SiC Wafer боловсруулах технологийн өнөөгийн байдал ба чиг хандлага

Гурав дахь үеийн хагас дамжуулагч суурь материалын хувьд,цахиурын карбид (SiC)Монокристал нь өндөр давтамжтай болон өндөр хүчин чадалтай электрон төхөөрөмж үйлдвэрлэхэд өргөн хэрэглээний хэтийн төлөвтэй. SiC боловсруулах технологи нь өндөр чанартай суурь материал үйлдвэрлэхэд шийдвэрлэх үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэхүү өгүүлэлд Хятад болон гадаадад SiC боловсруулах технологийн судалгааны өнөөгийн байдлыг танилцуулж, зүсэх, нунтаглах, өнгөлөх процессын механизмыг шинжилж, харьцуулж, мөн вафлийн хавтгай ба гадаргуугийн барзгаржилтын чиг хандлагыг авч үзсэн болно. Мөн SiC вафлийн боловсруулалтын одоогийн бэрхшээлийг онцолж, ирээдүйн хөгжлийн чиглэлийг хэлэлцсэн болно.

Цахиурын карбид (SiC)Ваферууд нь гуравдагч үеийн хагас дамжуулагч төхөөрөмжүүдийн чухал суурь материал бөгөөд микроэлектроник, цахилгаан электроник, хагас дамжуулагч гэрэлтүүлэг зэрэг салбарт чухал ач холбогдолтой бөгөөд зах зээлийн боломжит боломжийг олгодог. Маш өндөр хатуулаг, химийн тогтвортой байдлын ачаарSiC дан талстууд, уламжлалт хагас дамжуулагч боловсруулах аргууд нь тэдгээрийг боловсруулахад бүрэн тохиромжгүй байдаг. Олон улсын компаниуд SiC дан талстыг техникийн хувьд хүнд хэцүү аргаар боловсруулах талаар өргөн хүрээтэй судалгаа хийсэн ч холбогдох технологиудыг хатуу нууцалдаг.

Сүүлийн жилүүдэд Хятад улс SiC дан талст материал, төхөөрөмжийг хөгжүүлэх хүчин чармайлтаа нэмэгдүүлж байна. Гэсэн хэдий ч тус улсад SiC төхөөрөмжийн технологийн дэвшил нь одоогоор боловсруулах технологи, вафлийн чанарын хязгаарлалтаас болж хязгаарлагдмал байна. Тиймээс Хятад улс SiC дан талст суурь материалын чанарыг сайжруулах, тэдгээрийг практик хэрэглээ, олноор үйлдвэрлэхийн тулд SiC боловсруулах чадавхийг сайжруулах нь чухал юм.

Боловсруулалтын үндсэн алхмуудад: зүсэх → бүдүүн нунтаглах → нарийн нунтаглах → барзгар өнгөлгөө (механик өнгөлгөө) → нарийн өнгөлгөө (химийн механик өнгөлгөө, CMP) → үзлэг орно.

SiC дан талстуудыг огтлох

БоловсруулалтадSiC дан талстууд, зүсэх нь эхний бөгөөд маш чухал алхам юм. Зүсэх процессоос үүссэн вафлийн нум, гажуудал болон нийт зузааны хэлбэлзэл (TTV) нь дараагийн нунтаглах болон өнгөлөх үйл ажиллагааны чанар, үр нөлөөг тодорхойлдог.

Зүсэх багажийг хэлбэр дүрсээр нь алмазан дотоод диаметртэй (ID) хөрөө, гадна диаметртэй (OD) хөрөө, туузан хөрөө, төмөр утсан хөрөө гэж ангилж болно. Төмөр утсан хөрөөг хөдөлгөөний төрлөөр нь харилцан болон гогцоотой (төгсгөлгүй) төмөр утсан систем гэж ангилж болно. Зүлгүүрийн зүсэх механизм дээр үндэслэн төмөр утсан хөрөө зүсэх техникийг хоёр төрөлд хувааж болно: чөлөөт зүлгүүрийн төмөр утсан хөрөө болон тогтмол зүлгүүрийн алмазан төмөр утсан хөрөө.

1.1 Уламжлалт огтлох аргууд

Гадна диаметртэй (OD) хөрөөний зүсэх гүн нь ирний диаметрээр хязгаарлагддаг. Зүсэх явцад ир нь чичиргээ болон хазайлтад өртөмтгий байдаг тул дуу чимээний түвшин өндөр, хатуулаг муу байдаг. Дотор диаметртэй (ID) хөрөө нь ирний дотор тойрог дээр алмазан зүлгүүрийг зүсэх ирмэг болгон ашигладаг. Эдгээр ир нь 0.2 мм хүртэл нимгэн байж болно. Зүсэх үед ID ир нь өндөр хурдтай эргэлдэж, зүсэх материал нь ирний төвтэй харьцангуй радиаль чиглэлд хөдөлж, энэхүү харьцангуй хөдөлгөөнөөр зүсэлт хийдэг.

Алмазан туузтай хөрөө нь байнга зогсолт, эргэлт шаарддаг бөгөөд зүсэх хурд нь маш бага байдаг - ихэвчлэн 2 м/с-ээс хэтрэхгүй. Түүнчлэн тэдгээр нь механик элэгдэлд ихээхэн өртдөг бөгөөд засвар үйлчилгээний өндөр зардалтай байдаг. Хөрөөний ирний өргөнөөс шалтгаалан зүсэх радиус нь хэтэрхий жижиг байж болохгүй бөгөөд олон зүсэлттэй зүсэлт хийх боломжгүй юм. Эдгээр уламжлалт хөрөөний багаж хэрэгсэл нь суурийн хатуулагтай тул хязгаарлагдмал бөгөөд муруй зүсэлт хийж чадахгүй эсвэл эргэлтийн радиус нь хязгаарлагдмал байдаг. Тэд зөвхөн шулуун зүсэлт хийх чадвартай, өргөн муруйлт үүсгэдэг, ургацын хурд багатай тул зүсэхэд тохиромжгүй байдаг.SiC талстууд.

