SiC Wafer боловсруулах технологийн өнөөгийн байдал ба чиг хандлага

Гурав дахь үеийн хагас дамжуулагч субстрат материалын хувьд,цахиурын карбид (SiC)дан болор нь өндөр давтамжийн болон өндөр хүчин чадалтай электрон төхөөрөмжүүдийн үйлдвэрлэлд өргөн хэрэглээний хэтийн төлөвтэй. SiC боловсруулах технологи нь өндөр чанартай субстратын материалыг үйлдвэрлэхэд шийдвэрлэх үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэхүү нийтлэл нь Хятад болон гадаадад SiC боловсруулах технологийн судалгааны өнөөгийн байдлыг танилцуулж, зүсэх, нунтаглах, өнгөлөх үйл явцын механизмд дүн шинжилгээ хийж, харьцуулах, түүнчлэн өрөмдөх хавтгай ба гадаргуугийн тэгш бус байдлын чиг хандлагыг танилцуулна. Мөн SiC өрмөнцөр боловсруулахад тулгарч буй бэрхшээлүүдийг онцолж, цаашдын хөгжлийн чиг хандлагыг хэлэлцэнэ.

Цахиурын карбид (SiC)хавтанцар нь гурав дахь үеийн хагас дамжуулагч төхөөрөмжүүдийн чухал суурь материал бөгөөд микроэлектроник, цахилгаан электроник, хагас дамжуулагч гэрэлтүүлэг зэрэг салбарт чухал ач холбогдолтой бөгөөд зах зээлийн боломжуудыг эзэмшдэг. Маш өндөр хатуулаг, химийн тогтвортой байдлын улмаасSiC дан талстууд, хагас дамжуулагчийг боловсруулах уламжлалт аргууд нь тэдгээрийг боловсруулахад бүрэн тохиромжгүй байдаг. Хэдийгээр олон улсын олон компаниуд SiC дан талстыг боловсруулах талаар өргөн хүрээтэй судалгаа хийсэн боловч холбогдох технологиудыг чандлан нууцалдаг.

Сүүлийн жилүүдэд Хятад улс SiC дан болор материал, төхөөрөмжийг хөгжүүлэх хүчин чармайлтаа нэмэгдүүлсэн. Гэсэн хэдий ч тус улсад SiC төхөөрөмжийн технологийн дэвшил одоогоор боловсруулалтын технологи, вафель чанарын хязгаарлалтаас болж хязгаарлагдаж байна. Иймээс Хятад улс SiC нэг талст субстратын чанарыг сайжруулж, практик хэрэглээ, масс үйлдвэрлэлд хүрэхийн тулд SiC боловсруулах чадавхийг сайжруулах нь чухал юм.

Боловсруулалтын үндсэн үе шатуудад: зүсэх → бүдүүн ширхэгтэй нунтаглах → нарийн нунтаглах → барзгар өнгөлөх (механик өнгөлөх) → нарийн өнгөлөх (химийн механик өнгөлгөө, CMP) → хяналт шалгалт орно.

SiC нэг талстыг огтлох

боловсруулахадSiC дан талстууд, огтлох нь эхний бөгөөд маш чухал алхам юм. Зүсэх үйл явцын үр дүнд үүссэн өргүүрийн нум, нум, нийт зузаанын өөрчлөлт (TTV) нь дараагийн нунтаглах, өнгөлөх үйл ажиллагааны чанар, үр нөлөөг тодорхойлдог.

Зүсэгчийг хэлбэр дүрсээр нь алмаазан дотоод диаметр (ID) хөрөө, гадна диаметр (ОД) хөрөө, туузан хөрөө, утсан хөрөө гэж ангилж болно. Утасны хөрөө нь эргээд хөдөлгөөний төрлөөр нь поршен болон гогцоо (төгсгөлгүй) утсан системд ангилж болно. Зүлгүүрийн зүсэх механизм дээр үндэслэн утсан хөрөө зүсэх техникийг хоёр төрөлд хувааж болно: чөлөөт зүлгүүрийн утас хөрөөдөх ба тогтмол зүлгүүрийн алмаазан утас хөрөөдөх.

1.1 Таслах уламжлалт аргууд

Гаднах диаметртэй (ОД) хөрөөний зүсэлтийн гүн нь ирний диаметрээр хязгаарлагддаг. Зүсэх явцад ир нь чичиргээ, хазайлтанд өртөмтгий байдаг тул дуу чимээ ихтэй, хөшүүн чанар муутай байдаг. Дотор диаметртэй (ID) хөрөө нь ирний дотоод тойрог дээр алмазан зүлгүүрийг зүсэх ирмэг болгон ашигладаг. Эдгээр ир нь 0.2 мм хүртэл нимгэн байж болно. Зүсэх явцад ID ир нь өндөр хурдтайгаар эргэлдэж байхад зүсэх материал нь ирний төвтэй харьцуулахад радиаль байдлаар хөдөлж, энэ харьцангуй хөдөлгөөнөөр зүсэлт хийхэд хүрдэг.

