Statusi dhe Trendet Aktuale të Teknologjisë së Përpunimit të Pllakave SiC

Si një material substrati gjysmëpërçues i gjeneratës së tretë,karbid silikoni (SiC)Kristali i vetëm ka perspektiva të gjera aplikimi në prodhimin e pajisjeve elektronike me frekuencë të lartë dhe fuqi të lartë. Teknologjia e përpunimit të SiC luan një rol vendimtar në prodhimin e materialeve të substratit me cilësi të lartë. Ky artikull prezanton gjendjen aktuale të kërkimit mbi teknologjitë e përpunimit të SiC si në Kinë ashtu edhe jashtë saj, duke analizuar dhe krahasuar mekanizmat e proceseve të prerjes, bluarjes dhe lustrimit, si dhe tendencat në sheshtësinë e pllakës së metalit dhe ashpërsinë e sipërfaqes. Ai gjithashtu nxjerr në pah sfidat ekzistuese në përpunimin e pllakës së metalit SiC dhe diskuton drejtimet e zhvillimit të ardhshëm.

Karbid silikoni (SiC)pllakat janë materiale themelore kritike për pajisjet gjysmëpërçuese të gjeneratës së tretë dhe kanë rëndësi të konsiderueshme dhe potencial tregu në fusha të tilla si mikroelektronika, elektronika e fuqisë dhe ndriçimi gjysmëpërçues. Për shkak të fortësisë jashtëzakonisht të lartë dhe stabilitetit kimik tëKristalet e vetme të SiC-së, metodat tradicionale të përpunimit të gjysmëpërçuesve nuk janë plotësisht të përshtatshme për përpunimin e tyre. Edhe pse shumë kompani ndërkombëtare kanë kryer kërkime të gjera mbi përpunimin teknikisht të kërkuar të kristaleve të vetme SiC, teknologjitë përkatëse mbahen rreptësisht konfidenciale.

Vitet e fundit, Kina ka shtuar përpjekjet në zhvillimin e materialeve dhe pajisjeve me kristal të vetëm SiC. Megjithatë, përparimi i teknologjisë së pajisjeve SiC në vend aktualisht kufizohet nga kufizimet në teknologjitë e përpunimit dhe cilësinë e pllakave. Prandaj, është thelbësore që Kina të përmirësojë aftësitë e përpunimit të SiC për të përmirësuar cilësinë e substrateve me kristal të vetëm SiC dhe për të arritur zbatimin e tyre praktik dhe prodhimin masiv.

Hapat kryesorë të përpunimit përfshijnë: prerja → bluarja e trashë → bluarja e imët → lustrimi i ashpër (lustrimi mekanik) → lustrimi i imët (lustrimi kimik mekanik, CMP) → inspektimi.

Prerja e kristaleve të vetme SiC

Në përpunimin eKristalet e vetme të SiC-së, prerja është hapi i parë dhe një hap shumë kritik. Harku, mbështjellësi dhe ndryshimi i trashësisë totale (TTV) të napolitanës që rezulton nga procesi i prerjes përcaktojnë cilësinë dhe efektivitetin e operacioneve të mëvonshme të bluarjes dhe lustrimit.

Veglat prerëse mund të kategorizohen sipas formës në sharrat me diametër të brendshëm (ID) me diametër diamanti, sharrat me diametër të jashtëm (OD), sharrat me shirit dhe sharrat me tela. Sharrat me tela, nga ana tjetër, mund të klasifikohen sipas llojit të lëvizjes së tyre në sisteme teli reciprok dhe pa fund (me lak). Bazuar në mekanizmin e prerjes së gërryesit, teknikat e prerjes me sharrë teli mund të ndahen në dy lloje: sharrat me tela gërryes të lirë dhe sharrat me tela diamanti gërryes të fiksuar.

1.1 Metodat Tradicionale të Prerjes

Thellësia e prerjes së sharrave me diametër të jashtëm (OD) kufizohet nga diametri i tehut. Gjatë procesit të prerjes, tehu është i prirur ndaj dridhjeve dhe devijimeve, duke rezultuar në nivele të larta zhurme dhe ngurtësi të dobët. Sharrat me diametër të brendshëm (ID) përdorin gërryes diamanti në perimetrin e brendshëm të tehut si teh prerës. Këto tehe mund të jenë aq të holla sa 0.2 mm. Gjatë prerjes, tehu ID rrotullohet me shpejtësi të lartë ndërsa materiali që do të pritet lëviz në mënyrë radiale në lidhje me qendrën e tehut, duke arritur prerjen përmes kësaj lëvizjeje relative.