1.2 Чөлөөт зүлгүүрийн утсан хөрөө олон утастай зүсэлт

Чөлөөт зүлгүүрийн утсан хөрөө зүсэх арга нь утасны хурдан хөдөлгөөнийг ашиглан зутанг керф рүү зөөж, материалыг зайлуулах боломжийг олгодог. Энэ нь голчлон харилцан үйлчлэлийн бүтцийг ашигладаг бөгөөд одоогоор дан талст цахиурыг олон талстаар үр ашигтай зүсэх боловсорсон, өргөн хэрэглэгддэг арга юм. Гэсэн хэдий ч SiC зүсэлтэд хэрэглэхийг нь бага судалсан.

Чөлөөт зүлгүүрийн утсан хөрөө нь 300 μм-ээс бага зузаантай вафлиг боловсруулж чаддаг. Эдгээр нь бага муруйлт үүсгэдэг, ховор тохиолдолд хагарал үүсгэдэг бөгөөд гадаргуугийн чанар харьцангуй сайн байдаг. Гэсэн хэдий ч зүлгүүрийн өнхрөх болон хонхойх дээр суурилсан материалыг зайлуулах механизмын улмаас вафлигийн гадаргуу дээр үлдэгдэл стресс, бичил хагарал, илүү гүн гэмтлийн давхарга үүсэх хандлагатай байдаг. Энэ нь вафлиг гажуудуулж, гадаргуугийн профайлын нарийвчлалыг хянахыг хэцүү болгож, дараагийн боловсруулалтын үе шатуудын ачааллыг нэмэгдүүлдэг.

Зүсэх гүйцэтгэлд зутан ихээхэн нөлөөлдөг; зүлгүүрийн хурц байдал болон зутангийн концентрацийг хадгалах шаардлагатай. Зуурмагийг боловсруулах болон дахин боловсруулах нь өртөг өндөртэй. Том хэмжээтэй гулдмайг зүсэх үед зүлгүүр нь гүн ба урт керфийг нэвтрэхэд бэрхшээлтэй байдаг. Ижил зүлгүүрийн ширхэгийн хэмжээтэй үед керфийн алдагдал нь тогтмол зүлгүүрийн утсан хөрөөнийхөөс их байдаг.

1.3 Тогтмол зүлгүүрийн алмазан утсан хөрөө олон утастай зүсэлт

Тогтмол зүлгүүрийн алмазан утсан хөрөөг ихэвчлэн ган утсан суурь дээр алмазан хэсгүүдийг электролиз, хайлуулах эсвэл давирхайн холболтын аргаар суулгах замаар хийдэг. Электролизжуулсан алмазан утсан хөрөө нь илүү нарийхан ирмэг, илүү сайн зүсэлтийн чанар, өндөр үр ашиг, бага бохирдол, өндөр хатуулагтай материалыг зүсэх чадвар зэрэг давуу талуудтай.

Харилцан үйлчлэх электрод бүрсэн алмазан утсан хөрөө нь одоогоор SiC-ийг огтлох хамгийн өргөн хэрэглэгддэг арга юм. Зураг 1-т (энд харуулаагүй) энэ аргыг ашиглан зүссэн SiC вафлины гадаргуугийн тэгш байдлыг харуулав. Зүсэх явцдаа вафлины муруйлт нэмэгддэг. Учир нь утас доошоо хөдлөхөд утас болон материалын хоорондох холбоо барих талбай нэмэгдэж, эсэргүүцэл болон утасны чичиргээ нэмэгддэг. Утас вафлины хамгийн их диаметрт хүрэхэд чичиргээ оргил үедээ хүрч, хамгийн их муруйлт үүсгэдэг.

Зүсэлтийн сүүлийн үе шатанд утсыг хурдасгах, тогтвортой хурдтай хөдөлгөөн хийх, удаашруулах, зогсоох, ухрах зэрэг үйлдлүүд хийгдэж, хөргөлтийн бодисоор хог хаягдлыг зайлуулахад бэрхшээлтэй тулгардаг тул хавтангийн гадаргуугийн чанар мууддаг. Утасны ухрах, хурдны хэлбэлзэл, түүнчлэн утсан дээрх том алмазан хэсгүүд нь гадаргуугийн зураас үүсэх гол шалтгаан болдог.

1.4 Хүйтэн ялгах технологи

SiC дан талстыг хүйтэн аргаар ялгах нь гурав дахь үеийн хагас дамжуулагч материалын боловсруулалтын салбарт шинэлэг үйл явц юм. Сүүлийн жилүүдэд энэ нь гарцыг нэмэгдүүлэх, материалын алдагдлыг бууруулах зэрэг давуу талуудынхаа ачаар ихээхэн анхаарал татаж байна. Энэхүү технологийг ажлын зарчим, процессын урсгал, гол давуу талууд гэсэн гурван талаас нь шинжилж болно.

Кристал чиглэлийг тодорхойлох болон гадна диаметрийг нунтаглах: Боловсруулахаас өмнө SiC гулдмайн талстын чиглэлийг тодорхойлох шаардлагатай. Дараа нь гулдмайг гадна диаметрийг нунтаглах замаар цилиндр хэлбэртэй бүтэц (ихэвчлэн SiC шайб гэж нэрлэдэг) болгон хэлбэржүүлдэг. Энэ алхам нь дараагийн чиглэлтэй зүсэх, зүсэх үндэс суурийг тавьдаг.

