Текущее состояние и тенденции технологии обработки пластин SiC

Как материал для полупроводниковой подложки третьего поколения,карбид кремния (SiC)Монокристаллы имеют широкие перспективы применения в производстве высокочастотных и мощных электронных устройств. Технология обработки SiC играет решающую роль в производстве высококачественных материалов для подложек. В данной статье представлено современное состояние исследований в области технологий обработки SiC как в Китае, так и за рубежом, проанализированы и сравнены механизмы резки, шлифовки и полировки, а также тенденции в области плоскостности и шероховатости поверхности пластин. Также отмечены существующие проблемы в области обработки пластин SiC и рассмотрены направления дальнейшего развития.

Карбид кремния (SiC)Пластины являются важнейшими базовыми материалами для полупроводниковых приборов третьего поколения и имеют большое значение и рыночный потенциал в таких областях, как микроэлектроника, силовая электроника и полупроводниковая светотехника. Благодаря чрезвычайно высокой твёрдости и химической стабильностиМонокристаллы SiCТрадиционные методы обработки полупроводников не вполне подходят для их обработки. Несмотря на то, что многие международные компании провели обширные исследования технически сложной обработки монокристаллов SiC, соответствующие технологии держатся в строгом секрете.

В последние годы Китай активизировал усилия по разработке материалов и устройств на основе монокристаллов SiC. Однако развитие технологий SiC-устройств в стране в настоящее время сдерживается ограничениями в области технологий обработки и качества пластин. Поэтому Китаю крайне важно улучшить возможности обработки SiC для повышения качества подложек из монокристаллов SiC, их практического применения и массового производства.

Основные этапы обработки включают в себя: резка → грубая шлифовка → тонкая шлифовка → грубая полировка (механическая полировка) → тонкая полировка (химико-механическая полировка, ХМП) → контроль.

Резка монокристаллов SiC

При обработкеМонокристаллы SiCРезка — первый и крайне важный этап. Прогиб, коробление и общая разнотолщинность пластины (TTV), возникающие в процессе резки, определяют качество и эффективность последующих операций шлифовки и полировки.

Режущие инструменты можно разделить по форме на алмазные пилы внутреннего диаметра (ID), пилы наружного диаметра (OD), ленточные пилы и канатные пилы. Канатные пилы, в свою очередь, по типу движения подразделяются на возвратно-поступательные и петлевые (бесконечные) канатные системы. В зависимости от режущего механизма абразива, методы резки канатными пилами можно разделить на два типа: резка свободным абразивом и резка алмазным канатом с фиксированным абразивом.

1.1 Традиционные методы резки

Глубина реза пил для резки по наружному диаметру (OD) ограничена диаметром полотна. В процессе резки полотно подвержено вибрации и деформациям, что приводит к высокому уровню шума и низкой жёсткости. Пилы для резки по внутреннему диаметру (ID) используют алмазные абразивы, расположенные по внутренней окружности полотна в качестве режущей кромки. Толщина таких полотен может достигать 0,2 мм. Во время резки полотно для резки по внутреннему диаметру вращается с высокой скоростью, а разрезаемый материал движется радиально относительно центра полотна, обеспечивая резку за счёт этого относительного движения.

Алмазные ленточные пилы требуют частых остановок и реверса, а скорость резки очень низкая — обычно не более 2 м/с. Они также подвержены значительному механическому износу и требуют высоких затрат на техническое обслуживание. Из-за ширины пильного полотна радиус реза не может быть слишком малым, и многослойная резка невозможна. Эти традиционные пильные инструменты ограничены жесткостью основания и не могут выполнять криволинейные пропилы или имеют ограниченный радиус поворота. Они способны выполнять только прямые пропилы, создают широкие пропилы, имеют низкую производительность и, следовательно, непригодны для резки.кристаллы SiC.