Sharrat me shirit diamanti kërkojnë ndalesa dhe kthime të shpeshta, dhe shpejtësia e prerjes është shumë e ulët - zakonisht nuk tejkalon 2 m/s. Ato gjithashtu vuajnë nga konsumim i konsiderueshëm mekanik dhe kosto të larta mirëmbajtjeje. Për shkak të gjerësisë së tehut të sharrës, rrezja e prerjes nuk mund të jetë shumë e vogël, dhe prerja me shumë feta nuk është e mundur. Këto mjete tradicionale sharrimi janë të kufizuara nga ngurtësia e bazës dhe nuk mund të bëjnë prerje të lakuara ose të kenë rreze të kufizuara kthimi. Ato janë të afta vetëm për prerje të drejta, prodhojnë prerje të gjera, kanë një shkallë të ulët rendimenti dhe kështu janë të papërshtatshme për prerje.Kristalet e SiC.

1.2 Prerje me shumë tela me sharrë gërryese falas

Teknika e prerjes me sharrë teli gërryes të lirë përdor lëvizjen e shpejtë të telit për të transportuar llumin në prerje, duke mundësuar heqjen e materialit. Ajo përdor kryesisht një strukturë reciproke dhe aktualisht është një metodë e pjekur dhe e përdorur gjerësisht për prerjen efikase me shumë pllaka të silikonit monokristalor. Megjithatë, zbatimi i saj në prerjen e SiC është studiuar më pak gjerësisht.

Sharrat me tela gërryes të lirë mund të përpunojnë naflete me trashësi më të vogël se 300 μm. Ato ofrojnë humbje të ulëta gjatë prerjes, rrallë shkaktojnë çarje dhe rezultojnë në cilësi relativisht të mirë të sipërfaqes. Megjithatë, për shkak të mekanizmit të heqjes së materialit - bazuar në rrotullimin dhe gropëzimin e gërryesve - sipërfaqja e nafletës tenton të zhvillojë stres të konsiderueshëm të mbetur, mikroçarje dhe shtresa më të thella dëmtimi. Kjo çon në deformim të nafletës, e bën të vështirë kontrollin e saktësisë së profilit të sipërfaqes dhe rrit ngarkesën në hapat pasues të përpunimit.

Performanca e prerjes ndikohet shumë nga llaçi i trashë; është e nevojshme të ruhet mprehtësia e lëndëve gërryese dhe përqendrimi i llaçit të trashë. Trajtimi dhe riciklimi i llaçit të trashë janë të kushtueshme. Kur priten lingota të mëdha, lëndët gërryese kanë vështirësi të depërtojnë në prerje të thella dhe të gjata. Nën të njëjtën madhësi të kokrrizave të gërryeshme, humbja e prerjes është më e madhe se ajo e sharrave me tela me gërryes fiks.

1.3 Sharrë Teli Diamanti Abrazive Fikse Prerje me Tela të Shumëfishta

Sharrat fikse me tela diamanti gërryes zakonisht prodhohen duke ngulitur grimca diamanti në një substrat teli çeliku përmes metodave të elektrogalvanizimit, sinterimit ose lidhjes me rrëshirë. Sharrat me tela diamanti të elektrogalvanizuara ofrojnë avantazhe të tilla si prerje më të ngushta, cilësi më të mirë të prerjes, efikasitet më të lartë, ndotje më të ulët dhe aftësinë për të prerë materiale me fortësi të lartë.

Sharra me tela diamanti e elektrolizuar me anë të spërkatjes është aktualisht metoda më e përdorur gjerësisht për prerjen e SiC. Figura 1 (nuk tregohet këtu) ilustron rrafshësinë sipërfaqësore të pllakave SiC të prera duke përdorur këtë teknikë. Ndërsa prerja përparon, shtrembërimi i pllakave rritet. Kjo ndodh sepse sipërfaqja e kontaktit midis telit dhe materialit rritet ndërsa teli lëviz poshtë, duke rritur rezistencën dhe dridhjen e telit. Kur teli arrin diametrin maksimal të pllakave, dridhja është në kulmin e saj, duke rezultuar në shtrembërim maksimal.

Në fazat e mëvonshme të prerjes, për shkak të përshpejtimit, lëvizjes me shpejtësi të qëndrueshme, ngadalësimit, ndalimit dhe kthimit të telit, së bashku me vështirësitë në heqjen e mbeturinave me ftohësin, cilësia e sipërfaqes së pllakës përkeqësohet. Kthimi i telit dhe luhatjet e shpejtësisë, si dhe grimcat e mëdha të diamantit në tel, janë shkaqet kryesore të gërvishtjeve sipërfaqësore.

1.4 Teknologjia e Ndarjes së Ftohtë

Ndarja në të ftohtë e kristaleve të vetme SiC është një proces inovativ në fushën e përpunimit të materialeve gjysmëpërçuese të gjeneratës së tretë. Në vitet e fundit, ajo ka tërhequr vëmendje të konsiderueshme për shkak të avantazheve të saj të dukshme në përmirësimin e rendimentit dhe zvogëlimin e humbjes së materialit. Teknologjia mund të analizohet nga tre aspekte: parimi i punës, rrjedha e procesit dhe avantazhet kryesore.