Алмазан туузан хөрөө нь байнга зогсох, эргүүлэх шаардлагатай байдаг ба зүсэх хурд нь маш бага буюу ихэвчлэн 2 м/с-ээс ихгүй байдаг. Тэд мөн их хэмжээний механик элэгдэлд өртөж, засвар үйлчилгээний өндөр өртөгтэй байдаг. Хөрөөний ирний өргөнөөс шалтгаалан зүсэх радиус нь хэтэрхий бага байж болохгүй, олон зүсмэл зүсэлт хийх боломжгүй. Эдгээр уламжлалт хөрөөдөх хэрэгслүүд нь суурийн хатуу чанараар хязгаарлагддаг бөгөөд муруй зүсэлт хийх боломжгүй эсвэл эргэх радиусыг хязгаарладаг. Тэдгээр нь зөвхөн шулуун зүсэх чадвартай, өргөн хүрээтэй, бага ургацтай тул огтлоход тохиромжгүй байдаг.SiC талстууд.

1.2 Үнэгүй зүлгүүрийн утсан хөрөө олон утас хайчлах

Чөлөөт зүлгүүрийн утсан хөрөө зүсэх техник нь утсыг хурдан хөдөлгөж, хөвөн рүү зутан зөөж, материалыг зайлуулах боломжийг олгодог. Энэ нь үндсэндээ поршений бүтцийг ашигладаг бөгөөд одоогоор нэг талст цахиурыг үр ашигтай олон талст зүсэх зориулалттай боловсорч гүйцсэн, өргөн хэрэглэгддэг арга юм. Гэсэн хэдий ч түүний SiC зүсэлт дэх хэрэглээг бага судалсан болно.

Үнэгүй зүлгүүрийн утсан хөрөө нь 300 μм-ээс бага зузаантай вафель боловсруулах боломжтой. Эдгээр нь хагарлын алдагдал багатай, хагарал үүсгэх нь ховор бөгөөд гадаргуугийн чанар харьцангуй сайн байдаг. Гэсэн хэдий ч зүлгүүрийн гулсмал болон доголд суурилсан материалыг зайлуулах механизмын улмаас вафель гадаргуу нь мэдэгдэхүйц үлдэгдэл стресс, бичил хагарал, гүн гэмтлийн давхаргыг бий болгох хандлагатай байдаг. Энэ нь вафельний эвдрэлд хүргэж, гадаргуугийн профайлын нарийвчлалыг хянахад хүндрэл учруулж, дараагийн боловсруулалтын үе шатанд ачааллыг нэмэгдүүлдэг.

Зүсэлтийн гүйцэтгэл нь зутангаар ихээхэн нөлөөлдөг; зүлгүүрийн хурц байдал, зутангийн концентрацийг хадгалах шаардлагатай. Зун боловсруулах, дахин боловсруулах нь зардал ихтэй байдаг. Том оврын ембүү зүсэх үед зүлгүүр нь гүн болон урт цоорхойг нэвтрүүлэхэд хүндрэлтэй байдаг. Зүлгүүрийн ширхэгийн хэмжээ ижил байх үед цоорхойн алдагдал нь тогтмол зүлгүүрийн утсан хөрөөнийхөөс их байна.

1.3 Тогтмол зүлгүүрийн алмаазан утсан хөрөө олон утастай зүсэлт

Тогтмол зүлгүүрийн алмаазан утсан хөрөө нь ихэвчлэн цахилгаанаар бүрэх, агломержуулах эсвэл давирхайг холбох аргуудаар алмаазан тоосонцорыг ган утсан дэвсгэр дээр суулгаж хийдэг. Цахилгаанаар бүрсэн алмаазан утсан хөрөө нь илүү нарийхан цоорхой, илүү сайн зүсмэлийн чанар, өндөр үр ашигтай, бохирдол багатай, өндөр хатуулагтай материалыг огтлох чадвар зэрэг давуу талуудтай.

Одоогийн байдлаар поршений цахилгаанаар бүрсэн алмаазан утсан хөрөө нь SiC огтлоход хамгийн өргөн хэрэглэгддэг арга юм. Зураг 1 (энд харуулаагүй) нь энэ техникийг ашиглан зүссэн SiC хавтанцарын гадаргуугийн тэгш байдлыг харуулж байна. Зүсэх явц ахих тусам вафельний эвдрэл нэмэгдэнэ. Учир нь утас доошоо хөдлөхөд утас ба материалын контактын талбай нэмэгдэж, эсэргүүцэл болон утасны чичиргээ нэмэгддэг. Утас нь хавтангийн хамгийн их диаметрд хүрэх үед чичиргээ дээд цэгтээ хүрч, хамгийн их эвдрэлд хүргэдэг.

Зүсэлтийн сүүлийн үе шатанд утсанд хурдатгал, тогтвортой хурдтай хөдөлгөөн, удаашрал, зогсолт, урвуу эргэлдэж, хөргөлтийн бодисоор хог хаягдлыг арилгахад хүндрэлтэй байгаа тул хавтангийн гадаргуугийн чанар мууддаг. Утасны урвуу болон хурдны хэлбэлзэл, түүнчлэн утсан дээрх том алмазан хэсгүүд нь гадаргуугийн зураас үүсэх үндсэн шалтгаан болдог.