1.2 Многоканальная резка с помощью свободной абразивной проволочной пилы

Технология резки проволочной пилой со свободным абразивом использует быстрое движение проволоки для подачи шлама в пропил, что обеспечивает удаление материала. В основе метода лежит возвратно-поступательное движение конструкции, и в настоящее время он является отработанным и широко применяемым методом эффективной резки нескольких пластин монокристаллического кремния. Однако его применение для резки SiC изучено меньше.

Пилы с проволочным резом на свободном абразиве позволяют обрабатывать пластины толщиной менее 300 мкм. Они обеспечивают низкие потери при пропиле, редко приводят к сколам и обеспечивают относительно хорошее качество поверхности. Однако из-за механизма удаления материала, основанного на прокатке и вдавливании абразива, на поверхности пластины могут образовываться значительные остаточные напряжения, микротрещины и более глубокие слои повреждений. Это приводит к короблению пластины, затрудняет контроль точности профиля поверхности и увеличивает нагрузку на последующие этапы обработки.

Качество резки во многом зависит от шлама; необходимо поддерживать остроту абразивов и их концентрацию. Переработка и утилизация шлама требуют больших затрат. При резке крупногабаритных слитков абразивы с трудом проникают в глубокие и длинные пропилы. При одинаковом размере абразивного зерна потери при пропиле выше, чем у проволочных пил с фиксированным абразивом.

1.3 Фиксированная абразивная алмазная канатная пила для многоканатной резки

Алмазные канатные пилы с фиксированным абразивным материалом обычно изготавливаются путём внедрения алмазных частиц в стальную проволочную основу методом гальванизации, спекания или склеивания смолой. Алмазные канатные пилы с гальваническим покрытием обладают такими преимуществами, как более узкий пропил, лучшее качество реза, более высокая эффективность, меньшее загрязнение и возможность резки материалов высокой твёрдости.

В настоящее время наиболее распространённым методом резки SiC является возвратно-поступательная алмазная проволочная пила с гальваническим покрытием. На рисунке 1 (здесь не показан) показана плоскостность поверхности пластин SiC, полученных этим методом. По мере резки увеличивается коробление пластины. Это связано с тем, что площадь контакта проволоки с материалом увеличивается по мере её движения 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 поздних этапах резки, из-за разгона, движения с постоянной скоростью, замедления, остановки и реверса, а также трудностей с удалением стружки охлаждающей жидкостью, качество поверхности пластины ухудшается. Реверс и колебания скорости движения проволоки, а также крупные алмазные частицы на проволоке являются основными причинами появления царапин на поверхности.

1.4 Технология холодного разделения

Холодное разделение монокристаллов SiC — инновационный процесс в области обработки полупроводниковых материалов третьего поколения. В последние годы он привлекает значительное внимание благодаря своим существенным преимуществам в повышении выхода годного и снижении потерь материала. Эту технологию можно проанализировать с трёх сторон: принцип работы, технологическая схема и основные преимущества.

Определение ориентации кристаллов и шлифование по внешнему диаметру: перед обработкой необходимо определить ориентацию кристаллов слитка SiC. Затем слитку придают цилиндрическую форму (обычно называемую «шайбой SiC») шлифованием по внешнему диаметру. Этот этап закладывает основу для последующей направленной резки и нарезки.

Многоструйная резка: этот метод использует абразивные частицы в сочетании с режущей проволокой для резки цилиндрического слитка. Однако он характеризуется значительными потерями при резке 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 новым перспективным направлением в резке пластин SiC.

Оптимизация процесса резки

Резка фиксированной абразивной многоструйной резкой: в настоящее время это основная технология, хорошо подходящая для высоких характеристик твердости SiC.

Электроэрозионная обработка (ЭЭО) и технология холодного разделения: эти методы предоставляют разнообразные решения, соответствующие конкретным требованиям.

Процесс полировки: важно сбалансировать скорость удаления материала и степень повреждения поверхности. Химико-механическая полировка (ХМП) используется для повышения однородности поверхности.

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

Лазерная резка: этот метод уменьшает потери при пропиле и сокращает циклы обработки, хотя зона термического воздействия остается сложной задачей.

Гибридные технологии обработки: Сочетание механических и химических методов повышает эффективность обработки.

