Современное состояние и тенденции развития технологий обработки кремниевых карбидных пластин

В качестве полупроводникового подложечного материала третьего поколения,карбид кремния (SiC)Монокристаллы SiC обладают широкими перспективами применения в производстве высокочастотных и мощных электронных устройств. Технология обработки SiC играет решающую роль в производстве высококачественных подложек. В данной статье представлен обзор современного состояния исследований в области технологий обработки SiC как в Китае, так и за рубежом, проанализированы и сопоставлены механизмы процессов резки, шлифовки и полировки, а также тенденции в отношении плоскостности и шероховатости поверхности пластин. Также указаны существующие проблемы в обработке SiC-пластин и обсуждены направления дальнейшего развития.

Карбид кремния (SiC)Кремниевые пластины являются важнейшими базовыми материалами для полупроводниковых устройств третьего поколения и имеют значительное значение и рыночный потенциал в таких областях, как микроэлектроника, силовая электроника и полупроводниковое освещение. Благодаря чрезвычайно высокой твердости и химической стабильностиМонокристаллы SiCТрадиционные методы обработки полупроводников не совсем подходят для их механической обработки. Хотя многие международные компании провели обширные исследования в области технически сложной обработки монокристаллов SiC, соответствующие технологии держатся в строжайшей тайне.

В последние годы Китай активизировал усилия по разработке монокристаллических материалов и устройств на основе карбида кремния (SiC). Однако развитие технологий SiC-устройств в стране в настоящее время ограничено недостатками в технологиях обработки и качестве подложек. Поэтому для Китая крайне важно улучшить возможности обработки SiC, чтобы повысить качество монокристаллических подложек SiC и обеспечить их практическое применение и массовое производство.

Основные этапы обработки включают: резку → грубое шлифование → тонкое шлифование → грубую полировку (механическая полировка) → тонкую полировку (химико-механическая полировка, ХМП) → контроль качества.

Резка монокристаллов SiC

В процессе обработкиМонокристаллы SiCРезка — это первый и крайне важный этап. Изгиб, деформация и общее изменение толщины пластины (TTV), возникающие в процессе резки, определяют качество и эффективность последующих операций шлифовки и полировки.

Режущие инструменты можно классифицировать по форме на алмазные пилы с внутренним диаметром (ID), пилы с внешним диаметром (OD), ленточные пилы и проволочные пилы. Проволочные пилы, в свою очередь, можно классифицировать по типу движения на возвратно-поступательные и петлеобразные (бесконечные) системы. В зависимости от механизма резки абразива, методы резки проволочными пилами можно разделить на два типа: резка проволочной пилой со свободным абразивом и резка алмазной проволочной пилой с фиксированным абразивом.

1.1 Традиционные методы резки

Глубина резания пил с наружным диаметром (OD) ограничена диаметром полотна. В процессе резки полотно подвержено вибрации и отклонению, что приводит к высокому уровню шума и низкой жесткости. В пилах с внутренним диаметром (ID) в качестве режущей кромки используются алмазные абразивы на внутренней окружности полотна. Толщина таких полотен может составлять всего 0,2 мм. Во время резки полотно ID вращается с высокой скоростью, а разрезаемый материал перемещается радиально относительно центра полотна, обеспечивая резку за счет этого относительного движения.

Алмазные ленточные пилы требуют частых остановок и реверсов, а скорость резки очень низкая — обычно не превышает 2 м/с. Они также подвержены значительному механическому износу и высоким затратам на техническое обслуживание. Из-за ширины пильного полотна радиус резки не может быть слишком малым, и многослойная резка невозможна. Эти традиционные пильные инструменты ограничены жесткостью основания и не могут выполнять криволинейные разрезы или имеют ограниченный радиус поворота. Они способны только на прямые разрезы, создают широкие пропилы, имеют низкий выход годной продукции и, следовательно, непригодны для резки.Кристаллы SiC.

1.2 Бесплатная абразивная проволочная пила для многопроводной резки

Технология резки с помощью проволочной пилы со свободным абразивом использует быстрое движение проволоки для подачи суспензии в пропил, что позволяет удалять материал. Она в основном использует возвратно-поступательную структуру и в настоящее время является зрелым и широко используемым методом для эффективной многослойной резки монокристаллического кремния. Однако ее применение при резке SiC изучено менее подробно.

