Rewşa Niha û Trendên Teknolojiya Pêvajoya Waferê SiC

Wekî materyalê substratê nîvconductor-ê nifşa sêyemîn,karbîda silîkonê (SiC)Krîstala yekane di çêkirina cîhazên elektronîkî yên frekans û hêza bilind de xwedî perspektîfên serîlêdanê yên berfireh e. Teknolojiya hilberandina SiC di hilberîna materyalên substratê yên bi kalîte de roleke diyarker dilîze. Ev gotar rewşa heyî ya lêkolînê li ser teknolojiyên hilberandina SiC hem li Çînê û hem jî li derveyî welêt dide nasîn, mekanîzmayên pêvajoyên birîn, hûrkirin û cilandinê, û her weha meylên di rûtbûna wafer û hişkbûna rûyê de analîz û berawird dike. Her weha ew balê dikişîne ser pirsgirêkên heyî di hilberandina wafer SiC de û li ser rêgezên pêşkeftina pêşerojê nîqaş dike.

Karbîda silîkonê (SiC)wafer materyalên bingehîn ên krîtîk in ji bo cîhazên nîvconductor ên nifşa sêyemîn û di warên wekî mîkroelektronîk, elektronîkên hêzê û ronîkirina nîvconductor de xwedî girîngiyek girîng û potansiyela bazarê ne. Ji ber hişkbûna pir zêde û aramiya kîmyewî yaKrîstalên yekane yên SiC, rêbazên pêvajoya nîvconductorên kevneşopî ji bo makînekirina wan bi tevahî guncaw nînin. Her çend gelek şîrketên navneteweyî li ser pêvajoya teknîkî ya krîstalên yekane yên SiC lêkolînên berfireh kirine jî, teknolojiyên têkildar bi hişkî veşartî têne girtin.

Di salên dawî de, Çînê di pêşxistina materyal û cîhazên krîstala yekane ya SiC de hewldanên xwe zêde kiriye. Lêbelê, pêşveçûna teknolojiya cîhazên SiC li welêt niha ji ber sînorkirinên di teknolojiyên hilberandinê û kalîteya waferê de sînordar e. Ji ber vê yekê, ji bo Çînê girîng e ku şiyanên hilberandina SiC baştir bike da ku kalîteya substratên krîstala yekane ya SiC baştir bike û bigihîne sepandina wan a pratîkî û hilberîna girseyî.

Gavên sereke yên pêvajoyê ev in: birrîn → hûrkirina qalind → hûrkirina nazik → cilkirina xav (cilkirina mekanîkî) → cilkirina nazik (cilkirina kîmyayî ya mekanîkî, CMP) → teftîşkirin.

Birîna Krîstalên Tekane yên SiC

Di pêvajoyê deKrîstalên yekane yên SiC, birîn gava yekem û pir girîng e. Kevan, warp, û guherîna qalindahiya giştî (TTV) ya waferê ku ji pêvajoya birrînê derdikeve holê, kalîte û bandora operasyonên hûrkirin û cilandinê yên paşê diyar dike.

Amûrên birrînê dikarin li gorî şeklê wan wekî sîstemên têlên bi qûtra hundirîn (ID), sîstemên têlên bi qûtra derve (OD), sîstemên bend û sîstemên têl werin dabeşkirin. Bi dorê, sîstemên têlên bi hev ve girêdayî û sîstemên têlên bêdawî (çemberî) dikarin werin dabeşkirin. Li gorî mekanîzmaya birrîna abrazîv, teknîkên birîna têlên birrînê dikarin li du celeb werin dabeşkirin: sîstemên têlên abrazîv ên azad û sîstemên têlên elmas ên abrazîv ên sabît.

1.1 Rêbazên Birîna Kevneşopî

Kûrahiya birrîna kêrên bi qûtra derve (OD) ji hêla qûtra kêrê ve tê sînordarkirin. Di dema pêvajoya birrînê de, kêr meyldarê lerizîn û guherînê ye, ku di encamê de asta deng bilind dibe û hişkbûna wê nebaş dibe. Kêrên bi qûtra hundir (ID) li ser çerxa hundirîn a kêrê wekî qiraxa birrînê madeyên elmasê yên abrazîv bikar tînin. Ev kêr dikarin bi qasî 0,2 mm zirav bin. Di dema birrînê de, kêra ID bi leza bilind dizivire dema ku materyalê ku were birîn bi awayekî radyal li gorî navenda kêrê digere, û bi saya vê tevgera nisbî birrînê pêk tê.

Birrên bend ên elmasê hewceyê rawestandin û vegerandina pir caran in, û leza birrînê pir kêm e - bi gelemperî ji 2 m/s derbas nabe. Ew di heman demê de ji xirabûna mekanîkî ya girîng û lêçûnên lênêrînê yên bilind dikişînin. Ji ber firehiya kêrê birrînê, nîvkada birrînê nikare pir piçûk be, û birrîna pir-perçe ne mimkûn e. Ev amûrên birrîna kevneşopî ji hêla hişkbûna bingehê ve sînordar in û nikarin birrînên xwar bikin an jî nîvkada zivirîna wan sînordar e. Ew tenê dikarin birrînên rasterast bikin, qulên fireh çêdikin, rêjeya berhemdariya wan kêm e, û ji ber vê yekê ji bo birrînê ne guncaw in.Krîstalên SiC.

