SiC пластиналарын эшкәртү технологиясенең хәзерге торышы һәм тенденцияләре

Өченче буын ярымүткәргеч субстрат материалы буларак,кремний карбиды (SiC)Монокристалл югары ешлыклы һәм югары куәтле электрон җайланмалар җитештерүдә киң куллану перспективаларына ия. SiC эшкәртү технологиясе югары сыйфатлы субстрат материаллары җитештерүдә хәлиткеч роль уйный. Бу мәкаләдә Кытайда да, чит илләрдә дә SiC эшкәртү технологияләре буенча хәзерге тикшеренүләрнең торышы тәкъдим ителә, кисү, тарту һәм ялтырату процесслары механизмнары анализлана һәм чагыштырыла, шулай ук ​​пластина яссылыгы һәм өслекнең тупаслыгы тенденцияләре карала. Шулай ук ​​SiC пластина эшкәртүдәге булган кыенлыклар күрсәтелә һәм киләчәк үсеш юнәлешләре карала.

Кремний карбиды (SiC)Пластиналар өченче буын ярымүткәргеч җайланмалар өчен мөһим нигез материаллары булып тора һәм микроэлектроника, көч электроникасы һәм ярымүткәргеч яктырту кебек өлкәләрдә зур әһәмияткә һәм базар потенциалына ия. Бик югары катылык һәм химик тотрыклылык аркасындаSiC монокристаллары, традицион ярымүткәргеч эшкәртү ысуллары аларны эшкәртү өчен тулысынча яраклы түгел. Күп кенә халыкара компанияләр SiC монокристалларын техник яктан катлаулы эшкәртү буенча киң тикшеренүләр үткәрсәләр дә, тиешле технологияләр катгый сер итеп саклана.

Соңгы елларда Кытай SiC монокристалл материалларын һәм җайланмаларын эшләүдә тырышлыкларны арттырды. Ләкин, илдә SiC җайланмалары технологиясенең алга китүе хәзерге вакытта эшкәртү технологияләре һәм пластина сыйфатындагы чикләүләр белән чикләнә. Шуңа күрә, Кытай өчен SiC монокристалл субстратларының сыйфатын яхшырту һәм аларны гамәли куллануга һәм күпләп җитештерүгә ирешү өчен SiC эшкәртү мөмкинлекләрен яхшырту бик мөһим.

Төп эшкәртү адымнары түбәндәгеләрне үз эченә ала: кисү → эре тарту → вак тарту → тупас полировкалау (механик полировкалау) → вак полировкалау (химик механик полировкалау, CMP) → тикшерү.

SiC монокристалларын кисү

эшкәртүдәSiC монокристаллары, кисү - беренче һәм бик мөһим адым. Кисү процессы нәтиҗәсендә пластинаның җәясе, борылышы һәм гомуми калынлык үзгәреше (TTV) аннан соңгы тарту һәм ялтырату операцияләренең сыйфатын һәм нәтиҗәлелеген билгели.

Кисү коралларын формасы буенча ромблы эчке диаметрлы (ID) пычкылар, тышкы диаметрлы (OD) пычкылар, тасмалы пычкылар һәм чыбыклы пычкылар дип бүлеп була. Чыбыклы пычкыларны, үз чиратында, хәрәкәт төре буенча кире әйләнешле һәм элмәкле (чиксез) чыбык системаларына бүлеп була. Абразивның кисү механизмына нигезләнеп, чыбыклы пычкы кисү ысулларын ике төргә бүлеп була: ирекле абразив чыбыклы пычкы һәм хәрәкәтсез абразив алмаз чыбыклы пычкы.

1.1 Традицион кисү ысуллары

Тышкы диаметрлы (ТД) пычкыларның кисү тирәнлеге пычакның диаметры белән чикләнә. Кисү процессында пычак тибрәнү һәм тайпылышка бирешүчән, бу югары тавыш дәрәҗәсенә һәм начар катылыкка китерә. Эчке диаметрлы (ЭД) пычкыларда пычакның эчке әйләнәсендә кисү кырые буларак алмаз абразивлары кулланыла. Бу пычаклар 0,2 мм га кадәр нечкә булырга мөмкин. Кисү вакытында ЭД пычагы югары тизлектә әйләнә, ә киселәчәк материал пычакның үзәгенә карата радиаль хәрәкәтләнә, бу чагыштырма хәрәкәт аша кисүгә ирешелә.