1.4 Хүйтэн салгах технологи

SiC нэг талстыг хүйтэн аргаар ялгах нь гурав дахь үеийн хагас дамжуулагч материалын боловсруулалтын салбарт шинэлэг процесс юм. Сүүлийн жилүүдэд ургацыг сайжруулж, материалын алдагдлыг бууруулах гайхалтай давуу талуудын улмаас олны анхаарлыг татсаар байна. Технологийг ажлын зарчим, үйл явцын урсгал, үндсэн давуу тал гэсэн гурван талаас нь шинжилж болно.

Кристалын чиг баримжаа тодорхойлох ба гадна диаметрийг нунтаглах: Боловсруулахын өмнө SiC ембүүгийн талст чиглэлийг тодорхойлох шаардлагатай. Дараа нь гадна диаметртэй нунтаглах замаар ембүүг цилиндр хэлбэртэй (ихэвчлэн SiC шайб гэж нэрлэдэг) хэлбэрт оруулна. Энэ алхам нь дараагийн чиглэлтэй зүсэх, зүсэх үндэс суурийг тавьдаг.

Олон утастай зүсэх: Энэ арга нь цилиндр хэлбэртэй ембүү зүсэхийн тулд зүсэх утастай хослуулан зүлгүүрийн хэсгүүдийг ашигладаг. Гэсэн хэдий ч энэ нь цоорхойг ихээхэн хэмжээгээр алдаж, гадаргуугийн тэгш бус байдлын асуудалтай тулгардаг.

Лазер зүсэх технологи: Лазерыг талст дотор өөрчилсөн давхарга үүсгэхэд ашигладаг бөгөөд үүнээс нимгэн зүсмэлүүдийг салгаж болно. Энэ арга нь материалын алдагдлыг бууруулж, боловсруулалтын үр ашгийг дээшлүүлж, SiC өрөм хайчлах ирээдүйтэй шинэ чиглэл болгож байна.

Таслах үйл явцыг оновчтой болгох

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

Цахилгаан гүйдэл боловсруулах (EDM) ба хүйтэн салгах технологи: Эдгээр аргууд нь тодорхой шаардлагад нийцсэн төрөлжсөн шийдлүүдийг санал болгодог.

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

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

Лазер зүсэх: Энэ техник нь хагарлын алдагдлыг бууруулж, боловсруулалтын мөчлөгийг богиносгодог боловч дулааны нөлөөлөлд өртсөн бүс нь бэрхшээлтэй хэвээр байна.

Гибрид боловсруулах технологи: Механик болон химийн аргуудыг хослуулах нь боловсруулалтын үр ашгийг нэмэгдүүлдэг.

Энэ технологи нь үйлдвэрлэлийн хэрэглээнд аль хэдийн хүрсэн. Жишээлбэл, Infineon нь SILTECTRA-г худалдаж авсан бөгөөд одоо 8 инчийн өргүүрийн масс үйлдвэрлэлийг дэмжих үндсэн патентыг эзэмшдэг. Хятадад Делонг Лазер зэрэг компаниуд 6 инчийн хавтанцар боловсруулалт хийхдээ нэг ембүү 30 ширхэг хавтан үйлдвэрлэх үр ашигтай болсон нь уламжлалт аргуудаас 40%-иар сайжирсан байна.

Дотоодын тоног төхөөрөмжийн үйлдвэрлэл хурдасч байгаа тул энэ технологи нь SiC субстрат боловсруулах үндсэн шийдэл болох төлөвтэй байна. Хагас дамжуулагч материалын диаметр нэмэгдэхийн хэрээр огтлох уламжлалт аргууд хуучирсан. Одоогийн сонголтуудын дунд поршений алмазан утсан хөрөөний технологи нь хэрэглээний хамгийн ирээдүйтэй хэтийн төлөвийг харуулж байна. Лазер хайчлах нь шинээр гарч ирж буй техникийн хувьд ихээхэн давуу талтай бөгөөд ирээдүйд огтлох үндсэн арга болох төлөвтэй байна.

2,SiC нэг болор нунтаглах

Гурав дахь үеийн хагас дамжуулагчийн төлөөлөгчийн хувьд цахиурын карбид (SiC) нь өргөн зурвасын зай, өндөр задралын цахилгаан орон, өндөр ханасан электрон шилжилтийн хурд, маш сайн дулаан дамжилтын шинж чанараараа ихээхэн давуу талтай байдаг. Эдгээр шинж чанарууд нь SiC-ийг өндөр хүчдэлийн хэрэглээнд (жишээ нь, 1200 Вт орчинд) давуу талтай болгодог. SiC субстратыг боловсруулах технологи нь төхөөрөмжийн үйлдвэрлэлийн үндсэн хэсэг юм. Субстратын гадаргуугийн чанар, нарийвчлал нь эпитаксиаль давхаргын чанар, эцсийн төхөөрөмжийн гүйцэтгэлд шууд нөлөөлдөг.

Нунтаглах үйл явцын үндсэн зорилго нь зүсэх явцад үүссэн гадаргуугийн хөрөөний тэмдэг, гэмтлийн давхаргыг арилгах, зүсэх явцад үүссэн хэв гажилтыг засах явдал юм. SiC-ийн маш өндөр хатуулгийг харгалзан нунтаглах нь борын карбид эсвэл алмаз зэрэг хатуу зүлгүүрийг ашиглахыг шаарддаг. Уламжлалт нунтаглах нь том ширхэгтэй нунтаглах, нарийн нунтаглах гэж хуваагддаг.