1.2 Qutkirina Pir-Têlî ya Bi Tel a Abrasive ya Belaş

Teknîka birîna bi têla aşîner a azad tevgera bilez a têlê bikar tîne da ku şilavê bigihîne nav qulikê, û rê li ber rakirina materyalê vedike. Ew bi giranî avahiyek beramberî bikar tîne û niha rêbazek gihîştî û berfireh tê bikar anîn ji bo birîna pir-wafer a silîkona yek-krîstal. Lêbelê, sepandina wê di birîna SiC de kêmtir hatiye lêkolîn kirin.

Makîneyên kêrê yên aşînker ên azad dikarin waferên bi qalindahiya kêmtir ji 300 μm bi kar bînin. Ew windabûna kêm a kerfê pêşkêş dikin, kêm caran dibin sedema çîpkirinê, û di encamê de qalîteyek rûyê nisbeten baş e. Lêbelê, ji ber mekanîzmaya rakirina materyalê - ku li ser bingeha gerandin û çîpkirina aşînkeran e - rûyê waferê meyla wê heye ku stresek mayî ya girîng, mîkroşikestin û tebeqeyên zirarê yên kûrtir pêş bixe. Ev dibe sedema xwarbûna waferê, kontrolkirina rastbûna profîla rûyê dijwar dike, û barê li ser gavên pêvajoyê yên paşîn zêde dike.

Performansa birrînê bi giranî ji hêla şilavê ve tê bandorkirin; pêdivî ye ku tûjiya madeyên aşîner û konsantrasyona şilavê were parastin. Dermankirin û ji nû ve vezîvirandina şilavê biha ye. Dema ku îngotên mezin têne birîn, madeyên aşîner di derbasbûna qulên kûr û dirêj de zehmetî dikişînin. Di bin heman mezinahiya dendika aşîner de, windabûna qulê ji ya kêrên têl ên aşîner ên sabît mezintir e.

1.3 Qutkirina Pir-Têlî ya Bi Tel a Elmasê ya Aşker a Sabît

Bişkokên têlên elmasê yên sabît ên aşînker bi gelemperî bi bicihkirina perçeyên elmasê li ser substratek têla pola bi rêya rêbazên elektroplatkirin, sinterkirin, an girêdana rezînê têne çêkirin. Bişkokên têlên elmasê yên elektroplatkirî avantajên wekî kerfên tengtir, kalîteya birînê ya çêtir, karîgeriya bilindtir, qirêjiya kêmtir, û şiyana birîna materyalên bi hişkbûna bilind pêşkêş dikin.

Têla elmasê ya elektroplatkirî ya bi ducarî niha rêbaza herî berbelav ji bo birîna SiC ye. Wêne 1 (li vir nayê nîşandan) rûbera waferên SiC nîşan dide ku bi vê teknîkê têne birîn. Her ku birîn pêşve diçe, xwarbûna waferê zêde dibe. Ev ji ber ku rûbera têkiliyê ya di navbera têl û materyalê de zêde dibe dema ku têl ber bi jêr ve diçe, berxwedan û lerizîna têlê zêde dike. Dema ku têl digihîje pîvana herî zêde ya waferê, lerizîn di asta herî bilind de ye, ku di encamê de xwarbûna herî zêde çêdibe.

Di qonaxên paşîn ên birînê de, ji ber lezkirin, tevgera bi leza sabît, hêdîbûn, rawestandin û berevajîkirinê ya têl, digel zehmetiyên di rakirina bermayiyan de bi sarincokê, qalîteya rûyê waferê xirab dibe. Veguherîna têl û guherînên leza, û her weha perçeyên elmasê yên mezin ên li ser têl, sedemên sereke yên xêzikên rûyê ne.

1.4 Teknolojiya Veqetandina Sar

Veqetandina sar a krîstalên yekane yên SiC pêvajoyek nûjen e di warê hilberandina materyalên nîvconductor ên nifşa sêyemîn de. Di salên dawî de, ji ber avantajên xwe yên berbiçav di baştirkirina berdêl û kêmkirina windabûna materyalê de, bala girîng kişandiye ser xwe. Teknolojî dikare ji sê aliyan ve were analîzkirin: prensîba xebatê, herikîna pêvajoyê, û avantajên bingehîn.

Destnîşankirina Rêberiya Krîstal û Hûrkirina Qûtra Derve: Berî pêvajoyê, divê rêberiya krîstal a lingota SiC were destnîşankirin. Dû re, lingot bi rêya hûrkirina qûtra derve dibe avahiyek silindirî (bi gelemperî wekî pakêta SiC tê binavkirin). Ev gav bingeha birrîn û perçekirina arasteyî ya paşê datîne.

Birîna Pir-Têl: Ev rêbaz perçeyên aşındêr bi têlên birînê re bikar tîne da ku îngota silindirî bibire. Lêbelê, ew ji pirsgirêkên windabûna qulkirinê û neyeksaniya rûyê girîng dikişîne.