Олон утастай зүсэлт: Энэ арга нь цилиндр хэлбэртэй гулдмайг зүсэхийн тулд зүлгүүрийн хэсгүүдийг зүсэх утастай хослуулан ашигладаг. Гэсэн хэдий ч энэ нь эргэлтийн алдагдал болон гадаргуугийн тэгш бус байдлын асуудалтай тулгардаг.

Лазер зүсэх технологи: Лазерыг талст дотор өөрчлөгдсөн давхарга үүсгэхэд ашигладаг бөгөөд үүнээс нимгэн зүсмэлүүдийг салгаж болно. Энэ арга нь материалын алдагдлыг бууруулж, боловсруулалтын үр ашгийг дээшлүүлдэг тул SiC вафли зүсэх шинэ ирээдүйтэй чиглэл болж байна.

Зүсэх үйл явцыг оновчтой болгох

Тогтмол зүлгүүрийн олон утастай зүсэлт: Энэ нь одоогоор SiC-ийн өндөр хатуулгийн шинж чанарт тохирсон гол технологи юм.

Цахилгаан цэнэг алдалтын машин механизм (EDM) болон хүйтэн ялгах технологи: Эдгээр аргууд нь тодорхой шаардлагад нийцүүлэн олон төрлийн шийдлүүдийг санал болгодог.

Өнгөлгөөний үйл явц: Материалыг зайлуулах хурд болон гадаргуугийн эвдрэлийг тэнцвэржүүлэх нь чухал юм. Гадаргуугийн жигд байдлыг сайжруулахын тулд химийн механик өнгөлгөө (CMP)-ийг ашигладаг.

Бодит цагийн хяналт: Гадаргуугийн барзгар байдлыг бодит цаг хугацаанд хянахын тулд онлайн хяналтын технологийг нэвтрүүлсэн.

Лазер зүсэлт: Энэ арга нь керфийн алдагдлыг бууруулж, боловсруулалтын мөчлөгийг богиносгодог боловч дулааны нөлөөлөлд өртсөн бүс нь бэрхшээлтэй хэвээр байна.

Хосолсон боловсруулалтын технологиуд: Механик болон химийн аргуудыг хослуулан боловсруулах үр ашгийг нэмэгдүүлдэг.

Энэ технологи нь аль хэдийн үйлдвэрлэлийн хэрэглээнд хүрсэн. Жишээлбэл, Infineon нь SILTECTRA-г худалдан авч, одоо 8 инчийн вафлины олноор үйлдвэрлэхийг дэмждэг гол патентуудыг эзэмшдэг. Хятадад Delong Laser зэрэг компаниуд 6 инчийн вафли боловсруулахад нэг гулдмай тутамд 30 вафли үйлдвэрлэх үр ашгийг хүртсэн нь уламжлалт аргуудаас 40%-ийн сайжруулалтыг харуулж байна.

Дотоодын тоног төхөөрөмжийн үйлдвэрлэл хурдасахын хэрээр энэхүү технологи нь SiC суурь боловсруулалтын гол шийдэл болно гэж найдаж байна. Хагас дамжуулагч материалын диаметр нэмэгдэхийн хэрээр уламжлалт зүсэх аргууд хуучирсан. Одоогийн хувилбаруудын дунд солилцох алмазан утсан хөрөөний технологи нь хамгийн ирээдүйтэй хэрэглээний хэтийн төлөвийг харуулж байна. Лазер зүсэлт нь шинээр гарч ирж буй техник болохын хувьд ихээхэн давуу талтай бөгөөд ирээдүйд анхдагч зүсэх арга болно гэж таамаглаж байна.

2,SiC дан талст нунтаглалт

Гурав дахь үеийн хагас дамжуулагчийн төлөөлөгчийн хувьд цахиурын карбид (SiC) нь өргөн зурвасын зай, өндөр задралын цахилгаан орон, өндөр ханалтын электроны шилжилтийн хурд, маш сайн дулаан дамжуулалт зэргээс шалтгаалан мэдэгдэхүйц давуу талуудтай. Эдгээр шинж чанарууд нь SiC-ийг өндөр хүчдэлийн хэрэглээнд (жишээлбэл, 1200В орчинд) онцгой давуу талтай болгодог. SiC суурь боловсруулах технологи нь төхөөрөмжийн үйлдвэрлэлийн үндсэн хэсэг юм. Субстратын гадаргуугийн чанар болон нарийвчлал нь эпитаксиал давхаргын чанар болон эцсийн төхөөрөмжийн гүйцэтгэлд шууд нөлөөлдөг.

Нунтаглах үйл явцын үндсэн зорилго нь зүсэх явцад үүссэн гадаргуугийн хөрөөний ул мөр болон гэмтлийн давхаргыг арилгах, мөн зүсэх процессоос үүдэлтэй деформацийг засах явдал юм. SiC нь маш өндөр хатуулагтай тул нунтаглахад борын карбид эсвэл алмаз зэрэг хатуу зүлгүүр ашиглах шаардлагатай болдог. Уламжлалт нунтаглалтыг ихэвчлэн бүдүүн нунтаглах, нарийн нунтаглах гэж хуваадаг.

2.1 Бүдүүн ба нарийн нунтаглалт

Нунтаглах ажлыг зүлгүүрийн ширхэгийн хэмжээнээс хамааран ангилж болно:

Бүдүүн нунтаглалт: Зүсэх явцад үүссэн хөрөөний ул мөр болон гэмтлийн давхаргыг арилгахын тулд голчлон том хэмжээтэй зүлгүүрийг ашигладаг бөгөөд энэ нь боловсруулалтын үр ашгийг сайжруулдаг.

Нарийн нунтаглалт: Бүдүүн нунтаглалтын улмаас үлдсэн гэмтлийн давхаргыг арилгах, гадаргуугийн барзгар байдлыг багасгах, гадаргуугийн чанарыг сайжруулахын тулд илүү нарийн зүлгүүрийн бодис ашигладаг.