Përcaktimi i Orientimit të Kristalit dhe Bluarja e Diametrit të Jashtëm: Përpara përpunimit, duhet të përcaktohet orientimi i kristalit të lingotës SiC. Lingota më pas formohet në një strukturë cilindrike (zakonisht e quajtur pako SiC) nëpërmjet bluarjes së diametrit të jashtëm. Ky hap hedh themelet për prerjen dhe prerjen e mëvonshme të drejtuar.

Prerje me Shumë Tela: Kjo metodë përdor grimca gërryese të kombinuara me tela prerës për të prerë lingotin cilindrik. Megjithatë, ajo vuan nga humbje të konsiderueshme të prerjes dhe probleme me pabarazinë e sipërfaqes.

Teknologjia e Prerjes me Lazer: Një lazer përdoret për të formuar një shtresë të modifikuar brenda kristalit, nga e cila mund të shkëputen feta të holla. Kjo qasje zvogëlon humbjen e materialit dhe rrit efikasitetin e përpunimit, duke e bërë atë një drejtim të ri premtues për prerjen e pllakave SiC.

Optimizimi i procesit të prerjes

Prerje Fikse Abrasive me Shumë Tela: Kjo është aktualisht teknologjia kryesore, e përshtatshme për karakteristikat e fortësisë së lartë të SiC.

Përpunimi me Shkarkim Elektrik (EDM) dhe Teknologjia e Ndarjes në të Ftohtë: Këto metoda ofrojnë zgjidhje të larmishme të përshtatura sipas kërkesave specifike.

Procesi i lustrimit: Është thelbësore të balancohet shkalla e heqjes së materialit dhe dëmtimi i sipërfaqes. Lëmimi Kimik Mekanik (CMP) përdoret për të përmirësuar uniformitetin e sipërfaqes.

Monitorimi në Kohë Reale: Prezantohen teknologjitë e inspektimit online për të monitoruar vrazhdësinë e sipërfaqes në kohë reale.

Prerja me lazer: Kjo teknikë zvogëlon humbjen e prerjes dhe shkurton ciklet e përpunimit, megjithëse zona e prekur termikisht mbetet një sfidë.

Teknologjitë hibride të përpunimit: Kombinimi i metodave mekanike dhe kimike rrit efikasitetin e përpunimit.

Kjo teknologji ka arritur tashmë zbatim industrial. Infineon, për shembull, bleu SILTECTRA dhe tani mban patentat kryesore që mbështesin prodhimin masiv të pllakave 8-inç. Në Kinë, kompani si Delong Laser kanë arritur një efikasitet prodhimi prej 30 pllakash për lingotë për përpunimin e pllakave 6-inç, që përfaqëson një përmirësim prej 40% krahasuar me metodat tradicionale.

Ndërsa prodhimi vendas i pajisjeve përshpejtohet, kjo teknologji pritet të bëhet zgjidhja kryesore për përpunimin e substratit SiC. Me rritjen e diametrit të materialeve gjysmëpërçuese, metodat tradicionale të prerjes janë bërë të vjetëruara. Ndër opsionet aktuale, teknologjia e sharrimit me tela diamanti me reciprocitet tregon perspektivat më premtuese të aplikimit. Prerja me lazer, si një teknikë në zhvillim, ofron avantazhe të konsiderueshme dhe parashikohet të bëhet metoda kryesore e prerjes në të ardhmen.

2,Bluarje me Kristal të Vetëm SiC

Si përfaqësues i gjysmëpërçuesve të gjeneratës së tretë, karbidi i silicit (SiC) ofron avantazhe të konsiderueshme për shkak të hapësirës së gjerë të brezit, fushës elektrike të zbërthimit të lartë, shpejtësisë së lartë të zhvendosjes së elektroneve të ngopjes dhe përçueshmërisë së shkëlqyer termike. Këto veti e bëjnë SiC veçanërisht të favorshëm në aplikimet me tension të lartë (p.sh., mjedise 1200V). Teknologjia e përpunimit për substratet SiC është një pjesë themelore e fabrikimit të pajisjeve. Cilësia e sipërfaqes dhe preciziteti i substratit ndikojnë drejtpërdrejt në cilësinë e shtresës epitaksiale dhe performancën e pajisjes përfundimtare.

Qëllimi kryesor i procesit të bluarjes është heqja e shenjave të sharrës sipërfaqësore dhe shtresave të dëmtimit të shkaktuara gjatë prerjes, si dhe korrigjimi i deformimit të shkaktuar nga procesi i prerjes. Duke pasur parasysh fortësinë jashtëzakonisht të lartë të SiC, bluarja kërkon përdorimin e gërryesve të fortë si karbidi i borit ose diamanti. Bluarja konvencionale zakonisht ndahet në bluarje të trashë dhe bluarje të imët.

2.1 Bluarje e trashë dhe e imët

Bluarja mund të kategorizohet bazuar në madhësinë e grimcave gërryese:

Bluarje e trashë: Përdor gërryes më të mëdhenj kryesisht për të hequr gjurmët e sharrës dhe shtresat e dëmtimeve të shkaktuara gjatë prerjes, duke përmirësuar efikasitetin e përpunimit.