Teknolojiya Qutkirina Lazerê: Lazer tê bikar anîn da ku di nav krîstalê de çînek guhertî çêbike, ku perçeyên zirav dikarin ji wê werin veqetandin. Ev rêbaz windabûna materyalê kêm dike û karîgeriya pêvajoyê zêde dike, ku ew dike rêgezek nû ya sozdar ji bo qutkirina waflên SiC.

Optimîzasyona Pêvajoya Birînê

Birîna Pir-Têlî ya Abrazîv a Sabît: Ev niha teknolojiya sereke ye, ku ji bo taybetmendiyên hişkbûna bilind ên SiC-ê pir guncaw e.

Makînekirina Berdana Elektrîkî (EDM) û Teknolojiya Veqetandina Sar: Ev rêbaz çareseriyên cihêreng ên ku li gorî hewcedariyên taybetî hatine çêkirin peyda dikin.

Pêvajoya Cilşûştinê: Pêdivî ye ku rêjeya rakirina materyalê û zirara rûyê hevseng be. Cilşûştina Kîmyayî-Mekanîkî (CMP) ji bo baştirkirina yekrengiya rûyê tê bikar anîn.

Çavdêriya Dem-Rast: Teknolojiyên vekolîna serhêl têne destnîşan kirin da ku hişkbûna rûberê di wextê rast de bişopînin.

Qutkirina bi Lazerê: Ev teknîk windabûna kerfê kêm dike û çerxên pêvajoyê kurt dike, her çend herêma bandorbûyî ya germî hîn jî dijwar e.

Teknolojiyên Pêvajoyê yên Hîbrîd: Têkelkirina rêbazên mekanîkî û kîmyewî karîgeriya pêvajoyê zêde dike.

Ev teknoloji berê xwe daye sepandina pîşesaziyê. Bo nimûne, Infineon SILTECTRA kirî û niha xwediyê patentên bingehîn e ku piştgiriyê dide hilberîna girseyî ya waferên 8 înç. Li Çînê, şîrketên mîna Delong Laser ji bo hilberandina waferên 6 înç bi karîgeriya derketinê ya 30 wafer ji bo her îngotê gihîştine, ku li gorî rêbazên kevneşopî %40 başbûnek temsîl dike.

Her ku hilberîna alavên navxweyî bileztir dibe, tê payîn ku ev teknoloji bibe çareseriya sereke ji bo pêvajoya substrata SiC. Bi zêdebûna qûrahiya materyalên nîvconductor re, rêbazên birîna kevneşopî kevnar bûne. Di nav vebijarkên heyî de, teknolojiya birrîna têla elmasê ya ducarî perspektîfên serîlêdanê yên herî sozdar nîşan dide. Birîna bi lazer, wekî teknîkek nû derketî holê, avantajên girîng pêşkêş dike û tê payîn ku di pêşerojê de bibe rêbaza birîna sereke.

2,Hûrkirina Krîstala Yekane ya SiC

Wekî nûnerê nîvconductorên nifşa sêyemîn, karbîda silîkonê (SiC) ji ber valahiya xwe ya fireh a bendê, qada elektrîkê ya şikestina bilind, leza bilind a drifta elektronê ya têrbûnê, û rêberiya germî ya hêja avantajên girîng pêşkêş dike. Ev taybetmendî SiC-ê di sepanên voltaja bilind de (mînak, jîngehên 1200V) bi taybetî avantaj dike. Teknolojiya pêvajoyê ji bo substratên SiC beşek bingehîn a çêkirina cîhazê ye. Kalîteya rûberê û rastbûna substratê rasterast bandorê li kalîteya qata epîtaksîyal û performansa cîhaza dawîn dike.

Armanca sereke ya pêvajoya hûrkirinê ew e ku şopên birîna rû û tebeqeyên zirarê yên di dema perçekirinê de çêdibin werin rakirin, û deformasyona ku ji ber pêvajoya birrînê çêdibe were sererastkirin. Ji ber hişkbûna pir zêde ya SiC, hûrkirin hewceyê karanîna madeyên aşınker ên hişk ên wekî karbîda boronê an jî elmasê dike. Hûrkirina kevneşopî bi gelemperî wekî hûrkirina qalind û hûrkirina nazik tê dabeş kirin.

2.1 Hûrkirina Qalind û Nazik

Hûrkirin dikare li gorî mezinahiya perçeyên abrazîv were dabeş kirin:

Hûrkirina Qalind: Aşbazên mezintir bi giranî ji bo rakirina şopên birînê û tebeqeyên zirarê yên di dema birînê de çêdibin bikar tîne, û karîgeriya hilberînê baştir dike.

Hûrkirina Nazik: Ji bo rakirina qata zirara ji ber hûrkirina qalind mayî, kêmkirina hişkiya rûyê erdê, û baştirkirina kalîteya rûyê, aşındêrên naziktir bikar tîne.