Алмаз тасмалы пычкылар еш тукталышлар һәм кире борылышлар таләп итә, һәм кисү тизлеге бик түбән - гадәттә 2 м/с тан артмый. Алар шулай ук ​​зур механик тузудан һәм югары хезмәт күрсәтү чыгымнарыннан интегә. Пычкы пычагы киңлеге аркасында кисү радиусы бик кечкенә була алмый, һәм күп кисемле кисү мөмкин түгел. Бу традицион кисү кораллары нигезнең катылыгы белән чикләнгән һәм кәкре кисүләр ясый алмый яки борылу радиуслары чикләнгән. Алар бары тик туры кисүләр генә ясый ала, киң борылышлар ясый, түбән борылыш дәрәҗәсенә ия, шуңа күрә кисү өчен яраксыз.SiC кристаллары.

1.2 Ирекле абразив чыбыклы пычкы белән күп чыбыклы кисү

Ирекле абразив чыбыклы пычкы белән кисү техникасы чыбыкның тиз хәрәкәтен кулланып, суспензияне керфка күчерә, бу материалны алып ташларга мөмкинлек бирә. Ул, нигездә, кире әйләнешле структураны куллана һәм хәзерге вакытта монокристалл кремнийны күп пластиналы нәтиҗәле кисү өчен өлгергән һәм киң кулланыла торган ысул булып тора. Ләкин аның SiC кисүдә кулланылышы азрак өйрәнелгән.

Ирекле абразив чыбыклы пычкылар 300 мкм дан кимрәк калынлыктагы пластиналарны эшкәртә ала. Алар түбән кәкрелек югалтуларын тәэмин итә, сирәк кенә ватылуларга китерә һәм чагыштырмача яхшы өслек сыйфатына китерә. Ләкин, абразивларның тәгәрмәчләнүенә һәм чокырлануына нигезләнгән материалны бетерү механизмы аркасында, пластина өслегендә зур калдык көчәнеш, микроярыклар һәм тирәнрәк зыян катламнары барлыкка килә. Бу пластинаның кәкреләнүенә китерә, өслек профиленең төгәллеген контрольдә тотуны катлауландыра һәм аннан соңгы эшкәртү адымнарына йөкләнешне арттыра.

Кисү нәтиҗәлелегенә суспензия нык тәэсир итә; абразивларның үткенлеген һәм суспензия концентрациясен саклап калу кирәк. Суспензияне эшкәртү һәм кабат эшкәртү кыйммәткә төшә. Зур күләмле коелмаларны кискәндә, абразивлар тирән һәм озын кисәкләргә үтеп керүдә кыенлыклар кичерә. Бер үк абразив бөртек зурлыгында, кисәк югалтулары даими абразив чыбыклы пычкыларныкына караганда күбрәк.

1.3 Берничә чыбыклы кисү өчен билгеләнгән абразив алмаз чыбыклы пычкы

Фиксацияләнгән абразив алмаз чыбыклы пычкылар, гадәттә, алмаз кисәкчәләрен корыч чыбык нигезенә электрокаплау, бломбалау яки смола белән бәйләү ысуллары ярдәмендә урнаштыру юлы белән ясала. Галваникланган алмаз чыбыклы пычкылар таррак кисәкләр, яхшырак кисү сыйфаты, югарырак нәтиҗәлелек, түбән пычрану һәм югары катылыктагы материалларны кисү мөмкинлеге кебек өстенлекләргә ия.

Хәзерге вакытта SiC кисү өчен иң киң кулланыла торган ысул - кире әйләнүче электролизлы алмаз чыбыклы пычкы. 1 нче рәсемдә (монда күрсәтелмәгән) бу техника ярдәмендә киселгән SiC пластиналарының өслек тигезлеге күрсәтелгән. Кисү дәвам иткән саен, пластинаның кәкрелеге арта. Чөнки чыбык аска таба хәрәкәт иткәндә, чыбык һәм материал арасындагы контакт мәйданы арта, каршылык һәм чыбык тибрәнүе арта. Чыбык пластинаның максималь диаметрына җиткәч, тибрәнү иң югары ноктасында була, нәтиҗәдә максималь кәкрелеккә ирешә.

Кисүнең соңгы этапларында, чыбыкның тизләнеше, тотрыклы тизлек белән хәрәкәте, әкренәюе, туктавы һәм кире борылуы аркасында, шулай ук ​​суыткыч белән чүп-чарны бетерүдә кыенлыклар булу сәбәпле, пластинаның өслек сыйфаты начарлана. Чыбыкның кире борылуы һәм тизлек тирбәнешләре, шулай ук ​​чыбыктагы зур алмаз кисәкчәләре өслек сыдырылуларының төп сәбәпләре булып тора.

1.4 Салкын аеру технологиясе

SiC монокристалларын салкын аеру - өченче буын ярымүткәргеч материалларны эшкәртү өлкәсендә инновацион процесс. Соңгы елларда ул чыгышны арттыру һәм материал югалтуларын киметүдәге күренекле өстенлекләре аркасында зур игътибар җәлеп итә. Технологияне өч аспекттан анализларга мөмкин: эш принцибы, процесс агымы һәм төп өстенлекләр.