Bluarje e imët: Përdor gërryes më të imët për të hequr shtresën e dëmtuar të lënë nga bluarja e trashë, për të zvogëluar vrazhdësinë e sipërfaqes dhe për të përmirësuar cilësinë e sipërfaqes.

Shumë prodhues vendas të substrateve SiC përdorin procese prodhimi në shkallë të gjerë. Një metodë e zakonshme përfshin bluarjen e dyanshme duke përdorur një pllakë gize dhe një slurri diamanti monokristalin. Ky proces heq në mënyrë efektive shtresën e dëmtuar të lënë nga sharrimi me tela, korrigjon formën e pllakës dhe zvogëlon TTV (Ndryshimin Total të Trashësisë), Harkun dhe Shtrembërimin. Shkalla e heqjes së materialit është e qëndrueshme, zakonisht duke arritur 0.8–1.2 μm/min. Megjithatë, sipërfaqja që rezulton nga pllaka është mat me vrazhdësi relativisht të lartë - zakonisht rreth 50 nm - gjë që imponon kërkesa më të larta në hapat pasues të lustrimit.

2.2 Bluarje me një anë

Bluarja njëanëshe përpunon vetëm njërën anë të pllakës në të njëjtën kohë. Gjatë këtij procesi, pllaka montohet me dyll mbi një pllakë çeliku. Nën presionin e aplikuar, substrati pëson një deformim të lehtë dhe sipërfaqja e sipërme rrafshohet. Pas bluarjes, sipërfaqja e poshtme rrafshohet. Kur hiqet presioni, sipërfaqja e sipërme tenton të rikuperohet në formën e saj origjinale, gjë që ndikon edhe në sipërfaqen e poshtme tashmë të bluar, duke shkaktuar që të dyja anët të deformohen dhe të degradojnë në rrafshësi.

Për më tepër, pllaka e bluarjes mund të bëhet konkave në një kohë të shkurtër, duke bërë që pllaka të bëhet konvekse. Për të ruajtur rrafshësinë e pllakës, kërkohet përpunim i shpeshtë. Për shkak të efikasitetit të ulët dhe rrafshësisë së dobët të pllakave, bluarja njëanëshe nuk është e përshtatshme për prodhim masiv.

Zakonisht, rrotat e bluarjes #8000 përdoren për bluarjen e imët. Në Japoni, ky proces është relativisht i zhvilluar dhe madje përdor rrota lëmuese #30000. Kjo lejon që vrazhdësia sipërfaqësore e napolitanëve të përpunuar të arrijë nën 2 nm, duke i bërë napolitanët gati për CMP (Lustrim Kimik Mekanik) përfundimtar pa përpunim shtesë.

2.3 Teknologjia e Hollimit me Një Anësore

Teknologjia e Hollimit me Një Anë të Diamantit është një metodë e re e bluarjes me një anë. Siç ilustrohet në Figurën 5 (nuk tregohet këtu), procesi përdor një pllakë bluarjeje të lidhur me diamant. Pllaka fiksohet nëpërmjet adsorbimit në vakum, ndërsa si pllaka ashtu edhe rrota bluarëse me diamant rrotullohen njëkohësisht. Rrota bluarës lëviz gradualisht poshtë për ta holluar pllakën në një trashësi të synuar. Pasi të përfundojë njëra anë, pllaka kthehet për të përpunuar anën tjetër.

Pas hollimit, një napë 100 mm mund të arrijë:

Harku < 5 μm

TTV < 2 μm

Vrazhdësia e sipërfaqes < 1 nm

Kjo metodë përpunimi me një pllakë të vetme ofron stabilitet të lartë, konsistencë të shkëlqyer dhe një shkallë të lartë të heqjes së materialit. Krahasuar me bluarjen konvencionale të dyanshme, kjo teknikë përmirëson efikasitetin e bluarjes me mbi 50%.

2.4 Bluarje me dy anë

Bluarja dypalëshe përdor një pllakë bluarëse të sipërme dhe një të poshtme për të bluar njëkohësisht të dyja anët e substratit, duke siguruar cilësi të shkëlqyer të sipërfaqes në të dyja anët.

Gjatë procesit, pllakat e bluarjes fillimisht ushtrojnë presion në pikat më të larta të copës së punës, duke shkaktuar deformim dhe heqje graduale të materialit në ato pika. Ndërsa pikat e larta nivelohen, presioni mbi substratin gradualisht bëhet më uniform, duke rezultuar në deformim të qëndrueshëm në të gjithë sipërfaqen. Kjo lejon që sipërfaqet e sipërme dhe të poshtme të bluhen në mënyrë të barabartë. Pasi bluarja të përfundojë dhe presioni të lirohet, çdo pjesë e substratit rikuperohet në mënyrë uniforme për shkak të presionit të barabartë që ka përjetuar. Kjo çon në deformim minimal dhe rrafshësi të mirë.