Проволочные пилы с абразивным покрытием позволяют обрабатывать кремниевые пластины толщиной менее 300 мкм. Они обеспечивают низкий расход материала, редко вызывают сколы и гарантируют относительно хорошее качество поверхности. Однако из-за механизма удаления материала, основанного на прокатке и вдавливании абразивов, на поверхности пластины часто возникают значительные остаточные напряжения, микротрещины и более глубокие слои повреждений. Это приводит к деформации пластины, затрудняет контроль точности профиля поверхности и увеличивает нагрузку на последующие этапы обработки.

Эффективность резки в значительной степени зависит от абразивной суспензии; необходимо поддерживать остроту абразивов и концентрацию суспензии. Обработка и переработка суспензии обходятся дорого. При резке крупных слитков абразивам трудно проникать в глубокие и длинные пропилы. При одинаковом размере абразивного зерна потери ширины пропила больше, чем у проволочных пил с фиксированным абразивом.

1.3 Алмазная пила с фиксированным абразивом для многопроводной резки

Алмазные пилы с фиксированным абразивом обычно изготавливаются путем внедрения алмазных частиц в стальную проволоку с помощью электролитического осаждения, спекания или склеивания смолой. Электролитически осажденные алмазные пилы обладают такими преимуществами, как более узкий пропил, лучшее качество резки, более высокая эффективность, меньшее загрязнение и возможность резки материалов высокой твердости.

В настоящее время наиболее распространенным методом резки карбида кремния (SiC) является возвратно-поступательная электролитическая пила с алмазной проволокой. На рисунке 1 (здесь не показан) показана плоскостность поверхности кремниевых пластин, разрезанных этим методом. По мере продвижения резки деформация пластины увеличивается. Это происходит потому, что площадь контакта между проволокой и материалом увеличивается по мере движения проволоки вниз, что приводит к увеличению сопротивления и вибрации проволоки. Когда проволока достигает максимального диаметра пластины, вибрация достигает своего пика, что приводит к максимальной деформации.

На более поздних этапах резки, из-за ускорения проволоки, движения с постоянной скоростью, замедления, остановки и изменения направления вращения, а также трудностей с удалением отходов с помощью охлаждающей жидкости, качество поверхности пластины ухудшается. Изменение направления вращения проволоки и колебания скорости, а также крупные частицы алмаза на проволоке являются основными причинами появления царапин на поверхности.

1.4 Технология холодной сепарации

Холодная сепарация монокристаллов SiC — это инновационный процесс в области обработки полупроводниковых материалов третьего поколения. В последние годы он привлекает значительное внимание благодаря своим существенным преимуществам в повышении выхода годной продукции и снижении потерь материала. Технологию можно проанализировать с трех точек зрения: принцип работы, технологический процесс и основные преимущества.

Определение ориентации кристаллов и шлифовка внешнего диаметра: Перед обработкой необходимо определить ориентацию кристаллов слитка SiC. Затем слиток формуется в цилиндрическую структуру (обычно называемую SiC-шайбой) путем шлифовки внешнего диаметра. Этот этап закладывает основу для последующей направленной резки и нарезки.

Многопроволочная резка: Этот метод использует абразивные частицы в сочетании с режущей проволокой для разрезания цилиндрического слитка. Однако он сопряжен со значительными потерями ширины пропила и неровностями поверхности.

Технология лазерной резки: лазер используется для формирования модифицированного слоя внутри кристалла, от которого можно отделять тонкие пластины. Такой подход снижает потери материала и повышает эффективность обработки, что делает его перспективным новым направлением в резке кремниевых пластин.

Оптимизация процесса резки

Резка многопроволочным абразивом с фиксированным абразивом: в настоящее время это основная технология, хорошо подходящая для обработки карбида кремния с высокой твердостью.

Электроэрозионная обработка (ЭЭО) и технология холодной сепарации: эти методы обеспечивают разнообразные решения, адаптированные к конкретным требованиям.

Процесс полировки: Важно найти баланс между скоростью удаления материала и повреждением поверхности. Для улучшения однородности поверхности используется химико-механическая полировка (ХМП).

Мониторинг в реальном времени: Внедряются технологии онлайн-контроля для мониторинга шероховатости поверхности в режиме реального времени.