Кристалл юнәлешен билгеләү һәм тышкы диаметрны тарту: Эшкәртү алдыннан SiC коелмасының кристалл юнәлешен билгеләргә кирәк. Аннары коелма тышкы диаметрны тарту юлы белән цилиндрик структурага (гадәттә SiC шайбасы дип атала) формалаштырыла. Бу адым аннан соң юнәлешле кисү һәм кисү өчен нигез сала.

Күп чыбыклы кисү: Бу ысул цилиндрик коелманы кисү өчен абразив кисәкчәләрне кисү чыбыклары белән берләштерә. Ләкин, ул зур күләмдә борылыш югалту һәм өслек тигезсезлеге проблемаларыннан интегә.

Лазер белән кисү технологиясе: Лазер кристалл эчендә үзгәртелгән катлам формалаштыру өчен кулланыла, аннан нечкә кисәкләрне аерып алырга мөмкин. Бу ысул материал югалтуларын киметә һәм эшкәртү нәтиҗәлелеген арттыра, бу аны SiC пластиналарын кисү өчен өметле яңа юнәлеш итә.

Кисү процессын оптимальләштерү

Фиксацияләнгән абразив күп чыбыклы кисү: Бу хәзерге вакытта төп технология, SiC югары катылык үзенчәлекләре өчен бик яраклы.

Электр разрядларын эшкәртү (EDM) һәм салкын аеру технологиясе: Бу ысуллар билгеле бер таләпләргә туры китерелгән төрле чишелешләр тәкъдим итә.

Шлифовкалау процессы: Материалны бетерү тизлеге һәм өслекнең зыян күрүе арасындагы тигезлекне саклау бик мөһим. Өслекнең тигезлеген яхшырту өчен химик-механик шлифовкалау (ХМШ) кулланыла.

Реаль вакыт режимында мониторинг: Өслекнең тигезсезлеген реаль вакыт режимында күзәтү өчен онлайн тикшерү технологияләре кертелә.

Лазер белән кисү: Бу ысул кисү югалтуларын киметә һәм эшкәртү циклларын кыскарта, гәрчә җылылык тәэсир иткән зона авыр булып калса да.

Гибрид эшкәртү технологияләре: механик һәм химик ысулларны берләштерү эшкәртү нәтиҗәлелеген арттыра.

Бу технология инде сәнәгатьтә кулланылышка кертелгән. Мәсәлән, Infineon SILTECTRA компаниясен сатып алган һәм хәзер 8 дюймлы пластиналарны күпләп җитештерүне хуплаучы төп патентларга ия. Кытайда Delong Laser кебек компанияләр 6 дюймлы пластиналарны эшкәртү өчен бер коелмага 30 пластина җитештерү нәтиҗәлелегенә ирештеләр, бу традицион ысуллар белән чагыштырганда 40% яхшырак.

Җирле җиһазлар җитештерү тизләнеш алган саен, бу технология SiC субстрат эшкәртү өчен төп чишелешкә әйләнер дип көтелә. Ярымүткәргеч материалларның диаметры арту белән, традицион кисү ысуллары искерде. Хәзерге вариантлар арасында поршеньле алмаз чыбыклы пычкы технологиясе иң өметле куллану перспективаларын күрсәтә. Лазер белән кисү, яңа техника буларак, зур өстенлекләр бирә һәм киләчәктә төп кисү ысулына әйләнер дип көтелә.

2,SiC бер кристалллы тарту

Өченче буын ярымүткәргечләр вәкиле буларак, кремний карбиды (SiC) киң зона аралыгы, югары җимерелү электр кыры, югары туендырылган электрон дрейф тизлеге һәм бик яхшы җылылык үткәрүчәнлеге аркасында зур өстенлекләр бирә. Бу үзенчәлекләр SiCны югары вольтлы кушымталарда (мәсәлән, 1200В мохиттә) аеруча отышлы итә. SiC субстратларын эшкәртү технологиясе җайланмалар ясауның төп өлеше булып тора. Субстратның өслек сыйфаты һәм төгәллеге эпитаксиаль катлам сыйфатына һәм соңгы җайланманың эшчәнлегенә турыдан-туры тәэсир итә.

Тарту процессының төп максаты - кисү вакытында өслек пычкысы эзләрен һәм зыян катламнарын бетерү, һәм кисү процессы нәтиҗәсендә барлыкка килгән деформацияне төзәтү. SiC бик югары катылыгын исәпкә алып, тарту өчен бор карбиды яки алмаз кебек каты абразивлар куллану кирәк. Гадәти тарту гадәттә эре тарту һәм вак тарту дип бүленә.

2.1 Тупас һәм вак итеп тарту

Абразив кисәкчәләрнең зурлыгына карап, тартуны түбәндәгечә бүлеп була:

Тупас тарту: Зуррак абразивлар, нигездә, кисү вакытында килеп чыккан пычкы эзләрен һәм зыян катламнарын бетерү өчен кулланыла, эшкәртү нәтиҗәлелеген яхшырта.