Vrazhdësia sipërfaqësore e pllakës së bluarjes pas bluarjes varet nga madhësia e grimcave gërryese - grimcat më të vogla japin sipërfaqe më të lëmuara. Kur përdoren gërryes 5 μm për bluarje të dyanshme, rrafshësia e pllakës dhe ndryshimi i trashësisë mund të kontrollohen brenda 5 μm. Matjet e Mikroskopisë së Forcës Atomike (AFM) tregojnë një vrazhdësi sipërfaqësore (Rq) prej rreth 100 nm, me gropa bluarjeje deri në 380 nm të thella dhe shenja lineare të dukshme të shkaktuara nga veprimi gërryes.

Një metodë më e avancuar përfshin bluarjen e dyanshme duke përdorur jastëkë shkume poliuretani të kombinuar me slurri diamanti polikristalin. Ky proces prodhon napolitane me vrazhdësi sipërfaqësore shumë të ulët, duke arritur Ra ​​< 3 nm, gjë që është shumë e dobishme për lustrimin pasues të substrateve SiC.

Megjithatë, gërvishtja sipërfaqësore mbetet një problem i pazgjidhur. Përveç kësaj, diamanti polikristalin i përdorur në këtë proces prodhohet nëpërmjet sintezës shpërthyese, e cila është teknikisht sfiduese, jep sasi të ulëta dhe është jashtëzakonisht e shtrenjtë.

Lustrimi i kristaleve të vetme SiC

Për të arritur një sipërfaqe të lëmuar me cilësi të lartë në pllakat e karabit të silicit (SiC), lëmimi duhet të heqë plotësisht gropëzat e bluarjes dhe valëzimet sipërfaqësore në shkallë nanometri. Qëllimi është të prodhohet një sipërfaqe e lëmuar, pa defekte, pa ndotje ose degradim, pa dëmtime nën sipërfaqe dhe pa stres të mbetur sipërfaqësor.

3.1 Lëmimi Mekanik dhe CMP i Napolit SiC

Pas rritjes së një lingoti monokristali SiC, defektet sipërfaqësore e pengojnë atë të përdoret drejtpërdrejt për rritje epitaksiale. Prandaj, kërkohet përpunim i mëtejshëm. Lingoti së pari formohet në një formë cilindrike standarde përmes rrumbullakosjes, pastaj pritet në napolitane duke përdorur prerjen e telit, e ndjekur nga verifikimi i orientimit kristalografik. Lëmimi është një hap kritik në përmirësimin e cilësisë së napolitane, duke adresuar dëmtimet e mundshme sipërfaqësore të shkaktuara nga defektet e rritjes së kristalit dhe hapat e mëparshëm të përpunimit.

Ekzistojnë katër metoda kryesore për heqjen e shtresave të dëmtimit sipërfaqësor në SiC:

Lëmim mekanik: I thjeshtë, por lë gërvishtje; i përshtatshëm për lustrim fillestar.

Lëmim Kimik Mekanik (CMP): Heq gërvishtjet nëpërmjet gdhendjes kimike; i përshtatshëm për lustrim preciz.

Gdhendja me hidrogjen: Kërkon pajisje komplekse, të cilat përdoren zakonisht në proceset HTCVD.

Lustrimi me ndihmën e plazmës: Kompleks dhe përdoret rrallë.

Lyerja vetëm mekanike tenton të shkaktojë gërvishtje, ndërsa lustrimi vetëm kimik mund të çojë në gdhendje të pabarabartë. CMP kombinon të dyja avantazhet dhe ofron një zgjidhje efikase dhe me kosto efektive.

Parimi i Punës së CMP-së

CMP funksionon duke rrotulluar pllakëzën nën një presion të caktuar kundër një jastëku lëmues që rrotullohet. Kjo lëvizje relative, e kombinuar me gërryerjen mekanike nga gërryesit me madhësi nano në lëng dhe veprimin kimik të agjentëve reaktivë, arrin planarizimin e sipërfaqes.

Materialet kryesore të përdorura:

Lëngu lustrues: Përmban lëndë gërryese dhe reagentë kimikë.

Sfungjeri për lëmim: Konsumohet gjatë përdorimit, duke zvogëluar madhësinë e poreve dhe efikasitetin e shpërndarjes së slurit. Për të rikthyer ashpërsinë, kërkohet përpunim i rregullt, zakonisht duke përdorur një makinë për lëmim diamanti.

Procesi tipik CMP

Gërryes: lëng diamanti 0.5 μm

Vrazhdësia e sipërfaqes së synuar: ~0.7 nm

Lustrim Kimik Mekanik:

Pajisje për lustrim: Lëmues me një anë AP-810

Presioni: 200 g/cm²

Shpejtësia e pllakës: 50 rpm

Shpejtësia e mbajtëses qeramike: 38 rpm

Përbërja e slurit:

SiO₂ (30% në peshë, pH = 10.15)

0–70% në peshë H₂O₂ (30% në peshë, gradë reagenti)

Rregulloni pH-in në 8.5 duke përdorur 5% në peshë KOH dhe 1% në peshë HNO₃

Shkalla e rrjedhjes së slurry-t: 3 L/min, e ricikluar

Ky proces përmirëson në mënyrë efektive cilësinë e pllakës SiC dhe plotëson kërkesat për proceset pasuese.

