Актуално състояние и тенденции в технологията за обработка на SiC пластини

Като полупроводников субстратен материал от трето поколение,силициев карбид (SiC)Монокристалът има широки перспективи за приложение в производството на високочестотни и мощни електронни устройства. Технологията на обработка на SiC играе решаваща роля в производството на висококачествени материали за подложки. Тази статия представя текущото състояние на изследванията върху технологиите за обработка на SiC както в Китай, така и в чужбина, анализирайки и сравнявайки механизмите на процесите на рязане, шлифоване и полиране, както и тенденциите в плоскостта на пластините и грапавостта на повърхността. Също така се посочват съществуващите предизвикателства при обработката на SiC пластини и се обсъждат бъдещите насоки за развитие.

Силициев карбид (SiC)Пластините са критични основни материали за полупроводникови устройства от трето поколение и притежават значително значение и пазарен потенциал в области като микроелектроника, силова електроника и полупроводниково осветление. Поради изключително високата твърдост и химическа стабилност наМонокристали на SiCТрадиционните методи за обработка на полупроводници не са напълно подходящи за тяхната механична обработка. Въпреки че много международни компании са провели обширни изследвания върху технически взискателната обработка на монокристали SiC, съответните технологии се пазят в строга конфиденциалност.

През последните години Китай увеличи усилията си в разработването на монокристални материали и устройства от SiC. Въпреки това, развитието на технологията за SiC устройства в страната в момента е ограничено от ограниченията в технологиите за обработка и качеството на пластините. Следователно е от съществено значение Китай да подобри възможностите си за обработка на SiC, за да подобри качеството на монокристалните SiC подложки и да постигне тяхното практическо приложение и масово производство.

Основните стъпки на обработка включват: рязане → грубо шлайфане → фино шлайфане → грубо полиране (механично полиране) → фино полиране (химико-механично полиране, CMP) → проверка.

Рязане на монокристали SiC

При обработката наМонокристали на SiC, рязането е първата и изключително важна стъпка. Извивката, деформацията и общата вариация на дебелината (TTV) на пластината, получени в резултат на процеса на рязане, определят качеството и ефективността на последващите операции по шлифоване и полиране.

Режещите инструменти могат да бъдат категоризирани по форма в диамантени триони с вътрешен диаметър (ID), триони с външен диаметър (OD), лентови триони и въжени триони. Въжените триони, от своя страна, могат да бъдат класифицирани по вид движение в реципрочни и системи с примка (безкрайна) тел. Въз основа на механизма на рязане на абразива, техниките за рязане с въжена тел могат да бъдат разделени на два вида: рязане със свободно абразивно въже и рязане с диамантено въже с фиксирано абразивно въже.

1.1 Традиционни методи на рязане

Дълбочината на рязане при триони с външен диаметър (OD) е ограничена от диаметъра на острието. По време на процеса на рязане острието е склонно към вибрации и отклонения, което води до високи нива на шум и ниска твърдост. Трионите с вътрешен диаметър (ID) използват диамантени абразиви по вътрешната обиколка на острието като режещ ръб. Тези остриета могат да бъдат тънки до 0,2 мм. По време на рязане острието с вътрешен диаметър се върти с висока скорост, докато материалът, който ще се реже, се движи радиално спрямо центъра на острието, постигайки рязане чрез това относително движение.

Диамантените лентови триони изискват чести спирания и обръщания, а скоростта на рязане е много ниска – обикновено не надвишава 2 м/с. Те също така страдат от значително механично износване и високи разходи за поддръжка. Поради ширината на режещия диск, радиусът на рязане не може да бъде твърде малък и многослойното рязане не е възможно. Тези традиционни инструменти за рязане са ограничени от твърдостта на основата и не могат да правят криволинейни разрези или имат ограничени радиуси на завиване. Те са способни само на прави разрези, произвеждат широки прорези, имат нисък процент на добив и следователно са неподходящи за рязане.SiC кристали.

1.2 Безплатна абразивна тел за рязане с много нишки

Техниката за рязане с абразивна тел използва бързото движение на телта, за да пренесе шлама в прореза, което позволява отстраняване на материала. Тя използва предимно възвратно-постъпателна структура и в момента е зрял и широко използван метод за ефективно рязане на многопластов монокристален силиций. Приложението му при рязане на SiC обаче е проучено по-слабо.