Нечкә тарту: Тупас тартудан калган зыян катламын бетерү, өслекнең тигезсезлеген киметү һәм өслек сыйфатын яхшырту өчен нечкә абразивлар куллана.

Күп кенә җирле SiC субстрат җитештерүчеләре зур күләмле җитештерү процессларын кулланалар. Гадәти ысул чуен пластина һәм монокристалл алмаз суспензиясе ярдәмендә ике яклы тартуны үз эченә ала. Бу процесс чыбык кисүдән калган зыян катламын нәтиҗәле рәвештә бетерә, пластина формасын төзәтә һәм TTV (тулы калынлык үзгәреше), бөгелеш һәм варпны киметә. Материалны бетерү тизлеге тотрыклы, гадәттә 0,8–1,2 мкм/мин җитә. Ләкин, нәтиҗәдә пластина өслеге чагыштырмача югары тупаслыкка ия ​​- гадәттә якынча 50 нм - мат төстә, бу исә аннан соңгы ялтырату адымнарына югарырак таләпләр куя.

2.2 Бер яклы тарту

Берьяклы тарту берьюлы пластинаның бер ягын гына эшкәртә. Бу процесс барышында пластина корыч пластинага балавыз белән беркетелә. Басым астында нигез бераз деформациягә дучар була, һәм өске өслек яссылана. Тартканнан соң, аскы өслек тигезләнә. Басым бетерелгәч, өске өслек үзенең башлангыч формасына кайта, бу инде җир астындагы аскы өслеккә дә тәэсир итә - ике якның да кәкреләнүенә һәм яссылыкка әйләнүенә китерә.

Моннан тыш, тарту пластинасы кыска вакыт эчендә эчкә батып, пластинаның кабарынкы булуына китерергә мөмкин. Пластинаның яссылыгын саклап калу өчен, еш кына эшкәртү кирәк. Түбән нәтиҗәлелек һәм начар яссылык аркасында, бер яклы тарту күпләп җитештерү өчен яраклы түгел.

Гадәттә, вак тарту өчен #8000 шлифовкалау тәгәрмәчләре кулланыла. Япониядә бу процесс чагыштырмача өлгергән һәм хәтта #30000 шлифовкалау тәгәрмәчләрен дә куллана. Бу эшкәртелгән пластиналарның өслек тигезсезлеген 2 нм дан да кимрәк итәргә мөмкинлек бирә, бу пластиналарны өстәмә эшкәртүсез соңгы CMP (Химик механик шлифовка) өчен әзерли.

2.3 Бер яклы сирәкләү технологиясе

Алмазлы бер яклы нечкәләштерү технологиясе - бер яклы тартуның яңа ысулы. 5 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә (монда күрсәтелмәгән), бу процесс алмаз белән бәйләнгән тарту пластинасын куллана. Пластинка вакуум адсорбциясе ярдәмендә ныгытыла, шул ук вакытта пластина да, алмазлы тарту тәгәрмәче дә бер үк вакытта әйләнә. Тарту тәгәрмәче пластинаны максатчан калынлыкка кадәр нечкәләштерү өчен әкренләп аска таба хәрәкәт итә. Бер ягы эшләнеп беткәч, пластина икенче ягын эшкәртү өчен әйләндерелә.

100 мм пластинаны сирәкләгәннән соң, түбәндәгеләргә ирешергә мөмкин:

Җәя < 5 мкм

TTV < 2 мкм

Өслекнең тигезсезлеге < 1 нм

Бу бер пластиналы эшкәртү ысулы югары тотрыклылык, югары консистенция һәм югары материалны алу тизлеге бирә. Гадәти ике яклы тарту белән чагыштырганда, бу ысул тарту нәтиҗәлелеген 50% тан артыкка яхшырта.

2.4 Ике яклы тарту

Ике яклы тартуда өске һәм аскы тарту пластинасы кулланыла, бу нигезнең ике ягын да бер үк вакытта тарту өчен кулланыла, бу ике яктан да югары сыйфатлы өслек тәэмин итә.

Процесс барышында, тарту пластиналары башта эш кисәгенең иң югары нокталарына басым ясый, бу деформациягә һәм шул нокталарда материалның әкренләп алынуына китерә. Югары нокталар тигезләнгән саен, нигезгә басым әкренләп тигезрәк була, нәтиҗәдә бөтен өслектә тотрыклы деформация барлыкка килә. Бу өске һәм аскы өслекләрне тигез итеп тартуга мөмкинлек бирә. Тарту тәмамлангач һәм басым чыгарылганнан соң, нигезнең һәр өлеше тигез басым аркасында тигез торгызыла. Бу минималь кәкрелеккә һәм яхшы яссылыкка китерә.