Sfidat Teknike në Lustrimin Mekanik

SiC, si një gjysmëpërçues me gjerësi të gjerë brezash, luan një rol jetësor në industrinë elektronike. Me veti të shkëlqyera fizike dhe kimike, kristalet e vetme të SiC janë të përshtatshme për mjedise ekstreme, siç janë temperaturat e larta, frekuenca e lartë, fuqia e lartë dhe rezistenca ndaj rrezatimit. Megjithatë, natyra e tij e fortë dhe e brishtë paraqet sfida të mëdha për bluarjen dhe lustrimin.

Ndërsa prodhuesit kryesorë globalë po kalojnë nga pllakat 6 inç në ato 8 inç, probleme të tilla si çarjet dhe dëmtimi i pllakave gjatë përpunimit janë bërë më të theksuara, duke ndikuar ndjeshëm në rendiment. Adresimi i sfidave teknike të substrateve SiC 8 inç është tani një pikë referimi kyçe për përparimin e industrisë.

Në epokën 8-inç, përpunimi i pllakave SiC përballet me sfida të shumta:

Shkallëzimi i pllakave të metaleve është i nevojshëm për të rritur prodhimin e çipave për grumbull, për të zvogëluar humbjen e skajeve dhe për të ulur kostot e prodhimit - veçanërisht duke pasur parasysh kërkesën në rritje për aplikimet e automjeteve elektrike.

Ndërsa rritja e kristaleve të vetme SiC 8-inç është pjekur, proceset e prapavijës si bluarja dhe lustrimi ende përballen me pengesa, duke rezultuar në rendimente të ulëta (vetëm 40-50%).

Napolitanet më të mëdha përjetojnë shpërndarje më komplekse të presionit, duke rritur vështirësinë e menaxhimit të stresit të lustrimit dhe konsistencës së rendimentit.

Edhe pse trashësia e napolitanëve 8 inç po i afrohet asaj të napolitanëve 6 inç, ato janë më të prirura ndaj dëmtimit gjatë trajtimit për shkak të stresit dhe deformimit.

Për të zvogëluar stresin, deformimin dhe çarjet që lidhen me prerjen, prerja me lazer përdoret gjithnjë e më shumë. Megjithatë:

Lazerët me gjatësi vale të gjata shkaktojnë dëmtime termike.

Lazerët me gjatësi vale të shkurtër gjenerojnë mbeturina të rënda dhe thellojnë shtresën e dëmtuar, duke rritur kompleksitetin e lustrimit.

Fluksi i Punës së Lustrimit Mekanik për SiC

Rrjedha e përgjithshme e procesit përfshin:

Prerje orientuese

Bluarje e trashë

Bluarje e imët

Lustrim mekanik

Lustrim Kimik Mekanik (CMP) si hapi i fundit

Zgjedhja e metodës CMP, projektimi i rrugës së procesit dhe optimizimi i parametrave janë thelbësore. Në prodhimin e gjysmëpërçuesve, CMP është hapi përcaktues për prodhimin e pllakave SiC me sipërfaqe ultra të lëmuara, pa defekte dhe pa dëmtime, të cilat janë thelbësore për rritjen epitaksiale me cilësi të lartë.

(a) Hiqeni shufrën SiC nga ena e shkrirjes;

(b) Kryeni formësimin fillestar duke përdorur bluarjen e diametrit të jashtëm;

(c) Përcaktoni orientimin e kristalit duke përdorur rrafshet ose prerjet e shtrirjes;

(d) Pritini shufrën në napolitane të holla duke përdorur sharrim me shumë tela;

(e) Arritja e një sipërfaqeje të lëmuar si pasqyrë përmes hapave të bluarjes dhe lustrimit.

Pas përfundimit të serisë së hapave të përpunimit, buza e jashtme e pllakës SiC shpesh bëhet e mprehtë, gjë që rrit rrezikun e çarjes gjatë trajtimit ose përdorimit. Për të shmangur një brishtësi të tillë, kërkohet bluarje e skajeve.

Përveç proceseve tradicionale të prerjes, një metodë inovative për përgatitjen e pllakave SiC përfshin teknologjinë e lidhjes. Kjo qasje mundëson prodhimin e pllakave duke lidhur një shtresë të hollë monokristali SiC në një substrat heterogjen (substrat mbështetës).

Figura 3 ilustron rrjedhën e procesit:

Së pari, një shtresë delaminimi formohet në një thellësi të caktuar në sipërfaqen e kristalit të vetëm SiC nëpërmjet implantimit të jonit të hidrogjenit ose teknikave të ngjashme. Kristali i vetëm SiC i përpunuar më pas lidhet me një substrat mbështetës të sheshtë dhe i nënshtrohet presionit dhe nxehtësisë. Kjo lejon transferimin dhe ndarjen me sukses të shtresës së kristalit të vetëm SiC në substratin mbështetës.