Свободно абразивните въжени триони могат да обработват пластини с дебелина по-малка от 300 μm. Те предлагат ниска загуба на прорез, рядко причиняват отчупване и водят до относително добро качество на повърхността. Въпреки това, поради механизма за отстраняване на материала – базиран на търкаляне и вдлъбване на абразивите – повърхността на пластината е склонна да развива значително остатъчно напрежение, микропукнатини и по-дълбоки слоеве на увреждане. Това води до деформация на пластината, затруднява контрола на точността на профила на повърхността и увеличава натоварването върху следващите стъпки на обработка.

Производителността на рязане е силно повлияна от суспензията; необходимо е да се поддържа остротата на абразивите и концентрацията на суспензията. Обработката и рециклирането на суспензията са скъпи. При рязане на големи блокове, абразивите трудно проникват в дълбоки и дълги прорези. При един и същ размер на абразивното зърно загубата на прорез е по-голяма, отколкото при триони с фиксиран абразив.

1.3 Фиксиран абразивен диамантено-телово трион за рязане с много нишки

Фиксираните абразивни диамантено-телни триони обикновено се изработват чрез вграждане на диамантени частици върху стоманена тел чрез галванично покритие, синтероване или свързване със смола. Електроплакираните диамантено-телни триони предлагат предимства като по-тесни прорези, по-добро качество на рязане, по-висока ефективност, по-ниско замърсяване и възможност за рязане на материали с висока твърдост.

Възвратно-постъпателният електролитен диамантено-тел е най-широко използваният метод за рязане на SiC. Фигура 1 (не е показана тук) илюстрира плоскостта на повърхността на SiC пластини, изрязани с помощта на тази техника. С напредването на рязането, изкривяването на пластината се увеличава. Това е така, защото контактната площ между жицата и материала се увеличава с движението ѝ надолу, увеличавайки съпротивлението и вибрациите ѝ. Когато жицата достигне максималния диаметър на пластината, вибрациите са най-силни, което води до максимално изкривяване.

В по-късните етапи на рязане, поради ускорението, движението с постоянна скорост, забавянето, спирането и обръщането на телта, както и трудностите при отстраняването на отломки с охлаждащата течност, качеството на повърхността на пластината се влошава. Обръщането на телта и колебанията в скоростта, както и големите диамантени частици по телта, са основните причини за повърхностни драскотини.

1.4 Технология за студено разделяне

Студеното разделяне на монокристали SiC е иновативен процес в областта на обработката на полупроводникови материали от трето поколение. През последните години той привлече значително внимание поради забележителните си предимства за подобряване на добива и намаляване на загубите на материал. Технологията може да бъде анализирана от три аспекта: принцип на работа, технологичен процес и основни предимства.

Определяне на кристалната ориентация и шлифоване по външен диаметър: Преди обработката трябва да се определи кристалната ориентация на SiC слитъка. След това слитъкът се оформя в цилиндрична структура (обикновено наричана SiC шайба) чрез шлифоване по външен диаметър. Тази стъпка полага основите за последващо насочено рязане и нарязване.

Многожилно рязане: Този метод използва абразивни частици, комбинирани с режещи телчета, за рязане на цилиндричния слитък. Той обаче страда от значителни загуби на прорез и проблеми с неравностите на повърхността.

Технология за лазерно рязане: Лазер се използва за формиране на модифициран слой в кристала, от който могат да се отделят тънки резени. Този подход намалява загубата на материал и повишава ефективността на обработката, което го прави обещаваща нова посока за рязане на SiC пластини.

Оптимизация на процеса на рязане

Рязане с фиксиран абразив с много нишки: В момента това е основната технология, подходяща за високите твърдост на SiC.

Електроерозионна обработка (EDM) и технология за студено разделяне: Тези методи предоставят разнообразни решения, съобразени със специфичните изисквания.

Процес на полиране: Важно е да се балансира скоростта на отстраняване на материал и увреждането на повърхността. Химико-механичното полиране (CMP) се използва за подобряване на еднородността на повърхността.

