Сучасний стан та тенденції технології обробки пластин SiC

Як напівпровідниковий матеріал підкладки третього покоління,карбід кремнію (SiC)Монокристал має широкі перспективи застосування у виробництві високочастотних та потужних електронних пристроїв. Технологія обробки SiC відіграє вирішальну роль у виробництві високоякісних матеріалів для підкладок. У цій статті представлено сучасний стан досліджень технологій обробки SiC як у Китаї, так і за кордоном, проаналізовано та порівняно механізми процесів різання, шліфування та полірування, а також тенденції щодо площинності пластин та шорсткості поверхні. Також зазначено існуючі проблеми в обробці пластин SiC та обговорено майбутні напрямки розвитку.

Карбід кремнію (SiC)Пластини є критично важливими базовими матеріалами для напівпровідникових приладів третього покоління та мають значне значення та ринковий потенціал у таких галузях, як мікроелектроніка, силова електроніка та напівпровідникове освітлення. Завдяки надзвичайно високій твердості та хімічній стабільностіМонокристали SiC, традиційні методи обробки напівпровідників не зовсім підходять для їх механічної обробки. Хоча багато міжнародних компаній провели масштабні дослідження технічно складної обробки монокристалів SiC, відповідні технології зберігаються в суворій таємниці.

В останні роки Китай активізував зусилля в розробці монокристалічних матеріалів та пристроїв на основі карбіду кремнію (SiC). Однак розвиток технології виготовлення пристроїв на основі карбіду кремнію в країні наразі стримується обмеженнями в технологіях обробки та якості пластин. Тому для Китаю важливо покращити можливості обробки SiC, щоб підвищити якість монокристалічних підкладок SiC та досягти їх практичного застосування та масового виробництва.

Основні етапи обробки включають: різання → грубе шліфування → тонке шліфування → грубе полірування (механічне полірування) → тонке полірування (хімічно-механічне полірування, CMP) → перевірка.

Різання монокристалів SiC

При обробціМонокристали SiCРізання є першим і дуже важливим кроком. Вигин, деформація та загальна варіація товщини (TTV) пластини, що виникають в результаті процесу різання, визначають якість та ефективність подальших операцій шліфування та полірування.

Різальні інструменти можна класифікувати за формою на алмазні пилки внутрішнього діаметра (ID), пилки зовнішнього діаметра (OD), стрічкові пилки та дротові пилки. Дротові пилки, у свою чергу, можна класифікувати за типом руху на зворотно-поступальні та петльові (нескінченні) дротові системи. Залежно від механізму різання абразиву, методи різання дротовою пилкою можна розділити на два типи: пиляння вільним абразивним дротом та пиляння алмазним дротом з нерухомим абразивом.

1.1 Традиційні методи різання

Глибина різання пилок із зовнішнім діаметром (OD) обмежена діаметром леза. Під час процесу різання лезо схильне до вібрації та відхилення, що призводить до високого рівня шуму та низької жорсткості. Пилки із внутрішнім діаметром (ID) використовують алмазні абразиви на внутрішньому колу леза як ріжучу кромку. Ці леза можуть бути тонкими до 0,2 мм. Під час різання лезо з внутрішнім діаметром обертається з високою швидкістю, а матеріал, що ріжеться, рухається радіально відносно центру леза, забезпечуючи різання завдяки цьому відносному руху.

Алмазні стрічкові пилки потребують частих зупинок та розворотів, а швидкість різання дуже низька — зазвичай не перевищує 2 м/с. Вони також страждають від значного механічного зносу та високих витрат на обслуговування. Через ширину пильного диска радіус різання не може бути занадто малим, і багатошарове різання неможливе. Ці традиційні пиляльні інструменти обмежені жорсткістю основи та не можуть робити криволінійні різи або мають обмежені радіуси повороту. Вони здатні робити лише прямі різи, мають широкі пропили, низький коефіцієнт плинності та тому непридатні для різання.Кристали SiC.

1.2 Безкоштовна абразивна дротова пилка для багатодротового різання

Техніка різання дротяною пилкою з вільним абразивом використовує швидкий рух дроту для перенесення суспензії в пропил, що дозволяє видаляти матеріал. Вона в основному використовує зворотно-поступальний рух і наразі є зрілим і широко використовуваним методом ефективного різання кількох пластин монокристалічного кремнію. Однак її застосування в різанні SiC було менш вивчено.