Gelek hilberînerên substrata SiC yên navxweyî pêvajoyên hilberînê yên di pîvana mezin de bikar tînin. Rêbazek hevpar hûrkirina du alî bi karanîna plakaya hesinî ya avêtin û şileya elmasê ya monokrîstalî vedihewîne. Ev pêvajo bi bandor qata zirarê ya ku ji ber birîna têl maye radike, şeklê waferê rast dike, û TTV (Guherîna Tevahî ya Stûriyê), Kevan û Warp kêm dike. Rêjeya rakirina materyalê sabît e, bi gelemperî digihîje 0.8–1.2 μm/min. Lêbelê, rûyê waferê yê encam mat e ku xwedan hişkbûnek nisbeten bilind e - bi gelemperî dora 50 nm - ku daxwazên bilindtir li ser gavên cilkirinê yên paşîn ferz dike.

2.2 Hûrkirina Yekalî

Hûrkirina yekalî di carekê de tenê aliyekî waferê pêvajo dike. Di vê pêvajoyê de, wafer bi mûmê li ser plakaya pola tê siwarkirin. Di bin zexta sepandinê de, substrat deformasyonek sivik derbas dike, û rûyê jorîn tê pehnkirin. Piştî hûrkirinê, rûyê jêrîn tê rastkirin. Dema ku zext tê rakirin, rûyê jorîn meyla xwe dide ku vegere şeklê xwe yê berê, ku ev yek bandorê li rûyê jêrîn ê berê hatiye pehnkirin jî dike - dibe sedema ku her du alî jî xwar bibin û di pehnbûnê de xirab bibin.

Herwiha, plakaya hûrkirinê dikare di demek kurt de qur bibe, û bibe sedema ku wafer konveks bibe. Ji bo parastina rûtbûna plakeyê, pêdivî bi gelek caran cilkirinê heye. Ji ber karîgeriya kêm û rûtbûna nebaş a waferê, hûrkirina yekalî ji bo hilberîna girseyî ne guncaw e.

Bi gelemperî, tekerên hûrkirinê yên #8000 ji bo hûrkirina nazik têne bikar anîn. Li Japonya, ev pêvajo nisbeten gihîştî ye û tew tekerên cilalkirinê yên #30000 jî bikar tîne. Ev dihêle ku hişkbûna rûyê waferên pêvajokirî bigihîje binê 2 nm, û waferan bêyî pêvajoyek zêde ji bo CMP-ya dawîn (Colişkirina Kîmyewî û Mekanîkî) amade dike.

2.3 Teknolojiya Tenikkirina Yekalî

Teknolojiya Tenikkirina Yekalî ya Elmasê rêbazeke nû ya hûrkirina yekalî ye. Wekî ku di Wêne 5 de tê xuyang kirin (li vir nayê nîşandan), pêvajo plakaya hûrkirinê ya bi elmasê ve girêdayî bikar tîne. Wafer bi rêya adsorpsiyona valahiyê tê sabît kirin, di heman demê de hem wafer û hem jî çerxa hûrkirinê ya elmasê di heman demê de dizivirin. Çerxa hûrkirinê hêdî hêdî ber bi jêr ve diçe da ku waferê bigihîne qalindahiya armanc. Piştî ku aliyek qediya, wafer tê zivirandin da ku aliyê din were pêvajo kirin.

Piştî ziravkirinê, waflek 100 mm dikare bi dest bixe:

Kevan < 5 μm

TTV < 2 μm

Xurîya rûberê < 1 nm

Ev rêbaza hilberandina waferê ya yekane aramiya bilind, yekrengiya hêja, û rêjeyek bilind a rakirina materyalê pêşkêş dike. Li gorî hûrkirina du alî ya kevneşopî, ev teknîk bandora hûrkirinê ji %50 zêdetir baştir dike.

2.4 Hûrkirina Du Alî

Hûrkirina du alî hem plakeyeke hûrkirinê ya jorîn û hem jî ya jêrîn bikar tîne da ku her du aliyên substratê di heman demê de were hûrkirin, û li her du aliyan jî qalîteyek rûyê hêja peyda dike.

Di dema pêvajoyê de, plakayên hûrkirinê pêşî zextê li xalên herî bilind ên perçeya kar dikin, ku dibe sedema deformasyonê û rakirina materyalê gav bi gav li wan xalan. Her ku xalên bilind têne rastkirin, zexta li ser substratê hêdî hêdî yekrengtir dibe, di encamê de deformasyonek domdar li seranserê rûyê çêdibe. Ev dihêle ku hem rûyên jorîn û hem jî yên jêrîn bi rengek wekhev werin hûrkirin. Dema ku hûrkirin qediya û zext hate berdan, her beşek substratê ji ber zexta wekhev a ku lê hatiye kişandin bi rengek yekreng vedigere. Ev dibe sedema xwarbûna herî kêm û rûtbûnek baş.

Hişkbûna rûyê waferê piştî hûrkirinê bi mezinahiya perçeyên aşîrîn ve girêdayî ye - perçeyên piçûktir rûyên nermtir çêdikin. Dema ku aşîrînkerên 5 μm ji bo hûrkirina du alî têne bikar anîn, guherîna rûbera waferê û qalindahiya wê dikare di nav 5 μm de were kontrol kirin. Pîvandinên Mîkroskopiya Hêza Atomî (AFM) hişkbûna rûyê (Rq) bi qasî 100 nm nîşan didin, bi kûrahiya çalên hûrkirinê heta 380 nm û nîşanên xêzikî yên xuya yên ji ber çalakiya aşîrîn çêdibin.