Мониторинг в реално време: Въведени са онлайн технологии за инспекция, за да се наблюдава грапавостта на повърхността в реално време.

Лазерно рязане: Тази техника намалява загубите от прорез и скъсява циклите на обработка, въпреки че термично засегнатата зона остава предизвикателство.

Хибридни технологии за обработка: Комбинирането на механични и химични методи повишава ефективността на обработката.

Тази технология вече е постигнала индустриално приложение. Infineon например придоби SILTECTRA и сега притежава основни патенти, подкрепящи масовото производство на 8-инчови пластини. В Китай компании като Delong Laser са постигнали ефективност на производство от 30 пластини на слитък при обработка на 6-инчови пластини, което представлява 40% подобрение спрямо традиционните методи.

С ускоряването на производството на домашно оборудване се очаква тази технология да се превърне в основно решение за обработка на SiC субстрати. С нарастващия диаметър на полупроводниковите материали, традиционните методи за рязане са отживелица. Сред настоящите опции, технологията за реципрочно диамантено рязане с въже показва най-обещаващите перспективи за приложение. Лазерното рязане, като нова техника, предлага значителни предимства и се очаква да се превърне в основен метод за рязане в бъдеще.

2,Шлайфане на монокристали SiC

Като представител на полупроводници от трето поколение, силициевият карбид (SiC) предлага значителни предимства благодарение на широката си забранена зона, високото пробивно електрическо поле, високата скорост на дрейф на електроните на насищане и отличната топлопроводимост. Тези свойства правят SiC особено полезен за приложения с високо напрежение (напр. среди 1200 V). Технологията на обработка на SiC субстратите е основна част от производството на устройства. Качеството на повърхността и прецизността на субстрата влияят пряко върху качеството на епитаксиалния слой и производителността на крайното устройство.

Основната цел на процеса на шлифоване е да се премахнат повърхностните следи от трион и слоевете с повреди, причинени по време на рязане, както и да се коригира деформацията, предизвикана от процеса на рязане. Предвид изключително високата твърдост на SiC, шлифоването изисква използването на твърди абразиви като боров карбид или диамант. Конвенционалното шлифоване обикновено се разделя на грубо шлифоване и фино шлифоване.

2.1 Грубо и фино смилане

Шлайфането може да се категоризира въз основа на размера на абразивните частици:

Грубо шлайфане: Използва по-големи абразиви предимно за премахване на следи от триони и повреди, причинени по време на рязане, подобрявайки ефективността на обработката.

Фино шлайфане: Използва по-фини абразиви за премахване на повредения слой, оставен от грубото шлайфане, намаляване на грапавостта на повърхността и подобряване на качеството на повърхността.

Много местни производители на SiC субстрати използват мащабни производствени процеси. Често срещан метод включва двустранно шлайфане с помощта на чугунена плоча и монокристална диамантена суспензия. Този процес ефективно премахва слоя с увреждания, оставен от рязането с тел, коригира формата на пластината и намалява TTV (обща вариация на дебелината), изкривяване и деформация. Скоростта на отстраняване на материал е стабилна, обикновено достигайки 0,8–1,2 μm/min. Получената повърхност на пластината обаче е матова с относително висока грапавост – обикновено около 50 nm – което налага по-високи изисквания към последващите стъпки на полиране.

2.2 Едностранно шлайфане

Едностранното шлайфане обработва само едната страна на пластината наведнъж. По време на този процес пластината се монтира с восък върху стоманена плоча. Под въздействието на налягане, основата претърпява лека деформация и горната повърхност се изравнява. След шлайфане, долната повърхност се изравнява. Когато налягането се премахне, горната повърхност има тенденция да се възстанови до първоначалната си форма, което се отразява и на вече шлайфаната долна повърхност, карайки двете страни да се изкривяват и да стават плоскост.

Освен това, шлифовъчната плоча може да стане вдлъбната за кратко време, което води до изпъкналост на пластината. За да се поддържа плоскост на плочата, е необходимо често обработване. Поради ниската ефективност и лошата плоскост на пластината, едностранното шлифоване не е подходящо за масово производство.

Обикновено за фино шлайфане се използват шлифовъчни дискове #8000. В Япония този процес е сравнително зрял и дори се използват полиращи дискове #30000. Това позволява грапавостта на повърхността на обработените пластини да достигне под 2 nm, което ги прави готови за окончателно CMP (химико-механично полиране) без допълнителна обработка.