2.1 Бүдүүн болон нарийн нунтаглах

Зүлгүүрийн ширхэгийн хэмжээнээс хамааран нунтаглах ажлыг дараахь байдлаар ангилж болно.

Бүдүүн нунтаглах: Хөрөөний ул мөрийг арилгах, зүсэх явцад үүссэн давхаргыг гэмтээж, боловсруулах үр ашгийг дээшлүүлэхийн тулд том зүлгүүрийг ашигладаг.

Нарийн нунтаглах: Бүдүүн нунтаглалтын улмаас үлдсэн гэмтлийн давхаргыг арилгах, гадаргуугийн тэгш бус байдлыг багасгах, гадаргуугийн чанарыг сайжруулахын тулд илүү нарийн зүлгүүрийг ашигладаг.

Дотоодын олон SiC субстрат үйлдвэрлэгчид томоохон хэмжээний үйлдвэрлэлийн процессыг ашигладаг. Түгээмэл арга бол цутгамал төмрийн хавтан болон монокристалл алмааз зутан ашиглан хоёр талт нунтаглах явдал юм. Энэ процесс нь утсан хөрөөдөж үлдээсэн гэмтлийн давхаргыг үр дүнтэй арилгаж, өргүүрийн хэлбэрийг засч, TTV (Нийт зузааны өөрчлөлт), нум, нумыг багасгадаг. Материалыг зайлуулах хурд нь тогтвортой бөгөөд ихэвчлэн 0.8-1.2 мкм/мин хүрдэг. Гэсэн хэдий ч үүссэн өрмөнцөр гадаргуу нь харьцангуй өндөр барзгар, ихэвчлэн 50 нм орчим байдаг царцсан бөгөөд энэ нь дараагийн өнгөлгөөний үе шатанд илүү өндөр шаардлага тавьдаг.

2.2 Нэг талт нунтаглах

Нэг талт нунтаглах нь нэг удаад өрмөнцөрийн зөвхөн нэг талыг боловсруулдаг. Энэ процессын явцад вафель нь ган хавтан дээр лаагаар бэхлэгддэг. Хэрэглэсэн даралтын дор субстрат нь бага зэрэг хэв гажилтанд өртөж, дээд гадаргуу нь хавтгайрсан байна. Нунтагласны дараа доод гадаргууг тэгшлэнэ. Даралтыг арилгахад дээд гадаргуу нь анхны хэлбэрээ сэргээх хандлагатай байдаг бөгөөд энэ нь аль хэдийн хөрсний доод гадаргууд нөлөөлж, хоёр тал нь муруйж, тэгш бус байдалд хүргэдэг.

Түүгээр ч зогсохгүй нунтаглах хавтан нь богино хугацаанд хотгор болж, ялтсыг гүдгэр болгоход хүргэдэг. Хавтангийн тэгш байдлыг хадгалахын тулд байнга хувцаслах шаардлагатай байдаг. Үр ашиг багатай, ялтсын тэгш бус байдлаас шалтгаалан нэг талт нунтаглах нь масс үйлдвэрлэхэд тохиромжгүй.

Ихэвчлэн # 8000 нунтаглах дугуйг нарийн нунтаглахад ашигладаг. Японд энэ процесс харьцангуй боловсорч гүйцсэн бөгөөд бүр #30000 өнгөлгөөний дугуй ашигладаг. Энэ нь боловсруулсан хавтангийн гадаргуугийн барзгаржилтыг 2 нм-ээс бага түвшинд хүргэж, нэмэлт боловсруулалт хийлгүйгээр хавтанг эцсийн CMP (Химийн механик өнгөлгөө) хийхэд бэлэн болгодог.

2.3 Нэг талт сийрэгжүүлэх технологи

Алмазыг нэг талт сийрэгжүүлэх технологи нь нэг талт нунтаглалтын шинэлэг арга юм. Зураг 5-д үзүүлсэнчлэн (энд харуулаагүй) процесс нь алмаазаар бэхлэгдсэн нунтаглах хавтанг ашигладаг. Өргөст ялтас нь вакуум шингээх замаар бэхлэгддэг бол өрөм болон алмаазан нунтаглах дугуй хоёулаа нэгэн зэрэг эргэлддэг. Нунтаглагч дугуй нь аажмаар доошоо хөдөлж, нимгэн талст ялтсыг зорилтот зузаантай болгоно. Нэг тал нь дууссаны дараа вафель нь нөгөө талыг нь боловсруулахын тулд эргүүлнэ.

Нимгэрсний дараа 100 мм-ийн хавтан нь дараахь зүйлийг хийж чадна.

Нум < 5 мкм

TTV < 2 мкм

Гадаргуугийн тэгш бус байдал < 1 нм

Энэхүү дан хавтан боловсруулах арга нь өндөр тогтвортой байдал, маш сайн тууштай байдал, материалыг зайлуулах өндөр хурдыг санал болгодог. Уламжлалт хоёр талт нунтаглалттай харьцуулахад энэ техник нь нунтаглалтын үр ашгийг 50% -иар дээшлүүлдэг.

2.4 Хоёр талт нунтаглах

Хоёр талт нунтаглах нь дээд ба доод нунтаглалтын хавтанг хоёуланг нь ашиглан субстратын хоёр талыг нэгэн зэрэг нунтаглаж, хоёр талдаа гадаргуугийн чанарыг маш сайн хангадаг.