Эта технология уже нашла промышленное применение. Например, компания Infineon приобрела компанию SILTECTRA и теперь владеет основными 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 у традиционных методов.

По мере ускорения темпов развития отечественного производства оборудования 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 возвратно-поступательные алмазные проволочные пилы. Лазерная резка, как новый метод, обладает значительными преимуществами и, как ожидается, станет основным методом резки в будущем.

2、Шлифование монокристаллов SiC

Карбид кремния (SiC), являясь представителем полупроводников третьего поколения, обладает значительными преимуществами благодаря широкой запрещенной зоне, высокому электрическому полю пробоя, высокой скорости дрейфа электронов насыщения и превосходной теплопроводности. Эти свойства делают SiC особенно перспективным материалом для высоковольтных приложений (например, 1200 В). Технология обработки подложек SiC является основополагающей частью производства устройств. Качество поверхности и точность подложки напрямую влияют на качество эпитаксиального слоя и характеристики конечного устройства.

Основная цель шлифования — удаление следов пиления и слоёв повреждений, образовавшихся при резке, а также устранение деформаций, вызванных резанием. Учитывая чрезвычайно высокую твёрдость карбида кремния (SiC), шлифование требует использования твёрдых абразивов, таких как карбид бора или алмаз. Традиционное шлифование обычно подразделяется на грубое и тонкое.

2.1 Грубый и тонкий помол

Шлифование можно классифицировать по размеру абразивных частиц:

Грубое шлифование: в первую очередь используются более крупные абразивы для удаления следов пилы и поврежденных слоев, образовавшихся во время резки, что повышает эффективность обработки.

Тонкая шлифовка: использование более мелких абразивов для удаления поврежденного слоя, оставленного грубой шлифовкой, уменьшения шероховатости поверхности и повышения ее качества.

Многие отечественные производители подложек из SiC используют крупносерийные технологии производства. Распространенный метод включает двустороннюю шлифовку чугунной пластиной с использованием суспензии монокристаллических алмазов. Этот процесс эффективно удаляет поврежденный слой, оставленный проволочной пилой, корректирует форму пластины и уменьшает общую вариацию толщины (TTV), прогиб и коробление. Скорость съема материала стабильна и обычно достигает 0,8–1,2 мкм/мин. Однако получаемая поверхность пластины матовая с относительно высокой шероховатостью — обычно около 50 нм — что предъявляет повышенные 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 действием давления подложка слегка деформируется, и верхняя поверхность становится плоской. После шлифовки нижняя поверхность выравнивается. После снятия давления верхняя поверхность стремится восстановить свою первоначальную форму, что также влияет на уже отшлифованную нижнюю поверхность, вызывая деформацию обеих сторон и ухудшение их плоскостности.

Более того, шлифовальная пластина может за короткое время стать вогнутой, что приведёт к выпуклости пластины. Для поддержания плоскостности пластины требуется частая правка. Из-за низкой эффективности и неплоскостности пластины односторонняя шлифовка не подходит для массового производства.

Обычно для тонкого шлифования используются шлифовальные круги №8000. В Японии этот процесс достаточно хорошо освоен, и даже используются полировальные круги №30000. Это позволяет снизить шероховатость поверхности обработанных пластин до уровня менее 2 нм, что делает их готовыми к окончательной химико-механической полировке (ХМП) без дополнительной обработки.

2.3 Технология одностороннего утонения

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

После утонения пластина диаметром 100 мм может достичь:

Дуга < 5 мкм

TTV < 2 мкм

Шероховатость поверхности < 1 нм

Этот метод обработки отдельных пластин обеспечивает высокую стабильность, отличную однородность и высокую скорость удаления материала. По сравнению с традиционным двусторонним шлифованием, этот метод повышает эффективность шлифования более чем на 50%.

2.4 Двусторонняя шлифовка

Двусторонняя шлифовка использует как верхнюю, так и нижнюю шлифовальную пластину для одновременной шлифовки обеих сторон подложки, обеспечивая превосходное качество поверхности с обеих сторон.