2.3 Технология за едностранно изтъняване

Технологията за едностранно изтъняване с диамант е нов метод за едностранно шлифоване. Както е показано на Фигура 5 (не е показана тук), процесът използва шлифовъчна плоча, свързана с диамант. Пластината се фиксира чрез вакуумна адсорбция, докато както пластината, така и диамантеният шлифовъчен диск се въртят едновременно. Шлифовъчният диск постепенно се движи надолу, за да изтъни пластината до желаната дебелина. След като едната страна е завършена, пластината се обръща, за да се обработи другата страна.

След изтъняване, пластина с диаметър 100 мм може да постигне:

Дължина < 5 μm

TTV < 2 μm

Грапавост на повърхността < 1 nm

Този метод за обработка на единична пластина предлага висока стабилност, отлична консистенция и висока скорост на отстраняване на материал. В сравнение с конвенционалното двустранно шлифоване, тази техника подобрява ефективността на шлифоване с над 50%.

2.4 Двустранно шлайфане

Двустранното шлифоване използва едновременно горна и долна шлифовъчна плоча за едновременно шлифоване на двете страни на основата, осигурявайки отлично качество на повърхността и от двете страни.

По време на процеса, шлифовъчните плочи първо прилагат натиск върху най-високите точки на детайла, причинявайки деформация и постепенно отстраняване на материал в тези точки. С изравняването на най-високите точки, натискът върху основата постепенно става по-равномерен, което води до равномерна деформация по цялата повърхност. Това позволява както горната, така и долната повърхност да се шлифоват равномерно. След като шлифоването приключи и налягането се освободи, всяка част от основата се възстановява равномерно поради еднаквото налягане, на което е била подложена. Това води до минимално деформиране и добра плоскост.

Грапавостта на повърхността на пластината след шлайфане зависи от размера на абразивните частици – по-малките частици водят до по-гладки повърхности. При използване на абразиви с размер 5 μm за двустранно шлайфане, плоскостта и вариациите в дебелината на пластината могат да се контролират в рамките на 5 μm. Измерванията с атомно-силова микроскопия (АСМ) показват грапавост на повърхността (Rq) от около 100 nm, с шлифовъчни вдлъбнатини с дълбочина до 380 nm и видими линейни следи, причинени от абразивното действие.

По-усъвършенстван метод включва двустранно шлайфане с помощта на полиуретанови пенни подложки, комбинирани с поликристална диамантена суспензия. Този процес произвежда пластини с много ниска грапавост на повърхността, постигайки Ra < 3 nm, което е изключително полезно за последващото полиране на SiC субстрати.

Въпреки това, надраскването на повърхността остава нерешен проблем. Освен това, поликристалният диамант, използван в този процес, се произвежда чрез експлозивен синтез, което е технически сложно, дава малки количества и е изключително скъпо.

Полиране на монокристали SiC

За да се постигне висококачествена полирана повърхност върху силициево-карбидни (SiC) пластини, полирането трябва напълно да премахне шлифовъчните вдлъбнатини и нанометровите повърхностни неравности. Целта е да се получи гладка, бездефектна повърхност, без замърсяване или деградация, без подповърхностни повреди и без остатъчно повърхностно напрежение.

3.1 Механично полиране и CMP на SiC пластини

След растежа на монокристален слитък от SiC, повърхностните дефекти пречат на директното му използване за епитаксиален растеж. Следователно е необходима допълнителна обработка. Слитъкът първо се оформя в стандартна цилиндрична форма чрез заобляне, след което се нарязва на пластини с помощта на рязане с тел, последвано от кристалографска проверка на ориентацията. Полирането е критична стъпка за подобряване на качеството на пластините, като се справяме с потенциални повърхностни повреди, причинени от дефекти при растежа на кристалите и предходни стъпки на обработка.

Има четири основни метода за премахване на повърхностни увредени слоеве върху SiC:

Механично полиране: Лесно, но оставя драскотини; подходящо за първоначално полиране.

Химико-механично полиране (CMP): Премахва драскотини чрез химическо ецване; подходящо за прецизно полиране.