Вафлиның өслек тигезсезлеге абразив кисәкчәләрнең зурлыгына бәйле - кечерәк кисәкчәләр шомарак өслекләр бирә. Ике яклы вафли өчен 5 мкм абразивлар кулланганда, вафлиның яссылыгы һәм калынлыгы үзгәрүен 5 мкм эчендә контрольдә тотарга мөмкин. Атом көче микроскопиясе (AFM) үлчәүләре якынча 100 нм өслек тигезсезлеген (Rq) күрсәтә, вафли чокырлары 380 нм тирәнлектә һәм абразив тәэсиреннән килеп чыккан күренекле сызыклы эзләр бар.

Алга киткән ысул полиуретан күбекле ястыклар һәм поликристалл алмаз суспензиясе кулланып ике яклы тартуны үз эченә ала. Бу процесс бик түбән өслек тигезсезлеге булган пластиналар җитештерә, Ra < 3 нм га ирешә, бу SiC нигезләрен соңыннан шомарту өчен бик файдалы.

Шулай да, өслек тырналу хәл ителмәгән мәсьәлә булып кала. Моннан тыш, бу процесста кулланыла торган поликристалл алмаз шартлау синтезы юлы белән алына, бу техник яктан катлаулы, аз күләмдә бирелә һәм бик кыйммәт.

SiC монокристалларын ялтырату

Кремний карбиды (SiC) пластиналарында югары сыйфатлы ялтыратылган өслек алу өчен, ялтырату вакытында ваклау чокырлары һәм нанометр масштабындагы өслек дулкыннары тулысынча бетерелергә тиеш. Максат - пычрану яки җимерелү булмаган, җир асты зыяны булмаган һәм калдык өслек көчәнеше булмаган шома, кимчелексез өслек алу.

3.1 SiC пластиналарын механик яктан чистарту һәм CMP

SiC монокристалл коелмасы үскәннән соң, өслек кимчелекләре аны эпитаксиаль үсеш өчен турыдан-туры куллануга комачаулый. Шуңа күрә алга таба эшкәртү кирәк. Коелма башта түгәрәкләү аша стандарт цилиндрик формага китерелә, аннары чыбык кисү ярдәмендә пластиналарга киселә, аннары кристаллографик юнәлешне тикшерү үткәрелә. Шлифовкалау пластина сыйфатын яхшырту, кристалл үсеш кимчелекләре һәм алдагы эшкәртү адымнары аркасында килеп чыккан өслек зыянын бетерү өчен мөһим адым булып тора.

SiC өслегендәге зыян катламнарын бетерүнең дүрт төп ысулы бар:

Механик полировка: Гади, ләкин тырналган урыннар калдыра; башлангыч полировка өчен яраклы.

Химик механик полировка (ХМП): сыдырылган урыннарны химик гравировка ярдәмендә бетерә; төгәл полировкалау өчен яраклы.

Водород белән эшкәртү: HTCVD процессларында еш кулланыла торган катлаулы җиһазлар таләп итә.

Плазма ярдәмендә ялтырату: Катлаулы һәм сирәк кулланыла.

Механик яктан гына полировкалау тырналуларга китерә, ә химик яктан гына полировкалау тигез булмаган офортлауга китерергә мөмкин. CMP ике өстенлекне дә берләштерә һәм нәтиҗәле, экономияле чишелеш тәкъдим итә.

CMP эш принцибы

CMP пластинаны билгеләнгән басым астында әйләнүче полировкалау тактасына каршы әйләндереп эшли. Бу чагыштырма хәрәкәт, суспензиядәге нано-зурлыклы абразивлардан механик сөртү һәм реактив агентларның химик тәэсире белән берлектә, өслекнең яссылануына ирешә.

Кулланылган төп материаллар:

Шлифовкалау суспензиясе: Абразивлар һәм химик реагентлар бар.

Шлифовкалау өчен пластина: Куллану вакытында тузып бетә, бу тишекләр зурлыгын һәм суспензияне җиткерү нәтиҗәлелеген киметә. Катылыкны торгызу өчен даими эшкәртү, гадәттә, бриллиант шкаф куллану кирәк.

Гадәти CMP процессы

Абразив: 0,5 мкм алмаз суспензиясе

Максатчан өслекнең тигезсезлеге: ~0,7 нм

Химик механик полировка:

Шлифовкалау җиһазлары: AP-810 бер яклы шлифовкалау җайланмасы

Басым: 200 г/см²

Плита тизлеге: 50 әйләнү/мин

Керамик тотка тизлеге: 38 әйләнү/мин

Шлам составы:

SiO₂ (30 авырлык%, рН = 10.15)

0–70 авырлык % H₂O₂ (30 авырлык %, реагент дәрәҗәсе)

5 авырлык % KOH һәм 1 авырлык % HNO₃ кулланып, рН дәрәҗәсен 8,5кә кадәр көйләгез

Шлам агымы тизлеге: 3 л/мин, рециркуляцияләнгән

Бу процесс SiC пластинасы сыйфатын нәтиҗәле рәвештә яхшырта һәм агымдагы процесслар өчен таләпләргә туры килә.