Дротові пилки з вільним абразивом можуть обробляти пластини товщиною менше 300 мкм. Вони забезпечують низькі втрати на пропилі, рідко спричиняють відколи та забезпечують відносно добру якість поверхні. Однак через механізм видалення матеріалу, що базується на коченні та вдавлюванні абразивів, на поверхні пластини виникає тенденція до значних залишкових напружень, мікротріщин та глибших шарів пошкоджень. Це призводить до деформації пластини, ускладнює контроль точності профілю поверхні та збільшує навантаження на наступні етапи обробки.

На продуктивність різання значною мірою впливає шлам; необхідно підтримувати гостроту абразивів та концентрацію шламу. Обробка та переробка шламу є дорогими. Під час різання великих злитків абразиви мають труднощі з проникненням у глибокі та довгі пропили. При однаковому розмірі зерна абразиву втрати на пропилі більші, ніж у дротових пил з фіксованим абразивом.

1.3 Фіксована абразивна алмазна дріт-пила для багатодротового різання

Фіксовані абразивні алмазні дротові пилки зазвичай виготовляються шляхом вбудовування алмазних частинок у сталеву дротову основу за допомогою гальванічного покриття, спікання або склеювання смолою. Електропластовані алмазні дротові пилки пропонують такі переваги, як вужчі пропили, краща якість різання, вища ефективність, менше забруднення та здатність різати матеріали високої твердості.

Зубчасто-поступальний гальванічний алмазний дріт наразі є найпоширенішим методом різання SiC. На рисунку 1 (тут не показано) ілюструється площинність поверхні пластин SiC, вирізаних за допомогою цієї техніки. У міру різання деформація пластини збільшується. Це пояснюється тим, що площа контакту між дротом і матеріалом збільшується під час руху дроту вниз, збільшуючи опір і вібрацію дроту. Коли дріт досягає максимального діаметра пластини, вібрація досягає свого піку, що призводить до максимальної деформації.

На пізніших етапах різання, через прискорення дроту, рух зі стабільною швидкістю, уповільнення, зупинку та реверс, а також труднощі з видаленням сміття за допомогою охолоджувальної рідини, якість поверхні пластини погіршується. Реверсування дроту та коливання швидкості, а також великі алмазні частинки на дроті є основними причинами появи подряпин на поверхні.

1.4 Технологія холодного розділення

Холодне розділення монокристалів SiC – це інноваційний процес у галузі обробки напівпровідникових матеріалів третього покоління. В останні роки він привернув значну увагу завдяки своїм помітним перевагам у підвищенні виходу та зменшенні втрат матеріалу. Технологію можна проаналізувати з трьох аспектів: принцип роботи, технологічний процес та основні переваги.

Визначення орієнтації кристалів та шліфування зовнішнього діаметра: Перед обробкою необхідно визначити орієнтацію кристалів злитка SiC. Потім злитку надають циліндричну структуру (зазвичай її називають SiC-шайбою) шляхом шліфування зовнішнього діаметра. Цей крок закладає основу для подальшого спрямованого різання та нарізання.

Багатодротове різання: Цей метод використовує абразивні частинки в поєднанні з ріжучими дротами для розрізання циліндричного злитка. Однак він має значні втрати різу та проблеми з нерівностями поверхні.

Технологія лазерного різання: Лазер використовується для формування модифікованого шару всередині кристала, від якого можна відокремлювати тонкі скибочки. Такий підхід зменшує втрати матеріалу та підвищує ефективність обробки, що робить його перспективним новим напрямком різання пластин SiC.

Оптимізація процесу різання

Різання фіксованим абразивним багатодротом: наразі це основна технологія, яка добре підходить для високих характеристик твердості карбіду кремнію.

Електроерозійна обробка (EDM) та технологія холодного розділення: ці методи забезпечують різноманітні рішення, адаптовані до конкретних вимог.

Процес полірування: Важливо збалансувати швидкість видалення матеріалу та пошкодження поверхні. Хіміко-механічне полірування (ХМП) використовується для покращення однорідності поверхні.

Моніторинг у режимі реального часу: Впроваджуються технології онлайн-інспекції для моніторингу шорсткості поверхні в режимі реального часу.