В ходе процесса шлифования шлифовальные пластины сначала оказывают давление на самые высокие точки заготовки, вызывая деформацию и постепенное снятие материала в этих точках. По мере выравнивания выступов давление на подложку постепенно становится более равномерным, что приводит к равномерной деформации по всей поверхности. Это позволяет шлифовать как верхнюю, так и нижнюю поверхности равномерно. После завершения шлифования и снятия давления каждая часть подложки равномерно восстанавливает форму благодаря равномерному давлению. Это обеспечивает минимальную деформацию и хорошую плоскостность.

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

Более продвинутый метод предполагает двухстороннюю шлифовку с использованием пенополиуретановых дисков в сочетании с поликристаллической алмазной суспензией. Этот процесс позволяет получать пластины с очень низкой шероховатостью поверхности, достигающей Ra < 3 нм, что весьма полезно для последующей полировки подложек из SiC.

Однако проблема царапания поверхности остаётся нерешённой. Кроме того, поликристаллический алмаз, используемый в этом процессе, производится методом взрывного синтеза, что технически сложно, даёт небольшие объёмы производства и чрезвычайно дорого.

Полировка монокристаллов SiC

Для получения высококачественной полированной поверхности пластин карбида кремния (SiC) полировка должна полностью удалять ямки шлифования и нанометровые неровности поверхности. Цель — получить гладкую, бездефектную поверхность без загрязнений и деградации, без подповерхностных повреждений и без остаточных поверхностных напряжений.

3.1 Механическая полировка и ХМП пластин SiC

После выращивания монокристаллического слитка SiC поверхностные дефекты препятствуют его непосредственному использованию для эпитаксиального роста. Поэтому требуется дальнейшая обработка. Слитку сначала придают стандартную цилиндрическую форму путём скругления, затем разрезают на пластины проволочной резкой, после чего проверяют кристаллографическую ориентацию. Полировка — критически важный этап повышения качества пластин, позволяющий устранить потенциальные повреждения поверхности, вызванные дефектами роста кристаллов и предшествующими этапами обработки.

Существует четыре основных метода удаления поверхностных повреждений на SiC:

Механическая полировка: простая, но оставляет царапины; подходит для первичной полировки.

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

Травление водородом: требует сложного оборудования, обычно используемого в процессах HTCVD.

Плазменная полировка: сложная и редко применяемая процедура.

Механическая полировка часто приводит к появлению царапин, а химическая — к неравномерному травлению. ХМП сочетает в себе оба преимущества и предлагает эффективное и экономичное решение.

Принцип работы CMP

Процесс ХМП основан на вращении пластины под заданным давлением относительно вращающегося полировального круга. Это относительное движение в сочетании с механическим истиранием наночастицами в суспензии и химическим воздействием реактивных агентов обеспечивает планаризацию поверхности.

Основные использованные материалы:

Полировальная суспензия: содержит абразивы и химические реагенты.

Полировальный круг: изнашивается в процессе использования, уменьшая размер пор и снижая эффективность подачи пульпы. Для восстановления шероховатости требуется регулярная правка, обычно с использованием алмазного правящего инструмента.

Типичный процесс CMP

Абразив: алмазная суспензия 0,5 мкм

Шероховатость целевой поверхности: ~0,7 нм

Химико-механическая полировка:

Полировальное оборудование: односторонний полировальный станок 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.%, химически чистый)

Доведите pH до 8,5, используя 5% масс. KOH и 1% масс. HNO₃.

Расход шлама: 3 л/мин, рециркулируемый

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

Технические проблемы механической полировки

SiC, как широкозонный полупроводник, играет важнейшую 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 твёрдость и хрупкость создают серьёзные трудности при шлифовке и полировке.

По мере перехода ведущих мировых производителей с 6-дюймовых на 8-дюймовые пластины такие проблемы, как растрескивание и повреждение пластин в процессе обработки, стали более заметными, что существенно влияет на выход годных изделий. Решение технических проблем, связанных с 8-дюймовыми подложками из SiC, в настоящее время является ключевым ориентиром для развития отрасли.