Процессын явцад нунтаглах хавтан нь эхлээд ажлын хэсгийн хамгийн өндөр цэгүүдэд дарж, тэдгээр цэгүүдэд деформаци үүсгэж, материалыг аажмаар арилгадаг. Өндөр цэгүүдийг тэгшлэх тусам субстрат дээрх даралт аажмаар жигд болж, улмаар бүх гадаргуу дээр тогтвортой хэв гажилт үүсдэг. Энэ нь дээд ба доод гадаргууг хоёуланг нь жигд нунтаглах боломжийг олгодог. Нунтаглах ажил дуусч, даралтыг сулруулсны дараа субстратын хэсэг бүр ижил даралтын улмаас жигд сэргэдэг. Энэ нь хамгийн бага муруйлт, сайн тэгш байдалд хүргэдэг.

Нунтаглалтын дараа вафельний гадаргуугийн тэгш бус байдал нь зүлгүүрийн ширхэгийн хэмжээнээс хамаарна - жижиг хэсгүүд нь илүү гөлгөр гадаргуу үүсгэдэг. Хоёр талт нунтаглахад 5 мкм-ийн зүлгүүрийг ашиглах үед 5 μм дотор талст ялтсын тэгш байдал, зузаанын өөрчлөлтийг хянах боломжтой. Атомын хүчний бичил харуурын (AFM) хэмжилтүүд нь гадаргуугийн тэгш бус байдлыг (Rq) ойролцоогоор 100 нм, нунтаглах нүхнүүд 380 нм хүртэл гүнтэй, зүлгүүрийн нөлөөгөөр үүссэн шугаман тэмдэгтүүдийг харуулж байна.

Илүү дэвшилтэт арга нь полиуретан хөөсөн дэвсгэрийг поликристалл алмааз зутантай хослуулан хоёр талт нунтаглах явдал юм. Энэ процесс нь Ra < 3 нм-т хүрэх гадаргуугийн барзгаржилт багатай вафель үйлдвэрлэдэг бөгөөд энэ нь SiC субстратыг дараа нь өнгөлөхөд ихээхэн ач холбогдолтой юм.

Гэсэн хэдий ч гадаргуугийн зураас нь шийдэгдээгүй асуудал хэвээр байна. Нэмж дурдахад, энэ процесст ашигласан поликристал алмазыг тэсрэх нийлэгжилтээр үйлдвэрлэдэг бөгөөд энэ нь техникийн хувьд хэцүү, бага хэмжээний ургац өгдөг бөгөөд маш үнэтэй байдаг.

SiC нэг талстыг өнгөлөх

Цахиурын карбид (SiC) хавтан дээр өндөр чанартай өнгөлсөн гадаргууд хүрэхийн тулд өнгөлгөө нь нунтаглах нүх, нанометрийн гадаргуугийн долгионыг бүрэн арилгах ёстой. Зорилго нь бохирдол, эвдрэл, хөрсний эвдрэл, гадаргуугийн үлдэгдэл стрессгүй гөлгөр, согоггүй гадаргууг бий болгох явдал юм.

3.1 SiC Wafers-ийн механик өнгөлгөө ба CMP

SiC нэг талст ембүү ургасны дараа гадаргуугийн согогууд нь эпитаксиаль өсөлтөд шууд ашиглахаас сэргийлдэг. Тиймээс нэмэлт боловсруулалт хийх шаардлагатай. Эмбүүг эхлээд бөөрөнхийлөх замаар стандарт цилиндр хэлбэртэй болгож, дараа нь утсаар зүсэх замаар зүсэж, талстографийн чиг баримжааг шалгана. Өнгөлгөө нь талст ургах согог, боловсруулалтын өмнөх үе шатуудаас үүдэлтэй гадаргуугийн эвдрэлийг арилгах, хавтангийн чанарыг сайжруулах чухал алхам юм.

SiC дээрх гадаргуугийн гэмтлийн давхаргыг арилгах дөрвөн үндсэн арга байдаг.

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

Химийн механик өнгөлгөө (CMP): Химийн сийлбэрээр зураасыг арилгана; нарийн өнгөлгөө хийхэд тохиромжтой.

Устөрөгчийн сийлбэр: HTCVD процесст ихэвчлэн ашиглагддаг нарийн төвөгтэй тоног төхөөрөмж шаарддаг.

Плазмын тусламжтайгаар өнгөлгөө: Нарийн төвөгтэй, ховор хэрэглэгддэг.

Зөвхөн механик аргаар өнгөлөх нь зураас үүсгэх хандлагатай байдаг бол зөвхөн химийн бодисоор өнгөлөх нь жигд бус сийлбэр хийхэд хүргэдэг. CMP нь хоёр давуу талыг хослуулсан бөгөөд үр ашигтай, хэмнэлттэй шийдлийг санал болгодог.

CMP-ийн ажиллах зарчим

CMP нь эргэлдэх өнгөлгөөний дэвсгэрийн эсрэг тогтоосон даралтын дор өрөмийг эргүүлэх замаар ажилладаг. Энэхүү харьцангуй хөдөлгөөн нь зутан дахь нано хэмжээтэй зүлгүүрийн механик үрэлт, реактив бодисуудын химийн үйлчлэлтэй хослуулан гадаргуугийн хавтгайралтыг бий болгодог.