Rêbazek pêşketîtir hûrkirina du alî bi karanîna pêlavên kef ên polîuretanê yên bi şileya elmasê ya polîkrîstalîn re têkelkirî vedihewîne. Ev pêvajo waferên bi xavbûna rûyê pir kêm çêdike, ku Ra < 3 nm pêk tîne, ku ji bo cilandina paşê ya binesazên SiC pir sûdmend e.

Lêbelê, xêzkirina rûyê hîn jî pirsgirêkek çaresernekirî ye. Wekî din, elmasa polîkrîstalîn a ku di vê pêvajoyê de tê bikar anîn bi rêya senteza teqîner tê hilberandin, ku ji hêla teknîkî ve dijwar e, mîqdarên kêm dide, û pir biha ye.

Polîşkirina Krîstalên Tekane yên SiC

Ji bo bidestxistina rûyekî cilkirî yê bi kalîte li ser waflên silicon carbide (SiC), cilkirin divê çalên hûrkirinê û pêlên rûyê yên bi pîvana nanometre bi tevahî ji holê rake. Armanc ew e ku rûyekî nerm, bê kêmasî, bê qirêjî an xirabûn, bê zirara binê rûyê erdê, û bê stresa rûyê mayî çêbibe.

3.1 Cilşandina Mekanîkî û CMP ya Waflên SiC

Piştî mezinbûna qalibek krîstala yekane ya SiC, kêmasiyên rûyê wê nahêlin ku rasterast ji bo mezinbûna epitaksiyal were bikar anîn. Ji ber vê yekê, pêvajoyek din hewce ye. Qalib pêşî bi rêya dorvekirinê di şiklek silindirî ya standard de tê şekilkirin, dûv re bi karanîna birîna têl dibe wafer, û dûv re jî verastkirina arasteya krîstalografîk tê kirin. Cilkirin gavek girîng e di baştirkirina kalîteya waferê de, çareserkirina zirara potansiyel a rûyê ku ji ber kêmasiyên mezinbûna krîstal û gavên pêvajoyê yên berê çêdibe.

Çar rêbazên sereke hene ji bo rakirina tebeqeyên zirara rûvî li ser SiC:

Cilkirina mekanîkî: Hêsan e lê xêzikan dihêle; ji bo cilkirina destpêkê minasib e.

Cilşandina Kîmyayî û Mekanîkî (CMP): Xêzikan bi rêya gravkirina kîmyewî radike; ji bo cilşandina rastîn guncaw e.

Gravkirina hîdrojenê: Amûrên tevlihev hewce dike, ku bi gelemperî di pêvajoyên HTCVD de têne bikar anîn.

Cilşandina bi alîkariya plazmayê: Aloz e û kêm caran tê bikaranîn.

Cilûbergkirina tenê bi rêbaza mekanîkî dibe sedema xêzikan, lê cilûbergkirina tenê bi rêbaza kîmyewî dikare bibe sedema xêzkirina neyeksan. CMP herdu avantajan jî bi hev re dike yek û çareseriyek bikêr û lêçûn-bandor pêşkêş dike.

Prensîba Xebatê ya CMP

CMP bi zivirandina waferê di bin zexteke diyarkirî de li hember balîfeke cilalkirinê ya zivirî dixebite. Ev tevgera nisbî, digel aşınandina mekanîkî ji abrazîvên nano-mezinahî di nav şilavê de û çalakiya kîmyewî ya ajanên reaktîf, plankirina rûberê pêk tîne.

Materyalên sereke yên hatine bikar anîn:

Şileya cilalkirinê: Materyalên aşındêr û reagentên kîmyewî dihewîne.

Pelê cilalkirinê: Di dema karanînê de dişkê, mezinahiya kunan û karîgeriya radestkirina şilavê kêm dike. Ji bo sererastkirina hişkbûnê pêdivî bi cilalkirina birêkûpêk, bi gelemperî bi karanîna makîneya cilalkirina elmasê heye.

Pêvajoya CMP ya Tîpîk

Aşker: şileya elmasê ya 0.5 μm

Xurîya rûyê hedef: ~0.7 nm

Cilşandina Kîmyayî û Mekanîkî:

Amûrên cilalkirinê: Cilkerê yekalî yê AP-810

Zext: 200 g/cm²

Leza plakeyê: 50 rpm

Leza girtina seramîk: 38 rpm

Pêkhateya şilbûnê:

SiO₂ (30 wt%, pH = 10.15)

0–70 wt% H₂O₂ (30 wt%, pileya reagentê)

Bi karanîna 5% giraniya KOH û 1% giraniya HNO₃ pH-ê li ser 8.5-ê verast bikin.