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

Масштабирование пластин необходимо для увеличения выхода кристаллов за партию, уменьшения потерь на кромках и снижения производственных затрат, особенно с учетом растущего спроса в сфере электромобилей.

Несмотря на то, что выращивание 8-дюймовых монокристаллов SiC достигло зрелости, внутренние процессы, такие как шлифовка и полировка, по-прежнему сталкиваются с узкими местами, что приводит к низкому выходу продукции (всего 40–50%).

Более крупные пластины испытывают более сложное распределение давления, что усложняет управление напряжением полировки и постоянством выхода годных изделий.

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

Для уменьшения напряжений, коробления и растрескивания, связанных с резкой, всё чаще применяется лазерная резка. Однако:

Длинноволновые лазеры вызывают термические повреждения.

Коротковолновые лазеры создают тяжелые частицы и углубляют поврежденный слой, что усложняет полировку.

Рабочий процесс механической полировки SiC

Общая схема процесса включает в себя:

Ориентационная резка

Грубый помол

Тонкое измельчение

Механическая полировка

Химико-механическая полировка (ХМП) как заключительный этап

Выбор метода ХМП, проектирование технологического маршрута и оптимизация параметров имеют решающее значение. В производстве полупроводников ХМП является определяющим этапом для получения SiC-пластин с ультрагладкой, бездефектной и неповрежденной поверхностью, что необходимо для высококачественного эпитаксиального роста.

(а) Извлеките слиток SiC из тигля;

(б) Выполнить начальную формовку путем шлифования наружного диаметра;

(c) Определить ориентацию кристалла с помощью установочных плоскостей или выемок;

(d) Разрезать слиток на тонкие пластины с помощью многострунной пилы;

(e) Достижение зеркальной гладкости поверхности путем шлифования и полирования.

После завершения ряда этапов обработки внешний край пластины SiC часто становится острым, что увеличивает риск сколов при транспортировке или использовании. Чтобы избежать этой хрупкости, требуется шлифовка кромок.

Помимо традиционных процессов нарезки, инновационный метод изготовления пластин SiC включает технологию сращивания. Этот подход позволяет изготавливать пластины путем присоединения тонкого монокристаллического слоя SiC к гетерогенной подложке (подложке-подложке).

Рисунок 3 иллюстрирует последовательность процесса:

Сначала на поверхности монокристалла SiC формируется слой отслоения на заданной глубине с помощью имплантации ионов водорода или аналогичного метода. Обработанный монокристалл SiC затем приклеивается к плоской подложке и подвергается воздействию давления и нагрева. Это позволяет успешно перенести и отделить слой монокристалла SiC на подложку.

Отделённый слой SiC подвергается поверхностной обработке для достижения необходимой плоскостности и может быть повторно использован в последующих процессах сращивания. По сравнению с традиционной резкой кристаллов SiC, этот метод снижает потребность в дорогостоящих материалах. Несмотря на сохраняющиеся технические сложности, исследования и разработки активно развиваются, чтобы обеспечить более низкозатратное производство пластин.

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

Для получения качественной полированной поверхности необходимо:

Отрегулируйте типы абразивов,

Уменьшить размер частиц,

Оптимизировать параметры процесса,

Выбирайте полировальные материалы и полировальные круги достаточной твердости.

На рисунке 7 показано, что двусторонняя полировка абразивами размером 1 мкм позволяет контролировать плоскостность и изменение толщины в пределах 10 мкм, а также снижать шероховатость поверхности примерно до 0,25 нм.

3.2 Химико-механическая полировка (ХМП)

Химико-механическая полировка (ХМП) сочетает в себе ультратонкую абразивную обработку и химическое травление для формирования гладкой, ровной поверхности обрабатываемого материала. Основной принцип:

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

Трение между абразивными частицами и мягким слоем приводит к удалению материала.