Водородно ецване: Изисква сложно оборудване, често използвано в HTCNVD процесите.

Полиране с плазма: Сложно и рядко използвано.

Само механичното полиране е склонно да причинява драскотини, докато само химическото полиране може да доведе до неравномерно ецване. CMP съчетава и двете предимства и предлага ефикасно и рентабилно решение.

Принцип на работа на CMP

CMP работи чрез завъртане на пластината под зададено налягане спрямо въртяща се полираща подложка. Това относително движение, комбинирано с механично износване от наноразмерни абразиви в суспензията и химическото действие на реактивни агенти, постига повърхностна планаризация.

Основни използвани материали:

Полираща суспензия: Съдържа абразиви и химически реактиви.

Полираща подложка: Износва се по време на употреба, намалявайки размера на порите и ефективността на подаване на суспензия. Необходимо е редовно полиране, обикновено с помощта на диамантена полираща машина, за възстановяване на грапавостта.

Типичен CMP процес

Абразив: диамантена суспензия с размер на зърната 0,5 μm

Грапавост на повърхността на целта: ~0,7 nm

Химико-механично полиране:

Полиращо оборудване: едностранна полираща машина AP-810

Налягане: 200 г/см²

Скорост на плочата: 50 об/мин

Скорост на керамичния държач: 38 об/мин

Състав на суспензията:

SiO₂ (30 тегл.%, pH = 10,15)

0–70 тегл.% H₂O₂ (30 тегл.%, реагентно качество)

Регулирайте pH до 8,5, като използвате 5 тегл.% KOH и 1 тегл.% HNO₃

Дебит на суспензията: 3 л/мин, рециркулираща

Този процес ефективно подобрява качеството на SiC пластините и отговаря на изискванията за последващи процеси.

Технически предизвикателства при механичното полиране

SiC, като широкозонов полупроводник, играе жизненоважна роля в електронната индустрия. С отлични физични и химични свойства, монокристалите на SiC са подходящи за екстремни среди, като висока температура, висока честота, висока мощност и радиационна устойчивост. Въпреки това, неговата твърда и крехка природа представлява големи предизвикателства за шлифоване и полиране.

Тъй като водещите световни производители преминават от 6-инчови към 8-инчови пластини, проблеми като напукване и повреда на пластините по време на обработка стават все по-очевидни, което значително влияе върху добива. Справянето с техническите предизвикателства на 8-инчовите SiC подложки сега е ключов критерий за развитието на индустрията.

В ерата на 8-инчовите пластини, обработката на SiC пластини е изправена пред множество предизвикателства:

Мащабирането на пластини е необходимо, за да се увеличи производството на чипове на партида, да се намалят загубите по ръбовете и да се намалят производствените разходи – особено предвид нарастващото търсене в приложенията за електрически превозни средства.

Въпреки че растежът на 8-инчови монокристали SiC е узрял, процесите в края на процеса, като шлифоване и полиране, все още се сблъскват с трудности, което води до ниски добиви (само 40–50%).

По-големите пластини имат по-сложно разпределение на налягането, което увеличава трудността при управление на полиращия стрес и постоянството на добива.

Въпреки че дебелината на 8-инчовите пластини се доближава до тази на 6-инчовите пластини, те са по-склонни към повреди по време на работа поради напрежение и деформация.

За намаляване на напрежението, изкривяването и напукването, свързани с рязането, все по-често се използва лазерно рязане. Въпреки това:

Дълговълновите лазери причиняват термични увреждания.

Късовълновите лазери генерират тежки отломки и задълбочават слоя на уврежданията, увеличавайки сложността на полирането.

Работен процес за механично полиране на SiC

Общият работен процес включва:

Ориентационно рязане

Грубо смилане

Фино смилане

Механично полиране

Химико-механично полиране (CMP) като последна стъпка

Изборът на CMP метод, проектирането на технологичния процес и оптимизирането на параметрите са от решаващо значение. В производството на полупроводници, CMP е определящата стъпка за производството на SiC пластини с ултрагладки, без дефекти и повреди повърхности, които са от съществено значение за висококачествен епитаксиален растеж.