Лазерне різання: Ця техніка зменшує втрати на пропилі та скорочує цикли обробки, хоча зона термічного впливу залишається проблемою.

Гібридні технології обробки: поєднання механічних та хімічних методів підвищує ефективність обробки.

Ця технологія вже знайшла промислове застосування. Наприклад, Infineon придбала SILTECTRA і тепер володіє основними патентами, що підтримують масове виробництво 8-дюймових пластин. У Китаї такі компанії, як Delong Laser, досягли ефективності виробництва 30 пластин на злиток для обробки 6-дюймових пластин, що на 40% більше, ніж традиційні методи.

Зі збільшенням виробництва вітчизняного обладнання очікується, що ця технологія стане основним рішенням для обробки підкладок SiC. Зі збільшенням діаметра напівпровідникових матеріалів традиційні методи різання застаріли. Серед сучасних варіантів технологія зворотно-поступального алмазного дротяного пила демонструє найбільш перспективні перспективи застосування. Лазерне різання, як нова техніка, пропонує значні переваги і, як очікується, стане основним методом різання в майбутньому.

2.Шліфування монокристалів SiC

Як представник напівпровідників третього покоління, карбід кремнію (SiC) пропонує значні переваги завдяки широкій забороненій зоні, високому електричному полю пробою, високій швидкості дрейфу електронів насичення та чудовій теплопровідності. Ці властивості роблять SiC особливо вигідним у високовольтних застосуваннях (наприклад, у середовищах 1200 В). Технологія обробки SiC-підкладок є фундаментальною частиною виготовлення пристроїв. Якість поверхні та точність підкладки безпосередньо впливають на якість епітаксіального шару та продуктивність кінцевого пристрою.

Основна мета процесу шліфування — видалити поверхневі сліди від пилки та пошкоджені шари, що утворилися під час розрізання, а також виправити деформацію, спричинену процесом різання. З огляду на надзвичайно високу твердість SiC, шліфування вимагає використання твердих абразивів, таких як карбід бору або алмаз. Традиційне шліфування зазвичай поділяється на грубе та тонке шліфування.

2.1 Грубе та дрібне подрібнення

Шліфування можна класифікувати за розміром абразивних частинок:

Грубе шліфування: Використовує більші абразиви переважно для видалення слідів від пилки та пошкоджених шарів, що утворилися під час різання, що підвищує ефективність обробки.

Тонке шліфування: Використовуються дрібніші абразиви для видалення шару пошкоджень, що залишився внаслідок грубого шліфування, зменшення шорсткості поверхні та покращення її якості.

Багато вітчизняних виробників підкладок SiC використовують великомасштабні виробничі процеси. Поширений метод включає двостороннє шліфування за допомогою чавунної пластини та монокристалічної алмазної суспензії. Цей процес ефективно видаляє шар пошкоджень, що залишився від дротяного розпилювання, коригує форму пластини та зменшує TTV (загальну варіацію товщини), вигин та деформацію. Швидкість видалення матеріалу стабільна, зазвичай досягаючи 0,8–1,2 мкм/хв. Однак отримана поверхня пластини матова з відносно високою шорсткістю — зазвичай близько 50 нм — що накладає вищі вимоги на наступні етапи полірування.

2.2 Одностороннє шліфування

Одностороннє шліфування обробляє лише одну сторону пластини за раз. Під час цього процесу пластина кріпиться воском до сталевої пластини. Під дією тиску підкладка зазнає незначної деформації, а верхня поверхня вирівнюється. Після шліфування нижня поверхня вирівнюється. Коли тиск знімається, верхня поверхня прагне відновитися до своєї початкової форми, що також впливає на вже відшліфовану нижню поверхню, спричиняючи деформацію та погіршення площинності обох сторін.

Більше того, шліфувальна пластина може за короткий час стати увігнутою, що призведе до опуклості пластини. Для підтримки площинності пластини потрібна часта обробка. Через низьку ефективність та погану площинність пластини одностороннє шліфування не підходить для масового виробництва.

Зазвичай для тонкого шліфування використовуються шліфувальні круги №8000. У Японії цей процес є відносно розвиненим і навіть використовує полірувальні круги №30000. Це дозволяє знизити шорсткість поверхні оброблених пластин до менш ніж 2 нм, що робить пластини готовими до остаточного хіміко-механічного полірування (ХМП) без додаткової обробки.