Rêjeya herikîna şilavê: 3 L/min, ji nû ve tê gerandin

Ev pêvajo bi bandor kalîteya waflê SiC baştir dike û hewcedariyên ji bo pêvajoyên paşîn bicîh tîne.

Zehmetiyên Teknîkî di Cilûbergkirina Mekanîkî de

SiC, wekî nîvconductorek bi bandgapek fireh, di pîşesaziya elektronîkê de roleke girîng dilîze. Bi taybetmendiyên fîzîkî û kîmyewî yên hêja, krîstalên yekane yên SiC ji bo hawîrdorên dijwar, wekî germahiya bilind, frekansa bilind, hêza bilind, û berxwedana tîrêjê guncaw in. Lêbelê, xwezaya wê ya hişk û şikestî ji bo hûrkirin û cilkirinê dijwarîyên mezin derdixe holê.

Her ku hilberînerên pêşeng ên cîhanî ji waferên 6 înç ber bi 8 înç ve diçin, pirsgirêkên wekî şikestin û zirara waferê di dema hilberandinê de bêtir derketine holê, ku bandorek girîng li ser hilberînê dike. Çareserkirina pirsgirêkên teknîkî yên substratên SiC yên 8 înç niha pîvanek sereke ye ji bo pêşkeftina pîşesaziyê.

Di serdema 8 înç de, pêvajoya waflên SiC bi gelek pirsgirêkan re rû bi rû dimîne:

Pîvana waferê ji bo zêdekirina hilberîna çîpê ya di her komê de, kêmkirina windabûna qiraxan, û kêmkirina lêçûnên hilberînê - bi taybetî ji ber daxwaza zêde di sepanên wesayîtên elektrîkê de - pêdivî ye.

Her çiqas mezinbûna krîstalên yekane yên SiC yên 8 înç gihîştibe jî, pêvajoyên paşîn ên wekî hûrkirin û cilkirin hîn jî bi astengiyan re rû bi rû dimînin, ku di encamê de berdêla kêm çêdibe (tenê %40-50).

Waflên mezintir belavkirinên zextê yên tevlihevtir dibînin, ku dijwariya birêvebirina stresa cilkirinê û yekrengiya berdêlê zêde dike.

Her çend qalindahiya waferên 8 înç nêzîkî qalindahiya waferên 6 înç be jî, ew di dema destgirtinê de ji ber stres û xwarbûnê bêtir meyildar in ku zirarê bibînin.

Ji bo kêmkirina stres, xwarbûn û şikestina têkildarî birrînê, birrîna lazerê her ku diçe zêdetir tê bikar anîn. Lêbelê:

Lazerên dirêj-pêla dirêj dibin sedema zirara germî.

Lazerên bi dirêjahiya pêlên kurt bermayiyên giran çêdikin û qata zirarê kûrtir dikin, bi vî awayî tevliheviya cilkirinê zêde dikin.

Herikîna Karê Cilûbergkirina Mekanîkî ji bo SiC

Pêvajoya gelemperî ya werzîşê ev in:

Birîna arastekirinê

Hêrandina qalind

Hûrkirina zirav

Cilûbergkirina mekanîkî

Polîşkirina Kîmyewî-Mekanîkî (CMP) wekî gava dawîn

Hilbijartina rêbaza CMP, sêwirana rêya pêvajoyê, û çêtirkirina parametreyan pir girîng in. Di çêkirina nîvconductoran de, CMP gava diyarker e ji bo hilberîna waflên SiC bi rûberên pir nerm, bê kêmasî û bê zirar, ku ji bo mezinbûna epitaksiyal a bi kalîte bilind girîng in.

(a) Qelpaxa SiC ji kelekê derxin;

(b) Şêwekirina destpêkê bi karanîna hûrkirina qûtra derve pêk bînin;

(c) Bi karanîna xêzên hevrêzkirinê an jî xêzên xêzkirinê, arasteya krîstalê diyar bike;

(d) Bi karanîna birrîna pir-têl, îngotê bikin waflên tenik;

(e) Bi gavên hûrkirin û cilkirinê, rûyekî nerm û cilkirî bi dest bixin.

Piştî temamkirina rêze gavên pêvajoyê, qiraxa derve ya wafera SiC pir caran tûj dibe, ku di dema destgirtin an karanînê de xetera şikestinê zêde dike. Ji bo pêşîgirtina li vê nazikiyê, hûrkirina qiraxan pêdivî ye.

Ji bilî pêvajoyên perçekirinê yên kevneşopî, rêbazek nûjen ji bo amadekirina waferên SiC teknolojiya girêdanê jî dihewîne. Ev rêbaz çêkirina waferan bi girêdana qatek krîstala yekane ya SiC ya zirav bi substratek nehomojen (substrata piştgirî) re gengaz dike.

Wêne 3 herikîna pêvajoyê nîşan dide:

Pêşî, bi rêya çandina îyonên hîdrojenê an teknîkên wekhev, çîneke veqetandinê li kûrahiyek diyarkirî li ser rûyê krîstala yekane ya SiC tê çêkirin. Dû re krîstala yekane ya SiC ya pêvajoyî bi substratek piştgirî ya deşt ve tê girêdan û di bin zext û germê de tê hiştin. Ev yek dihêle ku çîna krîstala yekane ya SiC bi serkeftî were veguhastin û veqetandin li ser substrata piştgirî.