Дотоодын олон SiC суурь үйлдвэрлэгчид томоохон хэмжээний үйлдвэрлэлийн процессыг ашигладаг. Нийтлэг арга бол цутгамал төмөр хавтан болон монокристалл алмазан зутан ашиглан хоёр талт нунтаглах явдал юм. Энэ процесс нь утсан хөрөөдөлөөс үлдсэн гэмтлийн давхаргыг үр дүнтэй арилгаж, вафлийн хэлбэрийг засаж, TTV (нийт зузааны өөрчлөлт), нуман болон гажуудлыг бууруулдаг. Материалыг зайлуулах хурд тогтвортой бөгөөд ихэвчлэн 0.8-1.2 μm/мин хүрдэг. Гэсэн хэдий ч үүссэн вафлийн гадаргуу нь харьцангуй өндөр барзгартай, ихэвчлэн 50 нм орчим байдаг царцсан байдаг нь дараагийн өнгөлгөөний алхамуудад илүү өндөр шаардлага тавьдаг.

2.2 Нэг талт нунтаглалт

Нэг талт нунтаглалт нь нэг удаад зөвхөн нэг талыг боловсруулдаг. Энэ процессын явцад хавтанг ган хавтан дээр лаваар бэхэлдэг. Хэрэглэсэн даралтын дор суурь нь бага зэрэг деформацид орж, дээд гадаргуу нь тэгшилдэг. Нунтагласны дараа доод гадаргуу нь тэгшилдэг. Даралтыг арилгахад дээд гадаргуу нь анхны хэлбэртээ эргэн орох хандлагатай байдаг бөгөөд энэ нь аль хэдийн нунтаглагдсан доод гадаргууд нөлөөлж, хоёр тал нь муруйж, тэгш болж доройтдог.

Түүнчлэн, нунтаглах хавтан богино хугацаанд хотгор болж, улмаар хавтанг гүдгэр болгодог. Хавтангийн тэгш байдлыг хадгалахын тулд байнга боох шаардлагатай байдаг. Үр ашиг багатай, хавтангийн тэгш байдал муу тул нэг талт нунтаглалт нь олноор үйлдвэрлэхэд тохиромжгүй.

Ерөнхийдөө нарийн нунтаглахад #8000 нунтаглах дугуй ашигладаг. Японд энэ үйл явц харьцангуй боловсорсон бөгөөд #30000 өнгөлөх дугуйг хүртэл ашигладаг. Энэ нь боловсруулсан вафлины гадаргуугийн барзгаржилтыг 2 нм-ээс доош хүргэх боломжийг олгодог бөгөөд ингэснээр вафлиг нэмэлт боловсруулалтгүйгээр эцсийн CMP (Химийн механик өнгөлгөө)-нд бэлэн болгодог.

2.3 Нэг талт сийрэгжүүлэх технологи

Алмазан нэг талт сийрэгжүүлэх технологи нь нэг талт нунтаглалтын шинэлэг арга юм. Зураг 5-д үзүүлсэнчлэн (энд харуулаагүй), энэ процесс нь алмазан холбосон нунтаглах хавтанг ашигладаг. Вафлийг вакуум адсорбцийн тусламжтайгаар бэхлэх бөгөөд вафль болон алмазан нунтаглах дугуй хоёулаа нэгэн зэрэг эргэлддэг. Нунтаглах дугуй нь аажмаар доошоо хөдөлж, вафлийг зорилтот зузаан хүртэл сийрэгжүүлдэг. Нэг талыг нь хийж дууссаны дараа вафлийг эргүүлж нөгөө талыг нь боловсруулдаг.

100 мм-ийн нимгэн хавтангаар хийсэн сийрэгжилтийн дараа дараахь зүйлийг хийж чадна:

Нум < 5 мкм

TTV < 2 мкм

Гадаргуугийн барзгаржилт < 1 нм

Энэхүү дан вафли боловсруулах арга нь өндөр тогтвортой байдал, маш сайн нягтрал, материалыг зайлуулах өндөр хурдыг санал болгодог. Уламжлалт хоёр талт нунтаглалттай харьцуулахад энэ арга нь нунтаглалтын үр ашгийг 50%-иас дээш хувиар сайжруулдаг.

2.4 Хоёр талт нунтаглалт

Хоёр талт нунтаглах нь суурийн хоёр талыг нэгэн зэрэг нунтаглахын тулд дээд ба доод нунтаглах хавтанг хоёуланг нь ашигладаг бөгөөд энэ нь хоёр талын гадаргуугийн маш сайн чанарыг баталгаажуулдаг.

Энэ үйл явцын явцад нунтаглах хавтангууд эхлээд ажлын хэсгийн хамгийн өндөр цэгүүдэд даралт өгч, деформаци үүсгэж, тэдгээр цэгүүдэд материалыг аажмаар зайлуулдаг. Өндөр цэгүүдийг тэгшлэх тусам суурь дээрх даралт аажмаар жигд болж, бүх гадаргуу дээр тогтвортой деформаци үүсдэг. Энэ нь дээд ба доод гадаргууг жигд нунтаглах боломжийг олгодог. Нунтаглах ажил дуусч, даралтыг сулласны дараа суурь хэсгийн хэсэг бүр мэдэрсэн тэнцүү даралтаас болж жигд сэргэдэг. Энэ нь гажуудлыг хамгийн бага байлгаж, сайн тэгш байдлыг бий болгодог.