2.3 Технологія одностороннього витончення

Технологія алмазного одностороннього стоншування – це новий метод одностороннього шліфування. Як показано на рисунку 5 (тут не показано), у процесі використовується шліфувальна пластина з алмазною зв'язкою. Пластина фіксується за допомогою вакуумної адсорбції, при цьому пластина та алмазний шліфувальний круг обертаються одночасно. Шліфувальний круг поступово рухається вниз, щоб стоншити пластину до цільової товщини. Після завершення обробки однієї сторони пластину перевертають для обробки іншої сторони.

Після стоншення, пластина товщиною 100 мм може досягти:

Дужка < 5 мкм

TTV < 2 мкм

Шорсткість поверхні < 1 нм

Цей метод обробки однієї пластини забезпечує високу стабільність, чудову консистенцію та високу швидкість видалення матеріалу. Порівняно зі звичайним двостороннім шліфуванням, ця техніка підвищує ефективність шліфування більш ніж на 50%.

2.4 Двостороннє шліфування

Двостороннє шліфування використовує як верхню, так і нижню шліфувальну пластину для одночасного шліфування обох сторін основи, забезпечуючи відмінну якість поверхні з обох сторін.

Під час процесу шліфувальні пластини спочатку чинять тиск на найвищі точки заготовки, викликаючи деформацію та поступове видалення матеріалу в цих точках. У міру вирівнювання найвищих точок тиск на підкладку поступово стає більш рівномірним, що призводить до рівномірної деформації по всій поверхні. Це дозволяє рівномірно шліфувати як верхню, так і нижню поверхні. Після завершення шліфування та зняття тиску кожна частина підкладки рівномірно відновлюється завдяки однаковому тиску, який вона зазнала. Це призводить до мінімальної деформації та гарної площинності.

Шорсткість поверхні пластини після шліфування залежить від розміру абразивних частинок — менші частинки забезпечують більш гладкі поверхні. При використанні абразивів з розміром 5 мкм для двостороннього шліфування, площинність та варіації товщини пластини можна контролювати в межах 5 мкм. Вимірювання за допомогою атомно-силової мікроскопії (АСМ) показують шорсткість поверхні (Rq) близько 100 нм, з шліфувальними ямками глибиною до 380 нм та видимими лінійними слідами, спричиненими абразивною дією.

Більш просунутий метод передбачає двостороннє шліфування з використанням пінополіуретанових дисків у поєднанні з полікристалічним алмазним шламом. Цей процес дозволяє отримувати пластини з дуже низькою шорсткістю поверхні, досягаючи Ra < 3 нм, що є дуже корисним для подальшого полірування SiC-підкладок.

Однак, питання подряпин на поверхні залишається невирішеним. Крім того, полікристалічний алмаз, який використовується в цьому процесі, виробляється за допомогою вибухового синтезу, що є технічно складним, дає невеликі кількості та є надзвичайно дорогим.

Полірування монокристалів SiC

Для досягнення високоякісної полірованої поверхні пластин карбіду кремнію (SiC), полірування повинно повністю видаляти шліфувальні ямки та нанорозмірні нерівності поверхні. Мета полягає у створенні гладкої поверхні без дефектів, забруднень чи деградації, без підповерхневих пошкоджень та без залишкових поверхневих напружень.

3.1 Механічне полірування та хімічна обробка пластин SiC

Після вирощування злитка монокристалів SiC поверхневі дефекти перешкоджають його безпосередньому використанню для епітаксіального вирощування. Тому потрібна подальша обробка. Спочатку зливку надають стандартну циліндричну форму шляхом заокруглення, потім його розрізають на пластини за допомогою дротяного різання, після чого проводиться перевірка кристалографічної орієнтації. Полірування є критичним кроком у покращенні якості пластини, усуваючи потенційні пошкодження поверхні, спричинені дефектами росту кристалів та попередніми етапами обробки.

Існує чотири основні методи видалення поверхневих пошкоджених шарів на SiC:

Механічне полірування: просте, але залишає подряпини; підходить для початкового полірування.