Ашигласан гол материалууд:

Өнгөлгөөний зутан: Зүлгүүр, химийн урвалж агуулсан.

Өнгөлгөөний дэвсгэр: Ашиглалтын явцад элэгдэж, нүх сүвний хэмжээг багасгаж, зутанг хүргэх үр ашгийг бууруулдаг. Барзгар байдлыг сэргээхийн тулд ихэвчлэн алмаазан шүүгээ ашиглан тогтмол боолт хийх шаардлагатай байдаг.

Ердийн CMP процесс

Зүлгүүр: 0.5 μм алмазан зутан

Зорилтот гадаргуугийн тэгш бус байдал: ~0.7 нм

Химийн механик өнгөлгөө:

Өнгөлгөөний төхөөрөмж: AP-810 нэг талт өнгөлөгч

Даралт: 200 г/см²

Хавтангийн хурд: 50 эрг / мин

Керамик эзэмшигчийн хурд: 38 эрг / мин

Зуухны найрлага:

SiO₂ (30 жин%, рН = 10.15)

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

5 жингийн % KOH ба 1 жингийн % HNO₃ ашиглан рН-ийг 8.5 болгож тохируулна.

Булингийн урсгалын хурд: 3 л/мин, эргэлтэнд оруулна

Энэ процесс нь SiC хавтангийн чанарыг үр дүнтэй сайжруулж, доод процесст тавигдах шаардлагыг хангадаг.

Механик өнгөлгөөний техникийн сорилтууд

SiC нь өргөн зурвасын хагас дамжуулагчийн хувьд электроникийн салбарт чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Маш сайн физик, химийн шинж чанартай, SiC дан талстууд нь өндөр температур, өндөр давтамж, өндөр хүч, цацрагийн эсэргүүцэл зэрэг эрс тэс орчинд тохиромжтой. Гэсэн хэдий ч түүний хатуу, хэврэг шинж чанар нь нунтаглах, өнгөлөхөд ихээхэн бэрхшээл учруулдаг.

Дэлхийн тэргүүлэгч үйлдвэрлэгчид 6 инчийн хавтангаас 8 инчийн хавтан руу шилжиж байгаа тул боловсруулах явцад хагарах, ялтсанд гэмтэл учруулах зэрэг асуудал улам бүр нэмэгдэж, ургацад ихээхэн нөлөөлсөн. 8 инчийн SiC субстратын техникийн сорилтуудыг шийдвэрлэх нь одоо энэ салбарын дэвшлийн гол жишиг болж байна.

8 инчийн эрин үед SiC өрмөнцөр боловсруулах нь олон бэрхшээлтэй тулгардаг:

Нэг багц дахь чипний гаралтыг нэмэгдүүлэх, захын алдагдлыг багасгах, үйлдвэрлэлийн зардлыг бууруулах, ялангуяа цахилгаан тээврийн хэрэгслийн хэрэглээ нэмэгдэж буй эрэлт хэрэгцээг хангахын тулд өрөмийг масштаблах шаардлагатай.

8 инчийн SiC дан талстуудын өсөлт боловсорч гүйцсэн ч нунтаглах, өнгөлөх зэрэг арын процессууд нь саад бэрхшээлтэй тулгардаг тул бага ургац (зөвхөн 40-50%) бий болгодог.

Том өрөм нь илүү төвөгтэй даралтын хуваарилалтыг мэдэрдэг бөгөөд энэ нь өнгөлгөөний стрессийг удирдахад хүндрэл, гарцын тогтвортой байдлыг нэмэгдүүлдэг.

Хэдийгээр 8 инчийн зузаан нь 6 инчийн зузаантай дөхөж байгаа ч ачаалал, муруйлт зэргээс шалтгаалан харьцах явцад гэмтэх магадлал өндөр байдаг.

Зүсэхтэй холбоотой стресс, эвдрэл, хагарлыг багасгахын тулд лазер зүсэлтийг улам бүр ашиглаж байна. Гэсэн хэдий ч:

Урт долгионы лазер нь дулааны гэмтэл үүсгэдэг.

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

SiC-д зориулсан механик өнгөлгөөний ажлын урсгал

Процессын ерөнхий урсгал нь дараахь зүйлийг агуулна.

Чиглэлийг огтлох

Бүдүүн нунтаглах

Нарийн нунтаглах

Механик өнгөлгөө

Эцсийн алхам бол химийн механик өнгөлгөө (CMP).

CMP аргыг сонгох, үйл явцын маршрутын дизайн, параметрүүдийг оновчтой болгох нь маш чухал юм. Хагас дамжуулагчийн үйлдвэрлэлийн хувьд CMP нь хэт гөлгөр, согоггүй, гэмтэлгүй гадаргуутай SiC хавтан үйлдвэрлэхэд шийдвэрлэх алхам бөгөөд эпитаксиаль өндөр чанартай өсөлтөд зайлшгүй шаардлагатай.