Нунтагласны дараах вафлийн гадаргуугийн барзгар байдал нь зүлгүүрийн ширхэгийн хэмжээнээс хамаарна - жижиг хэсгүүд нь илүү гөлгөр гадаргуу үүсгэдэг. Хоёр талт нунтаглахад 5 мкм зүлгүүр ашиглах үед вафлийн хавтгай байдал болон зузааны хэлбэлзлийг 5 мкм дотор хянаж болно. Атомын хүчний микроскоп (AFM) хэмжилт нь гадаргуугийн барзгаржилт (Rq) нь ойролцоогоор 100 нм бөгөөд нунтаглах нүх нь 380 нм хүртэл гүн бөгөөд зүлгүүрийн үйлдлээс үүдэлтэй шугаман тэмдэг илт харагдаж байна.

Илүү дэвшилтэт арга нь полиуретан хөөсөн дэвсгэр болон поликристалл алмазан зутанг ашиглан хоёр талт нунтаглах явдал юм. Энэ процесс нь маш бага гадаргуугийн барзгаржилттай вафли үүсгэдэг бөгөөд Ra < 3 нм-д хүрдэг бөгөөд энэ нь SiC суурь материалыг дараагийн өнгөлөхөд маш их ашиг тустай байдаг.

Гэсэн хэдий ч гадаргуугийн зураас нь шийдэгдээгүй асуудал хэвээр байна. Нэмж дурдахад, энэ процесст ашигласан поликристал алмазыг тэсрэх синтезээр гаргаж авдаг бөгөөд энэ нь техникийн хувьд хэцүү, бага хэмжээний гарцтай бөгөөд маш үнэтэй байдаг.

SiC дан талстуудыг өнгөлөх

Цахиурын карбид (SiC) вафли дээр өндөр чанартай өнгөлсөн гадаргуу гаргахын тулд өнгөлгөө нь нунтаглах нүх болон нанометрийн масштабтай гадаргуугийн долгионыг бүрэн арилгах ёстой. Зорилго нь бохирдол, доройтолгүй, гадаргуугийн гэмтэлгүй, үлдэгдэл гадаргуугийн стрессгүй, гөлгөр, согоггүй гадаргуу үүсгэх явдал юм.

3.1 SiC вафлины механик өнгөлгөө ба CMP

SiC дан талст ембүү ургуулсны дараа гадаргуугийн согог нь түүнийг эпитаксиал ургалтад шууд ашиглахаас сэргийлдэг. Тиймээс цаашид боловсруулах шаардлагатай. Ембүүг эхлээд бөөрөнхийлөх замаар стандарт цилиндр хэлбэртэй болгож, дараа нь утсаар зүсэж вафли болгон зүсэж, дараа нь талстографийн чиглэлийг баталгаажуулдаг. Өнгөлгөө нь вафлийн чанарыг сайжруулах, талст ургалтын согог болон өмнөх боловсруулалтын алхмуудаас үүдэлтэй гадаргуугийн болзошгүй гэмтлийг арилгах чухал алхам юм.

SiC дээрх гадаргуугийн гэмтлийн давхаргыг арилгах дөрвөн үндсэн арга байдаг:

Механик өнгөлгөө: Энгийн боловч зураас үлдээдэг; анхан шатны өнгөлөлтөд тохиромжтой.

Химийн механик өнгөлгөө (CMP): Химийн аргаар сийлбэрлэж зураасыг арилгана; нарийн өнгөлөхөд тохиромжтой.

Устөрөгчийн сийлбэр: HTCVD процесст түгээмэл хэрэглэгддэг нарийн төвөгтэй тоног төхөөрөмж шаарддаг.

Плазмын тусламжтайгаар өнгөлөх: Нарийн төвөгтэй бөгөөд ховор хэрэглэгддэг.

Зөвхөн механик өнгөлгөө нь зураас үүсгэдэг бол зөвхөн химийн өнгөлгөө нь жигд бус сийлбэрт хүргэдэг. CMP нь хоёр давуу талыг хослуулсан бөгөөд үр ашигтай, зардал багатай шийдлийг санал болгодог.

CMP-ийн ажиллах зарчим

CMP нь эргэлдэгч өнгөлгөөний дэвсгэрийн эсрэг тогтоосон даралтын дор вафлийг эргүүлэх замаар ажилладаг. Энэхүү харьцангуй хөдөлгөөн нь зутан дахь нано хэмжээтэй зүлгүүрийн механик үрэлт болон урвалд ордог бодисын химийн үйлчлэлтэй хосолсноор гадаргууг тэгшлэхэд хүргэдэг.

Ашигласан гол материалууд:

Өнгөлгөөний зутан: Зүлгүүрийн бодис болон химийн урвалж агуулсан.

Өнгөлгөөний дэвсгэр: Хэрэглэх явцад элэгдэж, нүх сүвний хэмжээ болон зуурмаг дамжуулах үр ашгийг бууруулдаг. Барзгар байдлыг сэргээхийн тулд ихэвчлэн алмазан шүүгээ ашиглан тогтмол будах шаардлагатай.

Ердийн CMP процесс

Зүлгүүрийн материал: 0.5 μм алмазан зутан

Бай гадаргуугийн барзгаржилт: ~0.7 нм

Химийн механик өнгөлгөө:

Өнгөлгөөний тоног төхөөрөмж: AP-810 нэг талт өнгөлөгч

Даралт: 200 г/см²

Хавтангийн хурд: 50 эрг/мин

Керамик эзэмшигчийн хурд: 38 эрг/мин

Зуурмагийн найрлага:

SiO₂ (30 жин%, рН = 10.15)

0–70 жингийн% H₂O₂ (30 жингийн%, урвалжийн зэрэг)

5 жингийн % KOH болон 1 жингийн % HNO₃ ашиглан рН-ийг 8.5 болгож тохируулна уу

Зуурмагийн урсгалын хурд: 3 л/мин, дахин эргэлтэнд оруулсан

Энэ процесс нь SiC нимгэн талстыг үр дүнтэй сайжруулж, дараагийн процессын шаардлагыг хангадаг.