Хіміко-механічне полірування (ХМП): видаляє подряпини за допомогою хімічного травлення; підходить для прецизійного полірування.

Водневе травлення: вимагає складного обладнання, зазвичай використовується в процесах HTCGVD.

Плазмове полірування: складне та рідко використовується.

Механічне полірування зазвичай викликає подряпини, тоді як хімічне полірування може призвести до нерівномірного травлення. CMP поєднує обидві переваги та пропонує ефективне та економічно вигідне рішення.

Принцип роботи CMP

CMP працює шляхом обертання пластини під певним тиском відносно обертової полірувальної подушки. Цей відносний рух у поєднанні з механічним стиранням від нанорозмірних абразивів у суспензії та хімічною дією реактивних речовин досягає вирівнювання поверхні.

Основні використані матеріали:

Полірувальний розчин: Містить абразиви та хімічні реагенти.

Полірувальна подушка: Зношується під час використання, зменшуючи розмір пор та ефективність подачі шламу. Для відновлення шорсткості потрібна регулярна обробка, зазвичай за допомогою алмазного верстата.

Типовий процес CMP

Абразив: алмазна суспензія 0,5 мкм

Шорсткість поверхні цілі: ~0,7 нм

Хіміко-механічне полірування:

Полірувальне обладнання: односторонній полірувальник AP-810

Тиск: 200 г/см²

Швидкість пластини: 50 об/хв

Швидкість керамічного тримача: 38 об/хв

Склад суспензії:

SiO₂ (30 мас.%, pH = 10,15)

0–70 мас.% H₂O₂ (30 мас.%, реагентної якості)

Доведіть pH до 8,5, використовуючи 5 мас.% KOH та 1 мас.% HNO₃

Швидкість потоку шламу: 3 л/хв, рециркуляція

Цей процес ефективно покращує якість пластин SiC та відповідає вимогам для подальших процесів.

Технічні проблеми механічного полірування

SiC, як напівпровідник із широкою забороненою зоною, відіграє життєво важливу роль в електронній промисловості. Завдяки чудовим фізичним та хімічним властивостям, монокристали SiC підходять для екстремальних середовищ, таких як висока температура, висока частота, висока потужність та радіаційна стійкість. Однак його тверда та крихка природа створює серйозні труднощі для шліфування та полірування.

Оскільки провідні світові виробники переходять з 6-дюймових на 8-дюймові пластини, такі проблеми, як розтріскування та пошкодження пластин під час обробки, стають більш помітними, що суттєво впливає на вихід продукції. Вирішення технічних проблем 8-дюймових SiC-підкладок зараз є ключовим орієнтиром для розвитку галузі.

В еру 8-дюймових пластин обробка SiC стикається з численними проблемами:

Масштабування пластин необхідне для збільшення виробництва мікросхем на партію, зменшення втрат на ребрах та зниження виробничих витрат, особливо враховуючи зростаючий попит у сфері електромобілів.

Хоча вирощування 8-дюймових монокристалів SiC досягло певного рівня, допоміжні процеси, такі як шліфування та полірування, все ще стикаються з вузькими місцями, що призводить до низького виходу (лише 40–50%).

Більші пластини мають складніший розподіл тиску, що збільшує труднощі з керуванням полірувальною напругою та стабільністю текучості.

Хоча товщина 8-дюймових пластин наближається до товщини 6-дюймових пластин, вони більш схильні до пошкоджень під час обробки через напругу та деформацію.

Для зменшення напруги, пов'язаної з різанням, деформації та розтріскування все частіше використовується лазерне різання. Однак:

Довгохвильові лазери викликають термічне пошкодження.

Короткохвильові лазери генерують важкі залишки та поглиблюють шар пошкоджень, що збільшує складність полірування.

Робочий процес механічного полірування SiC

Загальний технологічний процес включає:

Орієнтаційне різання

Грубе помелювання

Дрібне подрібнення

Механічне полірування

Хіміко-механічне полірування (ХМП) як завершальний етап

Вибір методу CMP, проектування технологічного процесу та оптимізація параметрів мають вирішальне значення. У виробництві напівпровідників CMP є визначальним етапом для отримання пластин SiC з надгладкими, бездефектними та без пошкоджень поверхнями, що є важливим для високоякісного епітаксіального росту.