Механик полировкалаудагы техник кыенлыклар

SiC, киң полоса аралыгы булган ярымүткәргеч буларак, электроника сәнәгатендә мөһим роль уйный. Бик яхшы физик һәм химик үзлекләре белән, SiC монокристаллары югары температура, югары ешлык, югары куәт һәм нурланышка чыдамлык кебек экстремаль мохитләр өчен яраклы. Ләкин аның каты һәм сынучан табигате тарту һәм ялтырату өчен зур кыенлыклар тудыра.

Дөньяның алдынгы җитештерүчеләре 6 дюймлы пластиналардан 8 дюймлы пластиналарга күчкәндә, эшкәртү вакытында ярылу һәм пластинаның зарарлануы кебек проблемалар тагын да ачыклана башлады, бу уңышка сизелерлек йогынты ясый. 8 дюймлы SiC субстратларының техник проблемаларын хәл итү хәзер тармакның алгарышы өчен төп эталон булып тора.

8 дюймлы чорда SiC пластиналарын эшкәртү күпсанлы кыенлыклар белән очраша:

Пластинаны масштаблау, бер партиягә чип чыгаруны арттыру, кырый югалтуларын киметү һәм җитештерү чыгымнарын киметү өчен кирәк, бигрәк тә электромобильләр куллануында сорау артуын исәпкә алганда.

8 дюймлы SiC монокристалларының үсеше өлгергән булса да, тарту һәм ялтырату кебек арткы процесслар әле дә кыенлыклар белән очраша, бу исә түбән нәтиҗәгә китерә (нибары 40–50%).

Зуррак пластиналар катлаулырак басым бүленешләренә дучар була, бу полировкалау стрессын һәм агып чыгу консистенциясен идарә итүне авырайта.

8 дюймлы пластиналарның калынлыгы 6 дюймлы пластиналарныкына якынлашса да, алар куллану вакытында киеренкелек һәм кәкрелек аркасында зыян күрүгә күбрәк бирешәләр.

Кисү белән бәйле киеренкелекне, кәкрелекне һәм ярылуны киметү өчен, лазер белән кисү ешрак кулланыла. Ләкин:

Озын дулкынлы лазерлар термик зыян китерә.

Кыска дулкынлы лазерлар авыр чүп-чар барлыкка китерә һәм зыян катламын тирәнәйтә, шуның белән полировкалау катлаулылыгын арттыра.

SiC өчен механик полировкалау эш процессы

Гомуми процесс агымы түбәндәгеләрне үз эченә ала:

Ориентация кисү

Тупас тарту

Вак итеп тарту

Механик полировкалау

Соңгы адым буларак химик-механик полировка (CMP)

CMP ысулын сайлау, процесс маршрутын проектлау һәм параметрларны оптимальләштерү бик мөһим. Ярымүткәргечләр җитештерүдә CMP югары сыйфатлы эпитаксиаль үсеш өчен бик шома, кимчелексез һәм зыянсыз өслекле SiC пластиналарын җитештерү өчен билгеләүче адым булып тора.

(а) SiC коелмасын тигельдән алыгыз;

(b) Тышкы диаметрны уеп, башлангыч формалаштыруны башкарыгыз;

(в) Кристаллның юнәлешен тигезләү яссылыклары яки уемнар ярдәмендә билгеләгез;

(d) Күп чыбыклы пычкы ярдәмендә коелманы нечкә пластиналарга кисегез;

(e) Шлифовкалау һәм ялтырату этаплары аша көзге кебек тигез өслеккә ирешегез.

Берничә эшкәртү адымын тәмамлаганнан соң, SiC пластинасының тышкы кырые еш кына үткен була, бу эшкәртү яки куллану вакытында ватылу куркынычын арттыра. Мондый ватыклыкны булдырмас өчен, кырыйларны ышкырга кирәк.

Традицион кисү процессларыннан тыш, SiC пластиналарын әзерләүнең инновацион ысулы бәйләү технологиясен үз эченә ала. Бу ысул нечкә SiC монокристалл катламын гетероген субстратка (төп субстрат) беркетеп, пластиналар ясарга мөмкинлек бирә.

3 нче рәсемдә процесс процессы күрсәтелгән:

Башта, водород ионы имплантациясе яки охшаш ысуллар ярдәмендә SiC монокристалы өслегендә билгеле бер тирәнлектә деламинация катламы барлыкка килә. Аннары эшкәртелгән SiC монокристалы яссы терәк субстратына беркетелә һәм басым һәм җылылыкка дучар ителә. Бу SiC монокристаллы катламын терәк субстратына уңышлы күчерү һәм аеру мөмкинлеген бирә.