Лазерная резка: Эта технология уменьшает потери ширины пропила и сокращает циклы обработки, хотя зона термического воздействия остается проблемой.

Гибридные технологические процессы: сочетание механических и химических методов повышает эффективность обработки.

Эта технология уже нашла промышленное применение. Например, компания Infineon приобрела SILTECTRA и теперь владеет ключевыми патентами, поддерживающими массовое производство 8-дюймовых пластин. В Китае такие компании, как Delong Laser, достигли эффективности производства 30 пластин на слиток при обработке 6-дюймовых пластин, что на 40% выше, чем при использовании традиционных методов.

По мере ускорения развития отечественного машиностроения ожидается, что эта технология станет основным решением для обработки подложек из карбида кремния (SiC). С увеличением диаметра полупроводниковых материалов традиционные методы резки устарели. Среди существующих вариантов наиболее перспективными являются технологии возвратно-поступательной алмазной проволочной пилы. Лазерная резка, как новая технология, предлагает значительные преимущества и, как ожидается, станет основным методом резки в будущем.

2.Измельчение монокристаллов SiC

Карбид кремния (SiC), как представитель полупроводников третьего поколения, обладает значительными преимуществами благодаря широкой запрещенной зоне, высокому напряжению пробоя, высокой скорости дрейфа электронов насыщения и превосходной теплопроводности. Эти свойства делают SiC особенно выгодным для применения в высоковольтных системах (например, в условиях 1200 В). Технология обработки подложек из SiC является фундаментальной частью изготовления устройств. Качество поверхности и точность подложки напрямую влияют на качество эпитаксиального слоя и характеристики конечного устройства.

Основная цель шлифовки — удаление следов от пилы и повреждений, образовавшихся в процессе резки, а также коррекция деформаций, вызванных процессом резки. Учитывая чрезвычайно высокую твердость SiC, для шлифовки требуется использование твердых абразивов, таких как карбид бора или алмаз. Традиционная шлифовка обычно делится на грубую и тонкую.

2.1 Крупный и мелкий помол

Измельчение можно классифицировать по размеру абразивных частиц:

Грубая шлифовка: Использует более крупные абразивные материалы, в основном для удаления следов от пилы и поврежденных слоев, образовавшихся в процессе резки, что повышает эффективность обработки.

Тонкая шлифовка: Использование более мелких абразивов для удаления поврежденного слоя, оставшегося после грубой шлифовки, уменьшения шероховатости поверхности и улучшения ее качества.

Многие отечественные производители подложек из карбида кремния используют крупномасштабные производственные процессы. Распространенный метод включает двустороннюю шлифовку с использованием чугунной пластины и монокристаллической алмазной суспензии. Этот процесс эффективно удаляет поврежденный слой, оставшийся после распиловки проволокой, корректирует форму пластины и уменьшает общее изменение толщины (TTV), изгиб и деформацию. Скорость удаления материала стабильна и обычно достигает 0,8–1,2 мкм/мин. Однако полученная поверхность пластины имеет матовую поверхность с относительно высокой шероховатостью — обычно около 50 нм — что предъявляет более высокие требования к последующим этапам полировки.

2.2 Односторонняя шлифовка

Односторонняя шлифовка обрабатывает только одну сторону пластины за раз. В ходе этого процесса пластина закрепляется воском на стальной пластине. Под воздействием давления подложка слегка деформируется, и верхняя поверхность выравнивается. После шлифовки нижняя поверхность выравнивается. При снятии давления верхняя поверхность стремится вернуться к своей первоначальной форме, что также влияет на уже отшлифованную нижнюю поверхность, вызывая деформацию обеих сторон и ухудшение их плоскостности.

Кроме того, шлифовальная плита может быстро вогнутиться, в результате чего пластина станет выпуклой. Для поддержания плоскостности плиты требуется частая правка. Из-за низкой эффективности и плохой плоскостности пластины односторонняя шлифовка не подходит для массового производства.

Как правило, для тонкой шлифовки используются шлифовальные круги № 8000. В Японии этот процесс достаточно развит и даже использует полировальные круги № 30000. Это позволяет снизить шероховатость поверхности обрабатываемых пластин до менее 2 нм, что делает пластины готовыми к окончательной химико-механической полировке (ХМП) без дополнительной обработки.