Преимущества CMP:

Устраняет недостатки чисто механической или химической полировки,

Обеспечивает как глобальную, так и локальную планаризацию,

Создает поверхности с высокой плоскостностью и низкой шероховатостью,

Не оставляет поверхностных и подповерхностных повреждений.

Подробно:

Пластина перемещается относительно полировальной головки под давлением.

Абразивные частицы нанометрового размера (например, SiO₂) в суспензии участвуют в сдвиге, ослабляя ковалентные связи Si–C и улучшая удаление материала.

Типы методов CMP:

Полирование свободным абразивом: абразивы (например, SiO₂) находятся в суспензии. Удаление материала происходит путём трёхкомпонентной абразивной обработки (пластина–подложка–абразив). Для достижения равномерности необходимо точно контролировать размер абразива (обычно 60–200 нм), pH и температуру.

Полировка фиксированным абразивом: абразивы встроены в полировальный круг, чтобы предотвратить агломерацию — идеально для высокоточной обработки.

Очистка после полировки:

Полированные пластины подвергаются:

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

Промывка деионизированной 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 царапины и неравномерное травление, превосходя по эффективности чисто механические или химические методы.

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

Другие новые методы полировки

Помимо ХМП были предложены альтернативные методы, в том числе:

Электрохимическая полировка, полировка или травление с использованием катализатора, а также

Трибохимическая полировка.

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

В конечном счете, обработка SiC представляет собой постепенный процесс уменьшения коробления и шероховатости для повышения качества поверхности, где контроль плоскостности и шероховатости имеет решающее значение на каждом этапе.

Технология обработки

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

После полировки пластины SiC проходят строгий контроль качества с использованием таких приборов, как оптические микроскопы и рентгеновские дифрактометры, чтобы гарантировать соответствие всех технических параметров требуемым стандартам. Затем полированные пластины очищаются специальными моющими средствами и сверхчистой водой для удаления поверхностных загрязнений. Затем их сушат в сверхчистом азоте и центрифужных сушилках, завершая весь процесс производства.

После многих лет усилий в Китае был достигнут значительный прогресс в обработке монокристаллов SiC. В стране успешно разработаны легированные полуизолирующие монокристаллы 4H-SiC диаметром 100 мм, а монокристаллы 4H-SiC и 6H-SiC n-типа теперь можно производить партиями. Такие компании, как TankeBlue и TYST, уже разработали монокристаллы SiC диаметром 150 мм.

Что касается технологии обработки пластин SiC, отечественные институты предварительно изучили технологические условия и способы резки, шлифовки и полировки кристаллов. Они способны производить образцы, в целом соответствующие требованиям к изготовлению устройств. Однако качество обработки поверхности отечественных пластин по-прежнему значительно отстаёт от международных стандартов. Существует ряд проблем:

Международные теории и технологии обработки SiC тщательно охраняются и не всегда доступны.

Отсутствуют теоретические исследования и поддержка улучшения и оптимизации процессов.

Стоимость импорта зарубежного оборудования и комплектующих высока.

Отечественные исследования в области проектирования оборудования, точности обработки и материалов по-прежнему существенно отстают от международного уровня.

В настоящее время большинство высокоточных приборов, используемых в Китае, импортируются. Испытательное оборудование и методики также требуют дальнейшего совершенствования.

С развитием полупроводников третьего поколения диаметр монокристаллических подложек SiC неуклонно увеличивается, а вместе с ним и требования к качеству обработки поверхности. Технология обработки пластин стала одним из наиболее технически сложных этапов после выращивания монокристаллов SiC.

Для решения существующих проблем в области обработки необходимо дальнейшее изучение механизмов резки, шлифовки и полировки, а также поиск подходящих технологических методов и маршрутов для производства пластин SiC. Одновременно необходимо перенимать передовые международные технологии обработки и внедрять современные методы и оборудование сверхточной обработки для производства высококачественных подложек.

С увеличением размера пластины возрастает сложность выращивания и обработки кристаллов. Однако эффективность производства последующих устройств значительно повышается, а себестоимость единицы продукции снижается. В настоящее время основные мировые поставщики SiC-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 SiC-пластин.