(a) Извадете блока SiC от тигела;

(б) Извършете първоначално оформяне, като използвате шлифоване по външен диаметър;

(в) Определете ориентацията на кристала, като използвате подравняващи плоски или прорези;

(d) Нарежете слитъка на тънки пластини, използвайки многожилно рязане;

(д) Постигане на огледална гладкост на повърхността чрез стъпки на шлайфане и полиране.

След завършване на поредицата от стъпки на обработка, външният ръб на SiC пластината често става остър, което увеличава риска от отчупване по време на работа или употреба. За да се избегне такава крехкост, е необходимо шлайфане на ръбовете.

В допълнение към традиционните процеси на нарязване, иновативен метод за приготвяне на SiC пластини включва технология за свързване. Този подход позволява производството на пластини чрез свързване на тънък слой от монокристален SiC към хетерогенен субстрат (носещ субстрат).

Фигура 3 илюстрира технологичния процес:

Първо, чрез имплантиране на водородни йони или подобни техники се образува слой от деламинация на определена дълбочина върху повърхността на монокристала SiC. След това обработеният монокристал SiC се свързва с плосък носещ субстрат и се подлага на налягане и топлина. Това позволява успешно прехвърляне и отделяне на слоя монокристал SiC върху носещия субстрат.

Отделеният SiC слой претърпява повърхностна обработка, за да се постигне необходимата плоскост, и може да се използва повторно в последващи процеси на свързване. В сравнение с традиционното нарязване на SiC кристали, тази техника намалява търсенето на скъпи материали. Въпреки че техническите предизвикателства остават, научноизследователската и развойна дейност се развива активно, за да се даде възможност за по-евтино производство на пластини.

Предвид високата твърдост и химическа стабилност на SiC, което го прави устойчив на реакции при стайна температура, е необходимо механично полиране, за да се премахнат фините ямки от шлифоване, да се намалят повреди по повърхността, да се елиминират драскотини, ямковидни образувания и дефекти тип „портокалова кора“, да се намали грапавостта на повърхността, да се подобри плоскостта и да се подобри качеството на повърхността.

За да се постигне висококачествена полирана повърхност, е необходимо:

Регулиране на видовете абразиви,

Намаляване на размера на частиците,

Оптимизиране на параметрите на процеса,

Изберете полиращи материали и подложки с подходяща твърдост.

Фигура 7 показва, че двустранното полиране с абразиви с размер на частиците 1 μm може да контролира плоскостта и вариациите на дебелината в рамките на 10 μm и да намали грапавостта на повърхността до около 0,25 nm.

3.2 Химико-механично полиране (ХМП)

Химико-механичното полиране (ХМП) комбинира ултрафини частици и химическо ецване, за да образува гладка, равна повърхност върху обработвания материал. Основният принцип е:

Между полиращата суспензия и повърхността на пластината протича химическа реакция, образувайки мек слой.

Триенето между абразивните частици и мекия слой премахва материала.

Предимства на CMP:

Преодолява недостатъците на чисто механичното или химическото полиране,

Постига както глобална, така и локална планаризация,

Създава повърхности с висока плоскост и ниска грапавост,

Не оставя никакви повърхностни или подповърхностни повреди.

Подробно:

Пластината се движи спрямо полиращата подложка под налягане.

Нанометрови абразиви (напр. SiO₂) в суспензията участват в срязването, отслабвайки ковалентните връзки Si-C и подобрявайки отстраняването на материал.

Видове CMP техники:

Полиране със свободен абразив: Абразивите (напр. SiO₂) се суспендират в шлам. Отстраняването на материала се осъществява чрез трикомпонентна абразия (пластмаса-подложка-абразив). Размерът на абразива (обикновено 60–200 nm), pH и температурата трябва да бъдат прецизно контролирани, за да се подобри еднородността.

Полиране с фиксиран абразив: Абразивите са вградени в полиращата подложка, за да се предотврати агломерацията – идеално за високопрецизна обработка.

Почистване след полиране:

Полираните вафли претърпяват:

Химическо почистване (включително отстраняване на деионизирана вода и остатъци от шлам),

Изплакване с дестилирана вода и

Сушене с горещ азот

за да се сведат до минимум повърхностните замърсители.