2.3 Технология одностороннего истончения

Технология одностороннего утонения с использованием алмазного сплава — это новый метод односторонней шлифовки. Как показано на рисунке 5 (здесь не показан), в процессе используется шлифовальная пластина с алмазной связкой. Пластина фиксируется с помощью вакуумной адсорбции, при этом пластина и алмазный шлифовальный круг вращаются одновременно. Шлифовальный круг постепенно перемещается вниз, чтобы утонить пластину до заданной толщины. После обработки одной стороны пластина переворачивается для обработки другой стороны.

После истончения из пластины диаметром 100 мм можно получить:

Дуга < 5 мкм

TTV < 2 мкм

Шероховатость поверхности < 1 нм

Этот метод обработки одной пластины обеспечивает высокую стабильность, превосходную однородность и высокую скорость удаления материала. По сравнению с традиционным двухсторонним шлифованием, эта технология повышает эффективность шлифования более чем на 50%.

2.4 Двусторонняя шлифовка

Двусторонняя шлифовка предполагает использование верхней и нижней шлифовальных пластин для одновременной шлифовки обеих сторон обрабатываемой поверхности, что обеспечивает превосходное качество поверхности с обеих сторон.

В процессе шлифовки шлифовальные пластины сначала оказывают давление на самые выступающие точки заготовки, вызывая деформацию и постепенное удаление материала в этих точках. По мере выравнивания выступающих участков давление на подложку постепенно становится более равномерным, что приводит к равномерной деформации по всей поверхности. Это позволяет равномерно шлифовать как верхнюю, так и нижнюю поверхности. После завершения шлифовки и снятия давления каждая часть подложки равномерно восстанавливается благодаря одинаковому давлению, которое она испытывала. Это приводит к минимальному искривлению и хорошей плоскостности.

Шероховатость поверхности пластины после шлифовки зависит от размера абразивных частиц — более мелкие частицы обеспечивают более гладкую поверхность. При использовании абразивов размером 5 мкм для двусторонней шлифовки плоскостность пластины и вариации толщины можно контролировать в пределах 5 мкм. Измерения с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ) показывают шероховатость поверхности (Rq) около 100 нм, с ямками шлифовки глубиной до 380 нм и видимыми линейными следами, вызванными абразивным воздействием.

Более совершенный метод включает в себя двустороннюю шлифовку с использованием полиуретановых подушечек в сочетании с поликристаллической алмазной суспензией. Этот процесс позволяет получать пластины с очень низкой шероховатостью поверхности, достигая Ra < 3 нм, что очень полезно для последующей полировки подложек из карбида кремния.

Однако проблема царапин на поверхности остается нерешенной. Кроме того, поликристаллический алмаз, используемый в этом процессе, получают методом взрывного синтеза, что является технически сложной задачей, позволяет получать небольшие количества алмазов и обходится чрезвычайно дорого.

Полировка монокристаллов SiC

Для получения высококачественной полированной поверхности на кремниево-карбидных (SiC) пластинах полировка должна полностью удалить ямки от шлифовки и нанометровые неровности поверхности. Цель состоит в том, чтобы получить гладкую, бездефектную поверхность без загрязнений или деградации, без подповерхностных повреждений и без остаточных поверхностных напряжений.

3.1 Механическая полировка и химико-механическая полировка кремниево-карбидных пластин

После выращивания монокристаллического слитка SiC поверхностные дефекты препятствуют его непосредственному использованию для эпитаксиального роста. Поэтому требуется дальнейшая обработка. Сначала слиток формируется в стандартную цилиндрическую форму путем закругления, затем разрезается на пластины с помощью проволочной резки, после чего проводится проверка кристаллографической ориентации. Полировка является критически важным этапом улучшения качества пластин, позволяющим устранить потенциальные повреждения поверхности, вызванные дефектами роста кристаллов и предыдущими этапами обработки.

Существует четыре основных метода удаления поверхностных повреждений на SiC:

Механическая полировка: простой метод, но оставляет царапины; подходит для первоначальной полировки.

Химико-механическая полировка (ХМП): удаляет царапины путем химического травления; подходит для прецизионной полировки.

Водородное травление: требует сложного оборудования, обычно используемого в процессах HTCVD.