(a) Вийміть злиток SiC з тигля;

(b) Виконати початкове формування за допомогою шліфування зовнішнього діаметра;

(c) Визначити орієнтацію кристала за допомогою вирівнювальних плоских планок або виїмок;

(d) Нарізати злиток на тонкі пластини за допомогою багатодротового розпилювання;

(e) Досягти дзеркальної гладкості поверхні за допомогою шліфування та полірування.

Після завершення серії етапів обробки зовнішній край пластини SiC часто стає гострим, що збільшує ризик відколів під час обробки або використання. Щоб уникнути такої крихкості, потрібне шліфування країв.

Окрім традиційних процесів нарізання, інноваційний метод виготовлення пластин SiC включає технологію склеювання. Цей підхід дозволяє виготовляти пластини шляхом склеювання тонкого шару монокристалів SiC з гетерогенною підкладкою (опорною підкладкою).

На рисунку 3 показано послідовність дій:

Спочатку на поверхні монокристала SiC на заданій глибині формується шар розшарування за допомогою імплантації іонів водню або подібних методів. Оброблений монокристал SiC потім прикріплюється до плоскої підкладки та піддається впливу тиску та тепла. Це дозволяє успішно перенести та відокремити шар монокристала SiC на підкладку.

Відокремлений шар SiC проходить поверхневу обробку для досягнення необхідної площинності та може бути повторно використаний у наступних процесах склеювання. Порівняно з традиційним нарізанням кристалів SiC, ця техніка зменшує потребу в дорогих матеріалах. Хоча технічні проблеми залишаються, дослідження та розробки активно розвиваються, щоб забезпечити виробництво пластин з нижчою собівартістю.

З огляду на високу твердість і хімічну стабільність SiC, що робить його стійким до реакцій за кімнатної температури, механічне полірування необхідне для видалення дрібних шліфувальних ямок, зменшення пошкодження поверхні, усунення подряпин, точкової плями та дефектів «апельсинової кірки», зменшення шорсткості поверхні, покращення площинності та підвищення якості поверхні.

Щоб отримати високоякісну поліровану поверхню, необхідно:

Відрегулюйте типи абразиву,

Зменшення розміру частинок,

Оптимізувати параметри процесу,

Вибирайте полірувальні матеріали та подушечки з достатньою твердістю.

На рисунку 7 показано, що двостороннє полірування абразивами розміром 1 мкм може контролювати площинність та коливання товщини в межах 10 мкм, а також зменшувати шорсткість поверхні приблизно до 0,25 нм.

3.2 Хіміко-механічне полірування (ХМП)

Хіміко-механічне полірування (ХМП) поєднує стирання надтонких частинок з хімічним травленням для формування гладкої, плоскої поверхні оброблюваного матеріалу. Основний принцип полягає в наступному:

Між полірувальною суспензією та поверхнею пластини відбувається хімічна реакція, утворюючи м'який шар.

Тертя між абразивними частинками та м’яким шаром видаляє матеріал.

Переваги CMP:

Подолає недоліки чисто механічного або хімічного полірування,

Досягає як глобальної, так і локальної планаризації,

Створює поверхні з високою площинністю та низькою шорсткістю,

Не залишає жодних поверхневих чи підповерхневих пошкоджень.

Детальніше:

Пластина рухається відносно полірувальної подушки під тиском.

Нанорозмірні абразиви (наприклад, SiO₂) у суспензії беруть участь у зсуві, послаблюючи ковалентні зв'язки Si–C та покращуючи видалення матеріалу.

Типи технік CMP:

Полірування вільним абразивом: абразиви (наприклад, SiO₂) суспендуються в шламі. Видалення матеріалу відбувається шляхом тричастинкового стирання (пластина-подушечка-абразив). Розмір абразиву (зазвичай 60–200 нм), pH та температура повинні точно контролюватися для покращення однорідності.

Полірування фіксованим абразивом: абразиви вбудовані в полірувальну подушку для запобігання агломерації — ідеально підходить для високоточної обробки.

Очищення після полірування:

Поліровані пластини проходять:

Хімічне очищення (включаючи видалення деіонізованої води та залишків шламу),

Промивання деіонізованою водою та

Сушіння гарячим азотом

щоб мінімізувати поверхневі забруднення.