(a) Тигльээс SiC ембүүг салгах;

(б) Гадна диаметртэй нунтаглах аргыг ашиглан эхний хэлбэрийг гүйцэтгэх;

(в) тэгшлэх хавтгай эсвэл ховилыг ашиглан болорын чиглэлийг тодорхойлох;

(г) Олон утастай хөрөөдөж ашиглан ембүүг нимгэн өрөм болгон хэрчнэ;

(e) Нунтаглах, өнгөлөх алхмуудыг хийснээр толин тусгал мэт гадаргуугийн тэгш байдлыг бий болгоно.

Цуврал боловсруулалтын алхмуудыг хийж дууссаны 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 үйл явцаас гадна SiC өрмөнцөр бэлтгэх шинэлэг арга нь холбох технологийг агуулдаг. Энэ арга нь нимгэн SiC нэг талст давхаргыг гетероген субстраттай (дэмжих субстрат) холбох замаар вафель үйлдвэрлэх боломжийг олгодог.

Зураг 3 нь үйл явцын урсгалыг харуулж байна:

Нэгдүгээрт, устөрөгчийн ион суулгац эсвэл үүнтэй төстэй техникээр SiC нэг талст гадаргуу дээр тодорхой гүнд давхаргын давхарга үүсдэг. Боловсруулсан SiC дан болорыг дараа нь хавтгай тулгууртай субстраттай холбож, даралт, дулаанд оруулдаг. Энэ нь SiC нэг талст давхаргыг дэмжих субстрат руу амжилттай шилжүүлж, салгах боломжийг олгодог.

Тусгаарлагдсан SiC давхарга нь шаардлагатай тэгш байдлыг хангахын тулд гадаргуугийн боловсруулалтанд ордог бөгөөд дараагийн холбох процессуудад дахин ашиглах боломжтой. SiC талстыг уламжлалт зүсэхтэй харьцуулахад энэ техник нь үнэтэй материалын эрэлтийг бууруулдаг. Техникийн сорилтууд хэвээр байгаа хэдий ч бага өртөгтэй валют үйлдвэрлэх боломжийг бүрдүүлэхийн тулд судалгаа, боловсруулалт идэвхтэй хөгжиж байна.

SiC-ийн өндөр хатуулаг, химийн тогтвортой байдлыг харгалзан түүнийг тасалгааны температурт урвалд тэсвэртэй болгодог тул нарийн нунтаглах нүхийг арилгах, гадаргуугийн эвдрэлийг багасгах, зураас, хонхорхой, жүржийн хальсны согогийг арилгах, гадаргуугийн барзгар байдлыг багасгах, тэгш байдлыг сайжруулах, гадаргуугийн чанарыг сайжруулахын тулд механик өнгөлгөө хийх шаардлагатай.

Өндөр чанартай өнгөлсөн гадаргууг олж авахын тулд дараахь зүйлийг хийх шаардлагатай.

Зүлгүүрийн төрлийг тохируулах,

Бөөмийн хэмжээг багасгах,

Процессын параметрүүдийг оновчтой болгох,

Тохиромжтой хатуулагтай өнгөлгөөний материал, дэвсгэрийг сонго.

Зураг 7-оос харахад 1 μм зүлгүүрээр хоёр талт өнгөлгөө нь 10 μм доторх тэгш байдал, зузаанын өөрчлөлтийг хянаж, гадаргуугийн барзгаржилтыг 0.25 нм хүртэл бууруулж болохыг харуулж байна.

3.2 Химийн механик өнгөлгөө (CMP)

Химийн механик өнгөлгөө (CMP) нь хэт нарийн ширхэгтэй тоосонцорыг химийн сийлбэртэй хослуулан боловсруулж байгаа материал дээр тэгш, хавтгай гадаргуу үүсгэдэг. Үндсэн зарчим нь:

Өнгөлгөөний зутан ба вафель гадаргуугийн хооронд химийн урвал явагдаж, зөөлөн давхарга үүсдэг.

Зүлгүүрийн тоосонцор ба зөөлөн давхаргын хоорондох үрэлт нь материалыг зайлуулдаг.

CMP-ийн давуу талууд:

Цэвэр механик болон химийн өнгөлгөөний сул талыг даван туулах,

Глобал болон орон нутгийн хавтгайруулалтад хүрдэг,

Өндөр тэгш, барзгар багатай гадаргуу үүсгэдэг,

Гадаргуу болон гүний гэмтэл үлдээхгүй.

Дэлгэрэнгүй:

Өрөөнд даралтын дор өнгөлгөөний дэвсгэртэй харьцангуй хөдөлдөг.

Зун дахь нанометрийн хэмжээтэй зүлгүүрүүд (жишээ нь, SiO₂) хайчлах, Si-C ковалент холбоог сулруулж, материалыг зайлуулахад оролцдог.

CMP аргын төрлүүд:

Үнэгүй зүлгүүрийн өнгөлгөө: Зүлгүүрүүд (жишээ нь, SiO₂) зутан дотор түдгэлздэг. Материалыг зайлуулах нь гурван биет үрэлтээр явагддаг (ялгас бүрхэвч - зүлгүүр). Нэг төрлийн байдлыг сайжруулахын тулд зүлгүүрийн хэмжээ (ихэвчлэн 60-200 нм), рН, температурыг нарийн хянах шаардлагатай.