Плазменная полировка: сложный и редко используемый метод.

Полировка только механическим способом, как правило, приводит к появлению царапин, в то время как полировка только химическим способом может вызвать неравномерное травление. CMP сочетает в себе преимущества обоих методов и предлагает эффективное и экономичное решение.

Принцип работы CMP

Процесс химико-механической полировки (CMP) заключается во вращении пластины под заданным давлением относительно вращающейся полировальной подушки. Это относительное движение в сочетании с механическим абразивным воздействием наночастиц в суспензии и химическим действием реактивных агентов обеспечивает выравнивание поверхности.

Основные использованные материалы:

Полировальная суспензия: содержит абразивные материалы и химические реагенты.

Полировальная подушка: изнашивается в процессе использования, уменьшая размер пор и снижая эффективность подачи суспензии. Для восстановления шероховатости требуется регулярная правка, как правило, с использованием алмазного полировального круга.

Типичный процесс CMP

Абразив: алмазная суспензия 0,5 мкм

Шероховатость целевой поверхности: ~0,7 нм

Химико-механическая полировка:

Полировальное оборудование: односторонняя полировальная машина AP-810

Давление: 200 г/см²

Скорость вращения пластины: 50 об/мин

Скорость вращения керамического держателя: 38 об/мин.

Состав суспензии:

SiO₂ (30 мас.%, pH = 10,15)

0–70 мас.% H₂O₂ (30 мас.%, реактивной чистоты)

Доведите pH до 8,5, используя 5%-ный раствор KOH и 1%-ный раствор HNO₃.

Расход суспензии: 3 л/мин, рециркуляция.

Этот процесс эффективно улучшает качество кремниевых пластин и отвечает требованиям последующих технологических процессов.

Технические проблемы механической полировки

Карбид кремния (SiC), как широкозонный полупроводник, играет важную роль в электронной промышленности. Благодаря превосходным физическим и химическим свойствам, монокристаллы SiC подходят для экстремальных условий, таких как высокие температуры, высокие частоты, высокая мощность и радиационная стойкость. Однако его твердая и хрупкая природа создает серьезные проблемы при шлифовании и полировке.

По мере того, как ведущие мировые производители переходят с 6-дюймовых на 8-дюймовые кремниевые пластины, такие проблемы, как растрескивание и повреждение пластин в процессе обработки, становятся все более распространенными, что существенно влияет на выход годной продукции. Решение технических проблем, связанных с 8-дюймовыми подложками из карбида кремния, в настоящее время является ключевым критерием для развития отрасли.

В эпоху 8-дюймовых пластин обработка кремниево-карбидных пластин сталкивается с многочисленными проблемами:

Уменьшение размеров пластин необходимо для увеличения производительности производства микросхем за партию, снижения потерь на краях и уменьшения производственных затрат, особенно с учетом растущего спроса в сфере электромобилей.

Хотя технология выращивания 8-дюймовых монокристаллов SiC достигла зрелости, последующие процессы, такие как шлифовка и полировка, по-прежнему сталкиваются с проблемами, что приводит к низкому выходу годных изделий (всего 40–50%).

На пластинах большего размера распределение давления более сложное, что усложняет управление напряжением при полировке и обеспечение стабильности выхода годной продукции.

Хотя толщина 8-дюймовых пластин приближается к толщине 6-дюймовых, они более подвержены повреждениям при транспортировке из-за напряжения и деформации.

Для уменьшения напряжений, деформаций и растрескивания, связанных с резкой, все чаще используется лазерная резка. Однако:

Лазеры с длинной волной вызывают термические повреждения.

Лазеры с короткой длиной волны генерируют крупные частицы мусора и углубляют поврежденный слой, что усложняет полировку.

Технология механической полировки карбида кремния

Общий алгоритм процесса включает в себя:

Ориентационная резка

Грубый помол

Тонкий помол

Механическая полировка

Химико-механическая полировка (ХМП) как заключительный этап.

Выбор метода химико-механической полировки (CMP), проектирование технологического процесса и оптимизация параметров имеют решающее значение. В полупроводниковом производстве CMP является определяющим этапом для получения кремниево-карбидных пластин со сверхгладкими, бездефектными и неповрежденными поверхностями, что необходимо для высококачественного эпитаксиального роста.