Qata SiC ya veqetandî ji bo bidestxistina şilbûna pêwîst, rûyê wê tê dermankirin û di pêvajoyên girêdanê yên paşê de dikare ji nû ve were bikar anîn. Li gorî perçekirina kevneşopî ya krîstalên SiC, ev teknîk daxwaza materyalên biha kêm dike. Her çend pirsgirêkên teknîkî hîn jî hebin jî, lêkolîn û pêşkeftin bi awayekî çalak pêşve diçin da ku hilberîna waferê bi lêçûnek kêmtir gengaz bikin.

Ji ber hişkbûna bilind û aramiya kîmyewî ya SiC - ku wê di germahiya odeyê de li hember reaksiyonan berxwedêr dike - ji bo rakirina qulên hûrkirinê yên nazik, kêmkirina zirara rûyê, ji holê rakirina xêzikan, qul û kêmasiyên qalikê porteqalê, kêmkirina hişkbûna rûyê, baştirkirina rûberê û zêdekirina kalîteya rûyê, pêdivî bi cilkirina mekanîkî heye.

Ji bo bidestxistina rûyek cilalkirî ya bi kalîte bilind, pêdivî ye ku:

Cureyên abrazîv rast bike,

Mezinahiya perçeyan kêm bike,

Parametreyên pêvajoyê çêtir bikin,

Materyal û balîfên cilalkirinê yên bi hişkbûna têr hilbijêrin.

Wêne 7 nîşan dide ku cilandina du alî bi abrazîvên 1 μm dikare guherîna rûberê di nav 10 μm de kontrol bike, û hişkiya rûyê wê heta dora 0.25 nm kêm bike.

3.2 Cilşandina Kîmyewî û Mekanîkî (CMP)

Cilşandina Kîmyewî-Mekanîkî (CMP) aşınandina perçeyên ultrahin bi xavkirina kîmyewî re dike yek da ku rûyek nerm û rûberî li ser materyalê ku tê hilberandin çêbike. Prensîba bingehîn ev e:

Di navbera şilava cilalkirinê û rûyê waferê de reaksiyonek kîmyewî çêdibe, û çînek nerm çêdibe.

Xurandina di navbera perçeyên aşınker û çîna nerm de materyalê ji holê radike.

Avantajên CMP:

Dezawantajên cilalkirina bi tevahî mekanîkî an kîmyewî derbas dike,

Plansaziya gerdûnî û herêmî bi dest dixe,

Rûyên bi rûtbûnek bilind û xavbûnek kêm hildiberîne,

Li ser rû û bin rû zirarê nahêle.

Bi kite kit:

Wafl di bin zextê de li gorî balîfa cilalkirinê tevdigere.

Aşravkarên bi pîvana nanometre (mînak, SiO₂) ên di şilavê de beşdarî şikestinê dibin, girêdanên kovalent ên Si-C qels dikin û rakirina materyalê zêde dikin.

Cureyên Teknîkên CMP:

Cilkirina Abrazîv a Azad: Abrazîv (mînak, SiO₂) di nav şilavê de tên daliqandin. Rakirina materyalê bi rêya aşınandina sê-laşî (wafer-bal-aşın) pêk tê. Mezinahiya abrazîv (bi gelemperî 60-200 nm), pH, û germahî divê bi baldarî werin kontrol kirin da ku yekrengî baştir bibe.

Cilşandina Abrazîv a Sabît: Abrazîv di nav balîfa cilşandinê de têne bicîh kirin da ku pêşî li kombûnê bigirin - ji bo pêvajoyek rastbûna bilind îdeal e.

Paqijkirina Piştî Cilkirinê:

Waflên polîşkirî di bin van şertan de ne:

Paqijkirina kîmyewî (di nav de rakirina ava DI û bermayiyên şiliyê),

Şuştina bi ava DI, û

Hişkkirina nîtrojena germ

ji bo kêmkirina qirêjiya rûyê erdê.

Kalîteya Rûyê & Performans

Xurîya rûberê dikare heta Ra < 0.3 nm were kêmkirin, ku ev yek pêdiviyên epitaksîya nîvconductor bicîh tîne.

Plankirina Gerdûnî: Têkeliya nermkirina kîmyewî û rakirina mekanîkî xêzikandin û gravkirina neyeksan kêm dike, û ji rêbazên mekanîkî an kîmyewî yên saf çêtir performansê nîşan dide.

Karîgeriya Bilind: Ji bo materyalên hişk û şikestî yên mîna SiC, bi rêjeyên rakirina materyalê yên li jor 200 nm/h guncan e.

Teknîkên Din ên Cilûbergkirinê yên Derketî

Ji bilî CMP, rêbazên alternatîf jî hatine pêşniyarkirin, di nav de:

Cilşandina elektroşîmyayî, Cilşandin an gravkirina bi alîkariya katalîzator, û

Cilûbergkirina trîbokîmyayî.