Качество и производителност на повърхността

Грапавостта на повърхността може да бъде намалена до Ra < 0,3 nm, което отговаря на изискванията за полупроводникова епитаксия.

Глобална планаризация: Комбинацията от химическо омекотяване и механично отстраняване намалява драскотините и неравномерното ецване, превъзхождайки чисто механичните или химичните методи.

Висока ефективност: Подходяща за твърди и крехки материали като SiC, със скорости на отстраняване на материал над 200 nm/h.

Други нововъзникващи техники за полиране

В допълнение към CMP са предложени алтернативни методи, включително:

Електрохимично полиране, полиране или ецване с катализатор и

Трибохимично полиране.

Тези методи обаче все още са в етап на изследване и се развиват бавно поради трудните свойства на SiC.

В крайна сметка, обработката на SiC е постепенен процес на намаляване на деформацията и грапавостта, за да се подобри качеството на повърхността, където контролът на плоскостта и грапавостта са от решаващо значение през всеки етап.

Технология на обработката

По време на етапа на шлифоване на пластината се използва диамантена суспензия с различни размери на частиците, за да се постигне необходимата плоскост и грапавост на повърхността. След това се извършва полиране, като се използват както механични, така и химико-механични техники за полиране (CMP), за да се получат безупречно полирани пластини от силициев карбид (SiC).

След полиране, SiC пластините преминават през строг контрол на качеството с помощта на инструменти като оптични микроскопи и рентгенови дифрактометри, за да се гарантира, че всички технически параметри отговарят на необходимите стандарти. Накрая, полираните пластини се почистват със специализирани почистващи препарати и ултрачиста вода за отстраняване на повърхностните замърсители. След това се сушат с помощта на свръхчист азотен газ и центрофуги, с което се завършва целият производствен процес.

След години усилия, в Китай е постигнат значителен напредък в обработката на монокристали SiC. В страната успешно са разработени 100 mm легирани полуизолиращи монокристали 4H-SiC, а монокристали 4H-SiC и 6H-SiC от n-тип вече могат да се произвеждат на партиди. Компании като TankeBlue и TYST вече са разработили монокристали SiC с размер 150 mm.

По отношение на технологията за обработка на SiC пластини, местните институции предварително са проучили условията на процеса и начините за нарязване, шлифоване и полиране на кристали. Те са способни да произвеждат проби, които по същество отговарят на изискванията за производство на устройства. Въпреки това, в сравнение с международните стандарти, качеството на обработка на повърхността на местните пластини все още изостава значително. Има няколко проблема:

Международните теории и технологии за обработка на SiC са строго защитени и не са леснодостъпни.

Липсват теоретични изследвания и подкрепа за подобряване и оптимизация на процесите.

Цената на вноса на чуждестранно оборудване и компоненти е висока.

Вътрешните изследвания върху проектирането на оборудване, прецизността на обработката и материалите все още показват значителни разлики в сравнение с международните нива.

В момента повечето високопрецизни инструменти, използвани в Китай, са вносни. Оборудването и методологиите за изпитване също се нуждаят от допълнително усъвършенстване.

С продължаващото развитие на полупроводниците от трето поколение, диаметърът на монокристалните подложки от SiC непрекъснато се увеличава, заедно с по-високите изисквания за качество на обработката на повърхността. Технологията за обработка на пластини се превърна в една от най-технически трудни стъпки след растежа на монокристалите от SiC.

За да се справят със съществуващите предизвикателства в обработката, е от съществено значение да се проучат допълнително механизмите, участващи в рязането, шлифоването и полирането, и да се проучат подходящи методи и маршрути за производство на SiC пластини. Същевременно е необходимо да се поучат от съвременни международни технологии за обработка и да се възприемат най-съвременни техники и оборудване за ултрапрецизна обработка за производство на висококачествени подложки.

С увеличаване на размера на пластините, трудността при растежа и обработката на кристалите също се увеличава. Въпреки това, производствената ефективност на устройствата, произведени след това, се подобрява значително и себестойността на единица продукт намалява. В момента основните доставчици на SiC пластини в световен мащаб предлагат продукти с диаметър от 4 до 6 инча. Водещи компании като Cree и II-VI вече са започнали да планират разработването на производствени линии за 8-инчови SiC пластини.