Shtresa e ndarë e SiC i nënshtrohet trajtimit sipërfaqësor për të arritur rrafshësinë e kërkuar dhe mund të ripërdoret në proceset pasuese të lidhjes. Krahasuar me prerjen tradicionale të kristaleve të SiC, kjo teknikë zvogëlon kërkesën për materiale të shtrenjta. Megjithëse sfidat teknike mbeten, kërkimi dhe zhvillimi po përparojnë në mënyrë aktive për të mundësuar prodhimin e pllakave me kosto më të ulët.

Duke pasur parasysh fortësinë e lartë dhe stabilitetin kimik të SiC - gjë që e bën atë rezistent ndaj reaksioneve në temperaturë ambienti - lustrimi mekanik është i nevojshëm për të hequr gropëzat e imëta të bluarjes, për të zvogëluar dëmtimet sipërfaqësore, për të eliminuar gërvishtjet, gropëzat dhe defektet e lëvozhgës së portokallit, për të ulur vrazhdësinë e sipërfaqes, për të përmirësuar sheshtësinë dhe për të përmirësuar cilësinë e sipërfaqes.

Për të arritur një sipërfaqe të lëmuar me cilësi të lartë, është e nevojshme:

Rregulloni llojet e gërryesve,

Zvogëloni madhësinë e grimcave,

Optimizoni parametrat e procesit,

Zgjidhni materiale dhe sfungjerë lustrues me fortësi të mjaftueshme.

Figura 7 tregon se lustrimi i dyanshëm me gërryes 1 μm mund të kontrollojë ndryshimin e sheshtësisë dhe trashësisë brenda 10 μm, dhe të zvogëlojë vrazhdësinë e sipërfaqes në rreth 0.25 nm.

3.2 Lustrim Kimik Mekanik (CMP)

Lëmimi Kimik Mekanik (CMP) kombinon gërryerjen e grimcave ultra të imëta me gdhendjen kimike për të formuar një sipërfaqe të lëmuar dhe planare në materialin që përpunohet. Parimi bazë është:

Një reaksion kimik ndodh midis lëngut të lëmuar dhe sipërfaqes së napolitanës, duke formuar një shtresë të butë.

Fërkimi midis grimcave gërryese dhe shtresës së butë largon materialin.

Përparësitë e CMP-së:

Kapërcen disavantazhet e lustrimit thjesht mekanik ose kimik,

Arrin si planarizimin global ashtu edhe atë lokal,

Prodhon sipërfaqe me rrafshësi të lartë dhe vrazhdësi të ulët,

Nuk lë dëmtime sipërfaqësore ose nëntokësore.

Në detaje:

Napolitani lëviz në lidhje me jastëkun e lustrimit nën presion.

Lëndët gërryese në shkallë nanometri (p.sh., SiO₂) në lëng marrin pjesë në prerjen, duke dobësuar lidhjet kovalente Si-C dhe duke rritur heqjen e materialit.

Llojet e Teknikave CMP:

Lëmimi me Abraziv të Lirë: Lëndët gërryese (p.sh., SiO₂) janë të pezulluara në formë slurri. Largimi i materialit ndodh nëpërmjet gërryerjes me tre trupa (petë-jastëk-gërryes). Madhësia e gërryerjes (zakonisht 60–200 nm), pH dhe temperatura duhet të kontrollohen me saktësi për të përmirësuar uniformitetin.

Lëmim Abraziv i Fiksuar: Lëndët gërryese janë të ngulitura në jastëkun e lëmimit për të parandaluar grumbullimin - ideale për përpunim me precizion të lartë.

Pastrimi pas lustrimit:

Napolitat e lëmuara i nënshtrohen:

Pastrim kimik (duke përfshirë heqjen e ujit të dioksiduar dhe mbetjeve të llumit),

Shpëlarje me ujë të dioksiduar, dhe

Tharje me azot të nxehtë

për të minimizuar ndotësit sipërfaqësorë.

Cilësia dhe Performanca e Sipërfaqes

Vrazhdësia e sipërfaqes mund të reduktohet në Ra < 0.3 nm, duke përmbushur kërkesat e epitaksise gjysmëpërçuese.

Planarizimi Global: Kombinimi i zbutjes kimike dhe heqjes mekanike zvogëlon gërvishtjet dhe gdhendjen e pabarabartë, duke tejkaluar metodat e pastra mekanike ose kimike.

Efikasitet i Lartë: I përshtatshëm për materiale të forta dhe të brishta si SiC, me shpejtësi heqjeje të materialit mbi 200 nm/orë.

Teknika të tjera të lustrimit në zhvillim

Përveç CMP-së, janë propozuar edhe metoda alternative, duke përfshirë:

Lustrim elektrokimik, lustrim ose gdhendje me ndihmën e katalizatorit, dhe

Lustrim tribokimik.