Якість та продуктивність поверхні

Шорсткість поверхні можна зменшити до Ra < 0,3 нм, що відповідає вимогам напівпровідникової епітаксії.

Глобальна планаризація: Поєднання хімічного пом'якшення та механічного видалення зменшує подряпини та нерівномірне травлення, перевершуючи чисто механічні або хімічні методи.

Висока ефективність: підходить для твердих і крихких матеріалів, таких як SiC, зі швидкістю видалення матеріалу понад 200 нм/год.

Інші нові методи полірування

Окрім CMP, були запропоновані альтернативні методи, зокрема:

Електрохімічне полірування, полірування або травлення за допомогою каталізатора, та

Трибохімічне полірування.

Однак ці методи все ще перебувають на стадії дослідження та розвиваються повільно через складні властивості SiC.

Зрештою, обробка SiC – це поступовий процес зменшення деформації та шорсткості для покращення якості поверхні, де контроль площинності та шорсткості є критично важливими на кожному етапі.

Технологія обробки

Під час шліфування пластини використовується алмазна суспензія з різними розмірами частинок для шліфування пластини до необхідної площинності та шорсткості поверхні. Після цього проводиться полірування з використанням як механічного, так і хіміко-механічного полірування (ХМП) для отримання полірованих пластин карбіду кремнію (SiC) без пошкоджень.

Після полірування пластини SiC проходять ретельний контроль якості за допомогою таких інструментів, як оптичні мікроскопи та рентгенівські дифрактометри, щоб забезпечити відповідність усіх технічних параметрів необхідним стандартам. Нарешті, поліровані пластини очищаються спеціалізованими засобами для чищення та надчистою водою для видалення поверхневих забруднень. Потім їх сушать за допомогою надчистого газоподібного азоту та центрифуг, що завершує весь виробничий процес.

Після багаторічних зусиль у Китаї досягнуто значного прогресу в обробці монокристалів SiC. У Китаї успішно розроблені леговані напівізолюючі монокристали 4H-SiC розміром 100 мм, а монокристали n-типу 4H-SiC та 6H-SiC тепер можна виробляти партіями. Такі компанії, як TankeBlue та TYST, вже розробили монокристали SiC розміром 150 мм.

Що стосується технології обробки пластин SiC, вітчизняні установи попередньо дослідили технологічні умови та маршрути для нарізання, шліфування та полірування кристалів. Вони здатні виготовляти зразки, які в основному відповідають вимогам для виготовлення пристроїв. Однак, порівняно з міжнародними стандартами, якість обробки поверхні вітчизняних пластин все ще значно відстає. Існує кілька проблем:

Міжнародні теорії та технології обробки SiC ретельно захищені та нелегкодоступні.

Бракує теоретичних досліджень та підтримки для вдосконалення та оптимізації процесів.

Вартість імпорту іноземного обладнання та комплектуючих є високою.

Вітчизняні дослідження щодо проектування обладнання, точності обробки та матеріалів все ще демонструють значні розриви порівняно з міжнародним рівнем.

Наразі більшість високоточних приладів, що використовуються в Китаї, імпортуються. Випробувальне обладнання та методології також потребують подальшого вдосконалення.

З подальшим розвитком напівпровідників третього покоління діаметр підкладок з монокристалів SiC неухильно збільшується, а також висуваються вищі вимоги до якості обробки поверхні. Технологія обробки пластин стала одним з найбільш технічно складних етапів після вирощування монокристалів SiC.

Для вирішення існуючих проблем в обробці важливо подальше вивчення механізмів, що беруть участь у різанні, шліфуванні та поліруванні, а також дослідження відповідних методів та маршрутів виробництва пластин SiC. Водночас необхідно вивчати передові міжнародні технології обробки та впроваджувати найсучасніші надточні методи обробки та обладнання для виробництва високоякісних підкладок.

Зі збільшенням розміру пластини також зростає складність вирощування та обробки кристалів. Однак ефективність виробництва наступних пристроїв значно підвищується, а собівартість одиниці продукції знижується. Наразі основні постачальники пластин SiC у світі пропонують продукцію діаметром від 4 до 6 дюймів. Провідні компанії, такі як Cree та II-VI, вже почали планувати розробку виробничих ліній 8-дюймових пластин SiC.