Механик өнгөлгөөний техникийн бэрхшээлүүд

Өргөн зурвасын завсартай хагас дамжуулагч болох SiC нь электроникийн салбарт чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Маш сайн физик, химийн шинж чанартай SiC дан талстууд нь өндөр температур, өндөр давтамж, өндөр чадал, цацрагийн эсэргүүцэл зэрэг эрс тэс орчинд тохиромжтой. Гэсэн хэдий ч түүний хатуу, хэврэг шинж чанар нь нунтаглах, өнгөлөхөд томоохон бэрхшээл учруулдаг.

Дэлхийн тэргүүлэгч үйлдвэрлэгчид 6 инчийн хавтангаас 8 инчийн хавтангууд руу шилжих тусам боловсруулалтын явцад хагарал, хавтангийн гэмтэл зэрэг асуудлууд улам бүр нэмэгдэж, гарцад мэдэгдэхүйц нөлөөлж байна. 8 инчийн SiC суурь материалын техникийн бэрхшээлийг шийдвэрлэх нь одоо салбарын хөгжлийн гол шалгуур үзүүлэлт болж байна.

8 инчийн эрин үед SiC нимгэн талст боловсруулах нь олон тооны бэрхшээлтэй тулгардаг:

Цахилгаан тээврийн хэрэгслийн хэрэглээний эрэлт хэрэгцээ өсөн нэмэгдэж байгаатай холбогдуулан, ялангуяа нэг багц дахь чипийн гаралтыг нэмэгдүүлэх, ирмэгийн алдагдлыг бууруулах, үйлдвэрлэлийн зардлыг бууруулахын тулд ваферын масштабжуулалт шаардлагатай.

8 инчийн SiC дан талстуудын өсөлт төлөвшсөн ч нунтаглах, өнгөлөх зэрэг арын процессууд нь саад бэрхшээлтэй тулгарч, бага гарцтай (ердөө 40-50%) байна.

Том хэмжээтэй вафли нь илүү төвөгтэй даралтын тархалтыг мэдэрдэг бөгөөд энэ нь өнгөлгөөний стресс болон ургацын тогтвортой байдлыг зохицуулахад хүндрэл учруулдаг.

Хэдийгээр 8 инчийн вафлины зузаан нь 6 инчийн вафлины зузаантай ойролцоо байгаа ч ачаалал болон гажуудлаас болж харьцах явцад гэмтэх магадлал өндөр байдаг.

Зүсэлттэй холбоотой стресс, муруйлт болон хагарлыг багасгахын тулд лазер зүсэлтийг улам бүр ашиглаж байна. Гэсэн хэдий ч:

Урт долгионы лазерууд нь дулааны гэмтэл учруулдаг.

Богино долгионы урттай лазерууд нь хүнд хог хаягдал үүсгэж, гэмтлийн давхаргыг гүнзгийрүүлж, өнгөлгөөний нарийн төвөгтэй байдлыг нэмэгдүүлдэг.

SiC-ийн механик өнгөлгөөний ажлын урсгал

Ерөнхий үйл явцын урсгалд дараахь зүйлс орно.

Чиглэлийн зүсэлт

Бүдүүн нунтаглах

Нарийн нунтаглах

Механик өнгөлгөө

Химийн механик өнгөлгөө (CMP) нь эцсийн алхам юм

CMP аргыг сонгох, процессын маршрутын зураг төсөл боловсруулах, параметрүүдийг оновчлох нь маш чухал юм. Хагас дамжуулагч үйлдвэрлэлд CMP нь өндөр чанартай эпитаксиал өсөлтөд зайлшгүй шаардлагатай хэт гөлгөр, согоггүй, гэмтэлгүй гадаргуутай SiC вафли үйлдвэрлэх шийдвэрлэх алхам юм.

(a) SiC гулдмайг тигельээс гаргаж авах;

(b) Гадна диаметрийг нунтаглах замаар анхны хэлбэржүүлэлтийг гүйцэтгэх;

(в) Талстын чиглэлийг тэгшлэх хавтгай эсвэл ховил ашиглан тодорхойлох;

(d) Олон утсан хөрөө ашиглан ембүүг нимгэн вафли болгон зүснэ;

(e) Нунтаглах болон өнгөлөх алхмуудаар толин тусгал мэт гадаргуугийн гөлгөр байдлыг бий болгоно.

Боловсруулалтын цуврал алхмуудыг дуусгасны дараа SiC хавтангийн гадна талын ирмэг нь ихэвчлэн хурц болдог бөгөөд энэ нь харьцах эсвэл ашиглах явцад хагарах эрсдэлийг нэмэгдүүлдэг. Ийм эмзэг байдлаас зайлсхийхийн тулд ирмэгийг нунтаглах шаардлагатай.

Уламжлалт зүсэх процессоос гадна SiC вафли бэлтгэх шинэлэг арга нь холбох технологийг агуулдаг. Энэ арга нь нимгэн SiC дан талст давхаргыг олон төрлийн суурьтай (тулгуур суурь) холбосноор вафли үйлдвэрлэх боломжийг олгодог.

Зураг 3-т үйл явцын урсгалыг харуулав:

Нэгдүгээрт, устөрөгчийн ион суулгах эсвэл үүнтэй төстэй аргаар SiC дан талстын гадаргуу дээр тодорхой гүнд деламинацийн давхарга үүсгэдэг. Дараа нь боловсруулсан SiC дан талстын гадаргууг хавтгай тулгуур суурьтай холбож, даралт болон халуунд оруулдаг. Энэ нь SiC дан талстын давхаргыг тулгуур суурь дээр амжилттай шилжүүлэх, салгах боломжийг олгодог.