Аерылган SiC катламы кирәкле яссылыкка ирешү өчен өслек эшкәртүдән үтә һәм аннан соңгы бәйләү процессларында кабат кулланылырга мөмкин. SiC кристалларын традицион кисү белән чагыштырганда, бу ысул кыйммәтле материалларга ихтыяҗны киметә. Техник кыенлыклар сакланса да, арзанрак пластина җитештерү өчен тикшеренүләр һәм эшләнмәләр актив рәвештә алга бара.

SiC югары катылыгы һәм химик тотрыклылыгы аркасында (бу аны бүлмә температурасында реакцияләргә чыдам итә), вак тарту чокырларын бетерү, өслек зыянын киметү, тырналуларны, чокырлар барлыкка килүне һәм әфлисун кабыгы кимчелекләрен бетерү, өслекнең тигезсезлеген киметү, яссылыгын яхшырту һәм өслек сыйфатын яхшырту өчен механик полировка кирәк.

Югары сыйфатлы ялтыратылган өслек алу өчен түбәндәгеләр кирәк:

Абразив төрләрен көйләгез,

Кисәкчәләр зурлыгын киметү,

Процесс параметрларын оптимальләштерү,

Кирәкле катылыкка ия ​​булган ялтырату материалларын һәм такталарын сайлагыз.

7 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, 1 мкм абразивлар белән ике яклы ялтырату 10 мкм эчендә яссылык һәм калынлык үзгәрүен контрольдә тота ала, һәм өслекнең тигезсезлеген якынча 0,25 нм га кадәр киметә ала.

3.2 Химик механик полировка (ХМП)

Химик механик полировка (ХМП) эшкәртелә торган материалда шома, яссы өслек формалаштыру өчен ультра нечкә кисәкчәләрне абразивлаштыруны химик гравюра белән берләштерә. Төп принцип:

Шлифовкалау суспензиясе һәм пластина өслеге арасында химик реакция бара, йомшак катлам барлыкка килә.

Абразив кисәкчәләр һәм йомшак катлам арасындагы ышкылу материалны бетерә.

CMP өстенлекләре:

Механик яки химик полировканың кимчелекләрен бетерә,

Глобаль һәм җирле планлаштыруга ирешә,

Югары тигезлекле һәм түбән тупаслыклы өслекләр барлыкка китерә,

Өслеккә яки аста зыян китерми.

Тулырак:

Пластин басым астында полировкалау мәйданчыгына карата хәрәкәтләнә.

Шламдагы нанометр масштаблы абразивлар (мәсәлән, SiO₂) кисүдә катнаша, Si–C ковалент бәйләнешләрен киметә һәм материалны чыгаруны көчәйтә.

CMP техникалары төрләре:

Ирекле абразив полировка: Абразивлар (мәсәлән, SiO₂) суспензиядә асылынып тора. Материалны чыгару өч тәнле абразив (пластина-пластина-абразив) ярдәмендә башкарыла. Абразивның зурлыгы (гадәттә 60–200 нм), рН һәм температура бер төрле булу өчен төгәл контрольдә тотылырга тиеш.

Абразив материалларны даими рәвештә ялтырату: Абразив материаллар агломерацияне булдырмас өчен ялтырату мәйданчыгына урнаштырылган - югары төгәллекле эшкәртү өчен идеаль.

Полировкадан соң чистарту:

Ялтыратылган пластиналар түбәндәгеләргә дучар була:

Химик чистарту (шул исәптән DI суы һәм лай калдыкларын чыгару),

DI су белән чайкау, һәм

Кайнар азот киптерү

өслек пычраткычларын минимальләштерү өчен.

Өслек сыйфаты һәм эш нәтиҗәлелеге

Өслекнең тигезсезлеген Ra < 0,3 нм га кадәр киметергә мөмкин, бу ярымүткәргеч эпитаксия таләпләрен канәгатьләндерә.

Глобаль планаризация: Химик йомшарту һәм механик бетерүнең берләшмәсе тырналуларны һәм тигез булмаган тишелүне киметә, саф механик яки химик ысуллардан яхшырак нәтиҗә бирә.

Югары нәтиҗәлелек: SiC кебек каты һәм сынучан материаллар өчен яраклы, материалны чыгару тизлеге сәгатенә 200 нм дан артык.

Башка яңа барлыкка килүче полировка ысуллары

CMPдан тыш, альтернатив ысуллар тәкъдим ителде, шул исәптән:

Электрохимик полировкалау, катализатор ярдәмендә полировкалау яки гравюралау, һәм

Трибохимик полировка.