Lêbelê, ev rêbaz hîn jî di qonaxa lêkolînê de ne û ji ber taybetmendiyên dijwar ên materyalê SiC hêdî hêdî pêş ketine.

Di dawiyê de, hilberandina SiC pêvajoyek hêdî hêdî ye ji bo kêmkirina xwarbûn û hişkbûnê ji bo baştirkirina kalîteya rûyê, ku kontrolkirina rûber û hişkbûnê di her qonaxê de girîng in.

Teknolojiya Pêvajoyê

Di qonaxa hûrkirina waferê de, şileya elmasê ya bi mezinahîyên perçeyên cuda tê bikar anîn da ku waferê bigihîne lûs û hişkbûna rûyê pêwîst. Piştî vê yekê, cilkirin tê kirin, bi karanîna teknîkên cilkirina mekanîkî ya mekanîkî û kîmyewî (CMP) da ku waferên silicon carbide (SiC) yên cilkirî yên bê zirar werin hilberandin.

Piştî cilkirinê, waferên SiC bi karanîna amûrên wekî mîkroskopên optîkî û difraktometreyên tîrêjên X-ê vekolîna kalîteyê ya hişk derbas dikin da ku piştrast bibin ku hemî parametreyên teknîkî li gorî standardên pêwîst in. Di dawiyê de, waferên cilkirî bi karanîna ajanên paqijkirinê yên taybetî û ava ultrapaqij têne paqij kirin da ku gemarên rûyê werin rakirin. Dûv re ew bi karanîna gaza nîtrojenê ya paqijiya ultra bilind û zuwakerên spin têne hişk kirin, bi vî rengî tevahiya pêvajoya hilberînê temam dibe.

Piştî salan ji hewildanan, di hilberandina krîstalên yekane yên SiC de li Çînê pêşketineke girîng çêbûye. Li hundirê welêt, krîstalên yekane yên nîv-îzolekirî yên 4H-SiC yên dopkirî yên 100 mm bi serkeftî hatine pêşxistin, û krîstalên yekane yên 4H-SiC yên tîpa-n û 6H-SiC niha dikarin bi komî werin hilberandin. Şîrketên mîna TankeBlue û TYST berê krîstalên yekane yên SiC yên 150 mm pêşxistine.

Di warê teknolojiya hilberandina waferên SiC de, saziyên navxweyî şert û mercên pêvajoyê û rêyên ji bo perçekirin, hûrkirin û cilandina krîstalan lêkolîn kirine. Ew dikarin nimûneyên ku bi bingehîn şertên çêkirina cîhazan bicîh tînin hilberînin. Lêbelê, li gorî standardên navneteweyî, kalîteya hilberandina rûyê waferên navxweyî hîn jî bi girîngî li paş e. Çend pirsgirêk hene:

Teorî û teknolojiyên hilberandina SiC-ê yên navneteweyî bi hişkî têne parastin û gihîştina wan bi hêsanî ne gengaz e.

Ji bo başkirin û baştirkirina pêvajoyê kêmasiya lêkolîna teorîk û piştgirîyê heye.

Mesrefa hawirdekirina alav û pêkhateyên biyanî zêde ye.

Lêkolîna navxweyî li ser sêwirana alavan, rastbûna hilberandinê û materyalan hîn jî li gorî astên navneteweyî kêmasiyên girîng nîşan dide.

Niha, piraniya amûrên rastbûna bilind ên li Çînê têne bikar anîn ji derve tên. Amûr û rêbazên ceribandinê jî hewceyê başkirinên bêtir in.

Bi pêşveçûna berdewam a nîvconductorên nifşa sêyemîn re, qûtra substratên krîstala yekane ya SiC bi berdewamî zêde dibe, digel pêdiviyên bilindtir ji bo kalîteya pêvajoya rûberê. Teknolojiya pêvajoya waferê piştî mezinbûna krîstala yekane ya SiC bûye yek ji gavên teknîkî yên herî dijwar.

Ji bo çareserkirina pirsgirêkên heyî di hilberandinê de, girîng e ku mekanîzmayên di birîn, hûrkirin û cilandinê de bêtir werin lêkolîn kirin, û rêbaz û rêyên pêvajoyê yên guncaw ji bo çêkirina waferên SiC werin keşif kirin. Di heman demê de, pêdivî ye ku ji teknolojiyên hilberandina navneteweyî yên pêşkeftî fêr bibin û teknîk û alavên makînekirina ultra-rast ên herî pêşkeftî werin pejirandin da ku substratên bi kalîte bilind werin hilberandin.

Her ku mezinahiya waferê zêde dibe, zehmetiya mezinbûn û hilberandina krîstalê jî zêde dibe. Lêbelê, karîgeriya hilberînê ya cîhazên jêrîn bi girîngî baştir dibe, û lêçûna yekîneyê kêm dibe. Niha, dabînkerên sereke yên waferê SiC li çaraliyê cîhanê hilberên bi qûtra ji 4 înç heta 6 înç pêşkêş dikin. Şîrketên pêşeng ên wekî Cree û II-VI jixwe dest bi plansazkirina pêşxistina xetên hilberîna waferê SiC yên 8 înç kirine.