikaji wa fuwele moja ya SiC ndani ya Uchina. Ndani ya nchi, fuwele moja ya 4H-SiC yenye uhamishaji nusu ya mm 100 imetengenezwa kwa mafanikio, na fuwele moja ya 4H-SiC na 6H-SiC ya aina ya n sasa zinaweza kuzalishwa kwa makundi. Makampuni kama TankeBlue na TYST tayari yametengeneza fuwele moja ya SiC ya mm 150.

Kwa upande wa teknolojia ya usindikaji wa kaki ya SiC, taasisi za ndani zimechunguza awali hali ya mchakato na njia za kukata, kusaga, na kung'arisha fuwele. Zina uwezo wa kutoa sampuli ambazo kimsingi zinakidhi mahitaji ya utengenezaji wa kifaa. Hata hivyo, ikilinganishwa na viwango vya kimataifa, ubora wa usindikaji wa uso wa kaki za ndani bado uko nyuma sana. 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 michakato.

Gharama ya kuagiza vifaa na vipengele vya kigeni ni kubwa.

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

Hivi sasa, vifaa vingi vya usahihi wa hali ya juu vinavyotumika nchini China vinaagizwa kutoka nje. Vifaa na mbinu za upimaji pia zinahitaji uboreshaji zaidi.

Kwa kuendelea kwa maendeleo ya semiconductors za kizazi cha tatu, kipenyo cha substrates za fuwele moja za SiC kinaongezeka kwa kasi, pamoja na mahitaji ya juu ya ubora wa usindikaji wa uso. Teknolojia ya usindikaji wa wafer imekuwa moja ya hatua zenye changamoto zaidi za kitaalamu baada ya ukuaji wa fuwele moja za SiC.

Ili kushughulikia changamoto zilizopo katika usindikaji, ni muhimu kusoma zaidi mifumo inayohusika katika kukata, kusaga, na kung'arisha, na kuchunguza mbinu na njia zinazofaa za mchakato wa utengenezaji wa wafer wa SiC. Wakati huo huo, ni muhimu kujifunza kutoka kwa teknolojia za usindikaji za hali ya juu za kimataifa na kutumia mbinu na vifaa vya kisasa vya usindikaji wa usahihi wa hali ya juu ili kutoa substrates zenye ubora wa juu.

Kadri ukubwa wa wafer unavyoongezeka, ugumu wa ukuaji na usindikaji wa fuwele pia huongezeka. Hata hivyo, ufanisi wa utengenezaji wa vifaa vya chini huboreka sana, na gharama ya kitengo hupunguzwa. Kwa sasa, wasambazaji wakuu wa wafer wa SiC duniani kote hutoa bidhaa zenye kipenyo cha kuanzia inchi 4 hadi inchi 6. Kampuni zinazoongoza kama vile Cree na II-VI tayari zimeanza kupanga maendeleo ya mistari ya uzalishaji wa wafer wa SiC wa inchi 8.