(а) Извлеките слиток SiC из тигля;

(б) Выполните начальную обработку с помощью шлифовки наружного диаметра;

(c) Определите ориентацию кристалла, используя выравнивающие плоскости или выемки;

(d) Разрежьте слиток на тонкие пластины с помощью многопроволочной пилы;

(e) Достичь зеркальной гладкости поверхности можно путем шлифовки и полировки.

После завершения ряда технологических этапов внешний край кремниево-карбидной пластины часто становится острым, что увеличивает риск сколов при обращении или использовании. Для предотвращения такой хрупкости требуется шлифовка кромок.

В дополнение к традиционным процессам нарезки, инновационный метод подготовки кремниево-карбидных пластин включает в себя технологию склеивания. Этот подход позволяет изготавливать пластины путем склеивания тонкого монокристаллического слоя карбида кремния с гетерогенной подложкой (подложкой-основой).

На рисунке 3 показана последовательность технологических процессов:

Сначала на поверхности монокристалла SiC на заданной глубине формируется слой расслоения с помощью имплантации ионов водорода или аналогичных методов. Затем обработанный монокристалл SiC приклеивается к плоской подложке и подвергается давлению и нагреву. Это позволяет успешно перенести и отделить слой монокристалла SiC от подложки.

Отделенный слой SiC подвергается обработке поверхности для достижения необходимой плоскостности и может быть повторно использован в последующих процессах соединения. По сравнению с традиционной нарезкой кристаллов SiC, эта технология снижает потребность в дорогостоящих материалах. Хотя технические проблемы остаются, исследования и разработки активно продвигаются для обеспечения более дешевого производства пластин.

Учитывая высокую твердость и химическую стабильность карбида кремния (SiC), что делает его устойчивым к реакциям при комнатной температуре, для удаления мелких шлифовальных ямок, уменьшения повреждений поверхности, устранения царапин, точечных повреждений и дефектов типа «апельсиновая корка», снижения шероховатости поверхности, улучшения плоскостности и повышения качества поверхности необходима механическая полировка.

Для получения высококачественной полированной поверхности необходимо:

Отрегулируйте тип абразива.

Уменьшить размер частиц,

Оптимизация параметров процесса.

Выбирайте полировальные материалы и подушки с достаточной твердостью.

На рисунке 7 показано, что двусторонняя полировка с использованием абразивов размером 1 мкм позволяет контролировать плоскостность и вариации толщины в пределах 10 мкм, а также снизить шероховатость поверхности примерно до 0,25 нм.

3.2 Химико-механическая полировка (ХМП)

Химико-механическая полировка (ХМП) сочетает в себе абразивную обработку ультрамелкими частицами и химическое травление для формирования гладкой, плоской поверхности обрабатываемого материала. Основной принцип заключается в следующем:

Между полировальной суспензией и поверхностью пластины происходит химическая реакция, в результате которой образуется мягкий слой.

Трение между абразивными частицами и мягким слоем удаляет материал.

Преимущества CMP:

Преодолевает недостатки чисто механической или химической полировки.

Обеспечивает как глобальное, так и локальное планирование.

Создает поверхности с высокой плоскостностью и низкой шероховатостью.

Не оставляет следов на поверхности или под поверхностью.

Подробно:

Под давлением пластина перемещается относительно полировальной подушки.

Абразивные частицы нанометрового масштаба (например, SiO₂) в суспензии участвуют в сдвиговых процессах, ослабляя ковалентные связи Si–C и усиливая удаление материала.

Виды методов химико-механической полировки (CMP):

Полировка без абразива: Абразивы (например, SiO₂) находятся в суспензии. Удаление материала происходит путем трехкомпонентного абразивного воздействия (пластина – подушка – абразив). Для повышения однородности необходимо точно контролировать размер абразивных частиц (обычно 60–200 нм), pH и температуру.

Полировка с использованием абразивных материалов с фиксированным слоем: абразивные материалы встраиваются в полировальную подушку для предотвращения агломерации — идеально подходит для высокоточной обработки.

Чистка после полировки:

Полированные пластины подвергаются следующим процессам:

Химическая очистка (включая удаление остатков деионизированной воды и суспензии),

Промывка дистиллированной водой и

Сушка горячим азотом

для минимизации поверхностных загрязнений.