Тусгаарлагдсан SiC давхарга нь шаардлагатай тэгш байдлыг хангахын тулд гадаргуугийн боловсруулалтад ордог бөгөөд дараагийн холболтын процесст дахин ашиглаж болно. SiC талстыг уламжлалт зүсэхтэй харьцуулахад энэ арга нь үнэтэй материалын эрэлтийг бууруулдаг. Техникийн бэрхшээлүүд хэвээр байгаа ч хямд өртөгтэй вафли үйлдвэрлэх боломжийг олгохын тулд судалгаа, хөгжүүлэлт идэвхтэй хөгжиж байна.

SiC нь өрөөний температурт урвалд тэсвэртэй болгодог өндөр хатуулаг, химийн тогтвортой байдлыг харгалзан үзвэл нарийн нунтаглалтын нүхийг арилгах, гадаргуугийн гэмтлийг багасгах, зураас, нүхжилт, жүржийн хальсны согогийг арилгах, гадаргуугийн барзгар байдлыг бууруулах, тэгш байдлыг сайжруулах, гадаргуугийн чанарыг сайжруулахын тулд механик өнгөлгөө шаардлагатай.

Өндөр чанартай өнгөлсөн гадаргууг авахын тулд танд дараахь зүйлс хэрэгтэй.

Зүлгүүрийн төрлийг тохируулах,

Бөөмийн хэмжээг багасгах,

Процессийн параметрүүдийг оновчтой болгох,

Хангалттай хатуулагтай өнгөлгөөний материал болон дэвсгэрийг сонгоорой.

Зураг 7-д 1 мкм зүлгүүрээр хоёр талт өнгөлгөө хийх нь 10 мкм доторх тэгш байдал болон зузааны хэлбэлзлийг хянаж, гадаргуугийн барзгар байдлыг ойролцоогоор 0.25 нм хүртэл бууруулж болохыг харуулж байна.

3.2 Химийн механик өнгөлгөө (CMP)

Химийн механик өнгөлгөө (ХМӨ) нь хэт нарийн ширхэгтэй үрэлтийг химийн сийлбэртэй хослуулан боловсруулж буй материал дээр гөлгөр, хавтгай гадаргуу үүсгэдэг. Үндсэн зарчим нь:

Өнгөлгөөний зуурмаг болон вафлийн гадаргуугийн хооронд химийн урвал явагдаж, зөөлөн давхарга үүсгэдэг.

Зүлгүүрийн хэсгүүд болон зөөлөн давхаргын хоорондох үрэлт нь материалыг арилгадаг.

CMP-ийн давуу талууд:

Цэвэр механик эсвэл химийн өнгөлгөөний сул талыг арилгана,

Дэлхийн болон орон нутгийн тэгшитгэлийг хоёуланг нь хэрэгжүүлдэг,

Өндөр тэгш, бага барзгар гадаргуу үүсгэдэг,

Гадаргуу болон доод хэсэгт ямар ч гэмтэл үлдээхгүй.

Дэлгэрэнгүй:

Вафли нь даралтын дор өнгөлгөөний дэвсгэртэй харьцангуй хөдөлдөг.

Зуурмаг дахь нанометрийн хэмжээний зүлгүүрүүд (жишээ нь, SiO₂) нь хяргах, Si-C ковалент холбоог сулруулах, материалыг зайлуулах ажлыг сайжруулахад оролцдог.

CMP техникүүдийн төрлүүд:

Чөлөөт зүлгүүрийн өнгөлгөө: Зүлгүүрийн материал (жишээ нь, SiO₂) нь зутан дотор дүүжлэгддэг. Материалыг зайлуулах нь гурван биетийн үрэлтээр (вафер-пад-зүлгүүр) явагддаг. Нэг жигд байдлыг сайжруулахын тулд зүлгүүрийн хэмжээ (ихэвчлэн 60-200 нм), рН болон температурыг нарийн хянаж байх ёстой.

Тогтмол зүлгүүрийн өнгөлгөө: Өнгөлгөөний дэвсгэр дээр зүлгүүрийн материалыг суулгасан тул бөөгнөрөл үүсэхээс сэргийлдэг бөгөөд энэ нь өндөр нарийвчлалтай боловсруулалтад тохиромжтой.

Өнгөлгөөний дараах цэвэрлэгээ:

Өнгөлсөн вафли нь дараахь зүйлийг хийдэг.

Химийн цэвэрлэгээ (DI ус болон зутангийн үлдэгдлийг зайлуулах зэрэг орно),

DI усаар зайлах, ба

Халуун азотын хатаалт

гадаргуугийн бохирдлыг багасгахын тулд.

Гадаргуугийн чанар ба гүйцэтгэл

Гадаргуугийн барзгаржилтыг Ra < 0.3 нм хүртэл бууруулж, хагас дамжуулагчийн эпитаксиийн шаардлагыг хангаж болно.

Дэлхийн хавтгайжуулалт: Химийн зөөлрүүлэлт болон механик аргаар арилгах хослол нь зураас болон жигд бус сийлбэрийг багасгаж, цэвэр механик болон химийн аргуудаас илүү үр дүнтэй.

Өндөр үр ашиг: 200 нм/цаг-аас дээш материал зайлуулах хурдтай SiC зэрэг хатуу, хэврэг материалд тохиромжтой.

Бусад шинээр гарч ирж буй өнгөлгөөний техникүүд

CMP-ээс гадна дараахь өөр аргуудыг санал болгосон.

Электрохимийн өнгөлгөө, катализаторын тусламжтайгаар өнгөлөх эсвэл сийлбэрлэх, болон

Трибохимийн өнгөлгөө.