Megjithatë, këto metoda janë ende në fazën e kërkimit dhe janë zhvilluar ngadalë për shkak të vetive sfiduese të materialit SiC.

Në fund të fundit, përpunimi i SiC është një proces gradual i reduktimit të deformimit dhe vrazhdësisë për të përmirësuar cilësinë e sipërfaqes, ku kontrolli i sheshtësisë dhe vrazhdësisë janë kritike në çdo fazë.

Teknologjia e përpunimit

Gjatë fazës së bluarjes së napolit, përdoret lëng diamanti me madhësi të ndryshme grimcash për ta bluar napolitanin deri në sheshtësinë dhe ashpërsinë e sipërfaqes së kërkuar. Kjo pasohet nga lustrimi, duke përdorur teknika të lustrimit mekanik (CMP) si mekanik ashtu edhe kimik për të prodhuar napolitan të lëmuar prej karbidi silici (SiC) pa dëmtime.

Pas lustrimit, pllakat SiC i nënshtrohen inspektimit rigoroz të cilësisë duke përdorur instrumente të tilla si mikroskopët optikë dhe difraktometrat me rreze X për të siguruar që të gjithë parametrat teknikë përmbushin standardet e kërkuara. Së fundmi, pllakat e lëmuara pastrohen duke përdorur agjentë pastrimi të specializuar dhe ujë ultra të pastër për të hequr ndotësit sipërfaqësorë. Më pas ato thahen duke përdorur gaz azoti me pastërti ultra të lartë dhe tharëse me centrifugim, duke përfunduar të gjithë procesin e prodhimit.

Pas vitesh përpjekjesh, është bërë përparim i konsiderueshëm në përpunimin e kristaleve të vetme SiC brenda Kinës. Në vend, janë zhvilluar me sukses kristale të vetme gjysmë-izoluese 4H-SiC të dopuara 100 mm, dhe kristalet e vetme 4H-SiC të tipit n dhe 6H-SiC tani mund të prodhohen në sasi. Kompani si TankeBlue dhe TYST kanë zhvilluar tashmë kristale të vetme SiC 150 mm.

Sa i përket teknologjisë së përpunimit të pllakave SiC, institucionet vendase kanë eksploruar paraprakisht kushtet e procesit dhe rrugët për prerjen, bluarjen dhe lustrimin e kristaleve. Ato janë të afta të prodhojnë mostra që në thelb plotësojnë kërkesat për prodhimin e pajisjeve. Megjithatë, krahasuar me standardet ndërkombëtare, cilësia e përpunimit sipërfaqësor të pllakave vendase ende mbetet ndjeshëm prapa. Ekzistojnë disa çështje:

Teoritë dhe teknologjitë ndërkombëtare të përpunimit të SiC janë të mbrojtura fort dhe jo lehtësisht të arritshme.

Ka mungesë të kërkimit teorik dhe mbështetjes për përmirësimin dhe optimizimin e proceseve.

Kostoja e importimit të pajisjeve dhe komponentëve të huaj është e lartë.

Hulumtimi vendas mbi projektimin e pajisjeve, saktësinë e përpunimit dhe materialet tregon ende boshllëqe të konsiderueshme krahasuar me nivelet ndërkombëtare.

Aktualisht, shumica e instrumenteve me precizion të lartë që përdoren në Kinë importohen. Pajisjet dhe metodologjitë e testimit gjithashtu kërkojnë përmirësim të mëtejshëm.

Me zhvillimin e vazhdueshëm të gjysmëpërçuesve të gjeneratës së tretë, diametri i substrateve të kristalit të vetëm SiC po rritet vazhdimisht, së bashku me kërkesat më të larta për cilësinë e përpunimit të sipërfaqes. Teknologjia e përpunimit të pllakave është bërë një nga hapat më sfidues teknikisht pas rritjes së kristalit të vetëm SiC.

Për të adresuar sfidat ekzistuese në përpunim, është thelbësore të studiohen më tej mekanizmat e përfshirë në prerje, bluarje dhe lustrim, si dhe të eksplorohen metodat dhe rrugët e përshtatshme të procesit për prodhimin e pllakave SiC. Në të njëjtën kohë, është e nevojshme të mësohet nga teknologjitë e përparuara ndërkombëtare të përpunimit dhe të miratohen teknikat dhe pajisjet më të fundit të përpunimit me precizion ultra të lartë për të prodhuar substrate me cilësi të lartë.

Ndërsa madhësia e pllakës së metalit rritet, rritet edhe vështirësia e rritjes dhe përpunimit të kristalit. Megjithatë, efikasiteti i prodhimit të pajisjeve të prodhimit përmirësohet ndjeshëm dhe kostoja për njësi zvogëlohet. Aktualisht, furnizuesit kryesorë të pllakës së metalit SiC në nivel global ofrojnë produkte me diametër që varion nga 4 inç deri në 6 inç. Kompanitë kryesore si Cree dhe II-VI kanë filluar tashmë planifikimin për zhvillimin e linjave të prodhimit të pllakës së metalit SiC prej 8 inçësh.