Качество поверхности и эксплуатационные характеристики

Шероховатость поверхности может быть снижена до Ra < 0,3 нм, что соответствует требованиям полупроводниковой эпитаксии.

Глобальная планаризация: сочетание химического размягчения и механического удаления уменьшает количество царапин и неравномерность травления, превосходя по эффективности чисто механические или химические методы.

Высокая эффективность: подходит для твердых и хрупких материалов, таких как SiC, со скоростью удаления материала более 200 нм/ч.

Другие новые методы полировки

Помимо CMP, были предложены альтернативные методы, в том числе:

Электрохимическая полировка, полировка или травление с использованием катализатора, и

Трибохимическая полировка.

Однако эти методы все еще находятся на стадии исследований и развиваются медленно из-за сложных свойств карбида кремния.

В конечном счете, обработка SiC представляет собой постепенный процесс уменьшения деформации и шероховатости для улучшения качества поверхности, при этом контроль плоскостности и шероховатости имеет решающее значение на каждом этапе.

Технология обработки

На этапе шлифовки пластины используется алмазная суспензия с различными размерами частиц для шлифовки пластины до требуемой плоскостности и шероховатости поверхности. Затем следует полировка с использованием как механической, так и химико-механической полировки (ХМП) для получения полированных пластин из карбида кремния (SiC) без повреждений.

После полировки кремний-карбидные пластины проходят строгий контроль качества с использованием таких приборов, как оптические микроскопы и рентгеновские дифрактометры, чтобы гарантировать соответствие всех технических параметров требуемым стандартам. Наконец, полированные пластины очищаются с помощью специальных чистящих средств и сверхчистой воды для удаления поверхностных загрязнений. Затем они высушиваются с использованием азота сверхвысокой чистоты и центрифужных сушилок, завершая весь производственный процесс.

После многолетних усилий в Китае достигнут значительный прогресс в обработке монокристаллов SiC. В стране успешно разработаны легированные полуизолирующие монокристаллы 4H-SiC размером 100 мм, и теперь стало возможным серийное производство монокристаллов n-типа 4H-SiC и 6H-SiC. Такие компании, как TankeBlue и TYST, уже разработали монокристаллы SiC размером 150 мм.

Что касается технологии обработки кремниевых карбидных пластин, отечественные учреждения предварительно изучили условия и методы нарезки, шлифовки и полировки кристаллов. Они способны производить образцы, которые в основном соответствуют требованиям для изготовления устройств. Однако по сравнению с международными стандартами качество обработки поверхности отечественных пластин все еще значительно отстает. Существует несколько проблем:

Международные теории и технологии обработки карбида кремния строго засекречены и труднодоступны.

Отмечается недостаток теоретических исследований и поддержки в области совершенствования и оптимизации процессов.

Стоимость импорта зарубежного оборудования и комплектующих высока.

Внутренние исследования в области проектирования оборудования, точности обработки и материалов по-прежнему демонстрируют значительные отставания от международного уровня.

В настоящее время большинство высокоточных приборов, используемых в Китае, импортируются. Оборудование и методики тестирования также нуждаются в дальнейшем совершенствовании.

В связи с непрерывным развитием полупроводников третьего поколения диаметр монокристаллических подложек из карбида кремния (SiC) неуклонно увеличивается, наряду с повышением требований к качеству обработки поверхности. Технология обработки пластин стала одним из наиболее сложных с технической точки зрения этапов после выращивания монокристаллов SiC.

Для решения существующих проблем в процессе обработки необходимо углубленно изучить механизмы, участвующие в резке, шлифовании и полировке, а также исследовать подходящие методы и маршруты обработки кремниево-карбидных пластин. В то же время необходимо перенимать передовые международные технологии обработки и внедрять самые современные методы и оборудование для сверхточной обработки, чтобы производить высококачественные подложки.

С увеличением размера пластин возрастает и сложность выращивания кристаллов и их обработки. Однако эффективность производства последующих устройств значительно повышается, а себестоимость единицы продукции снижается. В настоящее время основные мировые поставщики кремниево-карбидных пластин предлагают продукцию диаметром от 4 до 6 дюймов. Ведущие компании, такие как Cree и II-VI, уже начали планировать разработку линий по производству 8-дюймовых кремниево-карбидных пластин.