Ләкин бу ысуллар әле тикшеренү этабында һәм SiC-ның катлаулы материал үзенчәлекләре аркасында әкренләп үсеш алды.

Ниһаять, SiC эшкәртү - өслек сыйфатын яхшырту өчен кәкрелекне һәм тупаслыкны киметүнең әкренләп процессы, монда тигезлек һәм тупаслыкны контрольдә тоту һәр этапта бик мөһим.

Эшкәртү технологиясе

Пластинаны тарту этабында, төрле кисәкчә зурлыктагы алмаз суспензиясе пластинаны кирәкле тигезлеккә һәм өслекнең тупаслыгына кадәр тарту өчен кулланыла. Шуннан соң, механик һәм химик механик полировка (CMP) ысулларын кулланып, зыян китермичә полировкаланган кремний карбиды (SiC) пластиналары җитештерелә.

Полировкадан соң, SiC пластиналары оптик микроскоплар һәм рентген дифрактометрлары кебек кораллар ярдәмендә катгый сыйфат тикшерүеннән үтә, бу барлык техник параметрларның да кирәкле стандартларга туры килүен тәэмин итә. Ниһаять, полировкаланган пластиналар өслек пычраткычларын бетерү өчен махсус чистарту чаралары һәм ультрачиста су ярдәмендә чистартыла. Аннары алар ультрачистастата азот газы һәм киптергечләр ярдәмендә киптерелә, бу бөтен җитештерү процессын тәмамлый.

Күпьеллык тырышлыктан соң, Кытай эчендә SiC монокристалларын эшкәртүдә зур алга китеш булды. Эчке илдә 100 мм легирланган ярымизоляцияле 4H-SiC монокристаллары уңышлы эшләнде, һәм хәзер n-типтагы 4H-SiC һәм 6H-SiC монокристалларын партияләр белән җитештерергә мөмкин. TankeBlue һәм TYST кебек компанияләр инде 150 мм SiC монокристалларын эшләделәр.

SiC пластиналарын эшкәртү технологиясенә килгәндә, җирле учреждениеләр кристалл кисү, тарту һәм ялтырату процессы шартларын һәм юлларын алдан өйрәнгәннәр. Алар, нигездә, җайланмалар ясау таләпләренә туры килә торган үрнәкләр ясый ала. Ләкин, халыкара стандартлар белән чагыштырганда, җирле пластиналарның өслек эшкәртү сыйфаты әле дә сизелерлек артта кала. Берничә проблема бар:

Халыкара SiC теорияләре һәм эшкәртү технологияләре нык сакланган һәм аларга җиңел генә ирешеп булмый.

Процессларны яхшырту һәм оптимальләштерү өчен теоретик тикшеренүләр һәм ярдәм җитми.

Чит ил җиһазлары һәм компонентларын импортлау бәясе югары.

Җиһазлар дизайны, эшкәртү төгәллеге һәм материаллар буенча эчке тикшеренүләр халыкара дәрәҗәләр белән чагыштырганда зур аермалар күрсәтә.

Хәзерге вакытта Кытайда кулланыла торган югары төгәллекле приборларның күбесе чит илдән кертелә. Сынау җиһазлары һәм методикалары да тагын да камилләштерелергә тиеш.

Өченче буын ярымүткәргечләрнең үсеше дәвам иткән саен, SiC монокристалл субстратларының диаметры тотрыклы рәвештә арта, шулай ук ​​өслек эшкәртү сыйфатына югарырак таләпләр куела. SiC монокристалллары үсешеннән соң пластина эшкәртү технологиясе техник яктан иң катлаулы адымнарның берсе булып китте.

Эшкәртүдәге булган кыенлыкларны хәл итү өчен, кисү, тарту һәм ялтырату механизмнарын тирәнтен өйрәнү, шулай ук ​​SiC пластиналарын җитештерү өчен яраклы процесс ысулларын һәм маршрутларын тикшерү мөһим. Шул ук вакытта, югары сыйфатлы субстратлар җитештерү өчен алдынгы халыкара эшкәртү технологияләрен өйрәнергә һәм заманча ультра төгәл эшкәртү техникаларын һәм җиһазларын кулланырга кирәк.

Пластинаның зурлыгы арткан саен, кристалл үстерү һәм эшкәртү кыенлыгы да арта. Шулай да, агымдагы җайланмаларның җитештерү нәтиҗәлелеге сизелерлек арта, һәм берәмлек бәясе кими. Хәзерге вакытта дөнья күләмендә төп SiC пластина тәэмин итүчеләре диаметры 4 дюймнан 6 дюймга кадәр булган продуктлар тәкъдим итәләр. Cree һәм II-VI кебек алдынгы компанияләр инде 8 дюймлы SiC пластина җитештерү линияләрен эшләүне планлаштыра башладылар.