Гэсэн хэдий ч эдгээр аргууд нь судалгааны шатандаа явж байгаа бөгөөд SiC-ийн материалын шинж чанарын хүндрэлтэй байдлаас шалтгаалан удаан хөгжсөн.

Эцсийн эцэст, SiC боловсруулалт нь гадаргуугийн чанарыг сайжруулахын тулд муруйлт болон барзгаржилтыг багасгах аажмаар явагддаг үйл явц бөгөөд тэгш байдал болон барзгаржилтыг хянах нь үе шат бүрт чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.

Боловсруулах технологи

Вафли нунтаглах үе шатанд вафлиг шаардлагатай тэгш байдал болон гадаргуугийн барзгаржилт хүртэл нунтаглахын тулд өөр өөр хэмжээтэй алмазан зутан ашигладаг. Үүний дараа механик болон химийн механик өнгөлгөөний (CMP) техникийг ашиглан гэмтэлгүй өнгөлсөн цахиурын карбид (SiC) вафли үйлдвэрлэдэг.

Өнгөлсний дараа SiC вафли нь бүх техникийн үзүүлэлтүүд шаардлагатай стандартыг хангаж байгаа эсэхийг баталгаажуулахын тулд оптик микроскоп, рентген дифрактометр зэрэг багаж хэрэгслийг ашиглан чанарын нарийн шалгалтанд ордог. Эцэст нь өнгөлсөн вафли нь гадаргуугийн бохирдлыг арилгахын тулд тусгай цэвэрлэгээний бодис болон хэт цэвэр усаар цэвэрлэгддэг. Дараа нь тэдгээрийг хэт өндөр цэвэршилттэй азотын хий болон ээрэх хатаагч ашиглан хатааж, үйлдвэрлэлийн бүх үйл явцыг дуусгадаг.

Олон жилийн хүчин чармайлтын үр дүнд Хятад улсад SiC дан талст боловсруулах чиглэлээр мэдэгдэхүйц ахиц дэвшил гарсан. Дотооддоо 100 мм-ийн хольцтой хагас тусгаарлагчтай 4H-SiC дан талстыг амжилттай боловсруулсан бөгөөд одоо n төрлийн 4H-SiC болон 6H-SiC дан талстыг багцаар үйлдвэрлэх боломжтой болсон. TankeBlue, TYST зэрэг компаниуд аль хэдийн 150 мм-ийн SiC дан талстыг боловсруулсан.

SiC вафли боловсруулах технологийн хувьд дотоодын байгууллагууд болор зүсэх, нунтаглах, өнгөлөх үйл явцын нөхцөл, маршрутыг урьдчилан судалжээ. Тэд төхөөрөмж үйлдвэрлэх шаардлагыг хангасан дээж үйлдвэрлэх чадвартай. Гэсэн хэдий ч олон улсын стандарттай харьцуулахад дотоодын вафлины гадаргуугийн боловсруулалтын чанар мэдэгдэхүйц хоцрогдож байна. Хэд хэдэн асуудал байна:

Олон улсын SiC онолууд болон боловсруулалтын технологиуд нь хатуу хамгаалагдсан бөгөөд хялбархан хүртээмжтэй байдаггүй.

Үйл явцыг сайжруулах, оновчтой болгоход чиглэсэн онолын судалгаа, дэмжлэг дутмаг байна.

Гадаадын тоног төхөөрөмж, эд анги импортлох зардал өндөр байна.

Тоног төхөөрөмжийн дизайн, боловсруулалтын нарийвчлал, материалын талаарх дотоодын судалгаа нь олон улсын түвшинтэй харьцуулахад мэдэгдэхүйц зөрүүтэй хэвээр байгааг харуулж байна.

Одоогоор Хятадад ашиглагдаж буй өндөр нарийвчлалтай багаж хэрэгслийн ихэнхийг импортолж байна. Туршилтын тоног төхөөрөмж, арга зүйг цаашид сайжруулах шаардлагатай байна.

Гурав дахь үеийн хагас дамжуулагчийн хөгжлийг үргэлжлүүлэхийн хэрээр SiC дан талст суурь материалын диаметр тогтвортой нэмэгдэж байгаа бөгөөд гадаргуугийн боловсруулалтын чанарт тавигдах шаардлага нэмэгдэж байна. SiC дан талст материалын өсөлтийн дараа вафли боловсруулах технологи нь техникийн хувьд хамгийн хэцүү алхмуудын нэг болсон.

Боловсруулалтын явцад тулгарч буй бэрхшээлүүдийг шийдвэрлэхийн тулд зүсэх, нунтаглах, өнгөлөх механизмыг цаашид судлах, SiC вафли үйлдвэрлэхэд тохиромжтой процессын арга, замыг судлах нь чухал юм. Үүний зэрэгцээ, өндөр чанартай суурь үйлдвэрлэхийн тулд олон улсын дэвшилтэт боловсруулалтын технологиос суралцаж, хамгийн сүүлийн үеийн хэт нарийвчлалтай боловсруулах техник, тоног төхөөрөмжийг нэвтрүүлэх шаардлагатай байна.

Вафлийн хэмжээ нэмэгдэхийн хэрээр болор ургалт болон боловсруулалтын хүндрэлүүд нэмэгддэг. Гэсэн хэдий ч дараагийн төхөөрөмжүүдийн үйлдвэрлэлийн үр ашиг мэдэгдэхүйц сайжирч, нэгжийн өртөг буурдаг. Одоогийн байдлаар дэлхий даяар SiC вафлийн гол нийлүүлэгчид 4 инчээс 6 инч хүртэл диаметртэй бүтээгдэхүүн санал болгож байна. Cree болон II-VI зэрэг тэргүүлэгч компаниуд 8 инчийн SiC вафлийн үйлдвэрлэлийн шугамыг хөгжүүлэхээр төлөвлөж эхэлсэн.