Тогтмол зүлгүүрийн өнгөлгөө: Зүлгүүрийг өнгөлгөөний дэвсгэрт суулгаж, бөөгнөрөл үүсэхээс сэргийлж, өндөр нарийвчлалтай боловсруулахад тохиромжтой.

Өнгөлгөөний дараах цэвэрлэгээ:

Өнгөлсөн зүсмэлүүд нь дараахь зүйлийг хийдэг.

Химийн цэвэрлэгээ (DI ус болон зутангийн үлдэгдлийг зайлуулах гэх мэт),

DI усаар зайлах, ба

Халуун азотоор хатаах

гадаргуугийн бохирдуулагчийг багасгах.

Гадаргуугийн чанар ба гүйцэтгэл

Гадаргуугийн барзгаржилтыг Ra<0.3 нм хүртэл бууруулж, хагас дамжуулагчийн эпитаксийн шаардлагыг хангана.

Глобал төлөвлөгөө: Химийн аргаар зөөлрүүлэх, механик аргаар зайлуулах аргыг хослуулан хэрэглэснээр зураас, жигд бус сийлбэрийг багасгаж, цэвэр механик эсвэл химийн аргуудаас илүү үр дүнтэй байдаг.

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

Бусад шинээр гарч ирж буй өнгөлгөөний техникүүд

CMP-ээс гадна өөр аргуудыг санал болгосон бөгөөд үүнд:

Цахилгаан химийн өнгөлгөө, Катализаторын тусламжтайгаар өнгөлөх эсвэл сийлбэрлэх, мөн

Трибохимийн өнгөлгөө.

Гэсэн хэдий ч эдгээр аргууд нь судалгааны шатандаа байгаа бөгөөд SiC-ийн сорилттой материалын шинж чанараас шалтгаалан удаан хөгжсөн.

Эцсийн эцэст, SiC боловсруулалт нь гадаргуугийн чанарыг сайжруулахын тулд эвдрэл, барзгаржилтыг аажмаар багасгах үйл явц бөгөөд үе шат бүрт тэгш байдал, барзгар байдлыг хянах нь чухал юм.

Боловсруулах технологи

Өргөст цаасыг нунтаглах үе шатанд янз бүрийн ширхэгийн хэмжээтэй алмаазан зутанг шаардлагатай тэгш, гадаргуугийн тэгш бус байдалд хүртэл нунтаглана. Үүний дараа механик болон химийн механик өнгөлгөөний (CMP) техникийг ашиглан өнгөлгөө хийж, гэмтэлгүй өнгөлсөн цахиурын карбид (SiC) хавтанг үйлдвэрлэдэг.

Өнгөлгөөний дараа SiC хавтан нь оптик микроскоп, рентген дифрактометр зэрэг багаж хэрэгслийг ашиглан чанарын нарийн шалгалтанд хамрагдаж, бүх техникийн үзүүлэлтүүд нь шаардлагатай стандартад нийцэж байгаа эсэхийг баталгаажуулдаг. Эцэст нь өнгөлсөн вафель нь гадаргуугийн бохирдлыг арилгахын тулд тусгай цэвэрлэгээний бодис, хэт цэвэр усаар цэвэрлэнэ. Дараа нь тэдгээрийг маш өндөр цэвэршилттэй азотын хий, ээрэх хатаагч ашиглан хатааж, үйлдвэрлэлийн бүх процессыг дуусгана.

Олон жилийн хүчин чармайлтын үр дүнд Хятадад SiC дан болор боловсруулахад мэдэгдэхүйц ахиц дэвшил гарсан. Дотооддоо 100 мм-ийн нэмэлттэй хагас тусгаарлагч 4H-SiC дан талстыг амжилттай боловсруулж, n төрлийн 4H-SiC ба 6H-SiC дан талстыг багцаар нь үйлдвэрлэх боломжтой болсон. TankeBlue, TYST зэрэг компаниуд аль хэдийн 150 мм SiC дан талстыг боловсруулсан.

SiC өрмөнцөр боловсруулах технологийн хувьд дотоодын байгууллагууд болор зүсэх, нунтаглах, өнгөлөх процессын нөхцөл, замыг урьдчилсан байдлаар судалсан. Тэд төхөөрөмж үйлдвэрлэхэд тавигдах шаардлагыг үндсэндээ хангасан дээжийг үйлдвэрлэх чадвартай. Гэсэн хэдий ч олон улсын жишигтэй харьцуулахад дотоодын өрмөнцөрийн гадаргууг боловсруулах чанар нэлээд хоцорч байна. Хэд хэдэн асуудал байна:

Олон улсын SiC-ийн онол, боловсруулах технологи нь хатуу хамгаалагдсан бөгөөд хялбархан нэвтрэх боломжгүй.

Процессыг сайжруулах, оновчтой болгоход онолын судалгаа, дэмжлэг дутмаг байна.

Гадаадаас тоног төхөөрөмж, эд ангиудыг оруулж ирэх зардал өндөр.

Тоног төхөөрөмжийн дизайн, боловсруулалтын нарийвчлал, материалын талаархи дотоодын судалгаа нь олон улсын түвшинд харьцуулахад ихээхэн зөрүүтэй байгааг харуулж байна.

Одоогоор Хятадад хэрэглэгдэж байгаа өндөр нарийвчлалтай багаж хэрэгслийн дийлэнх нь гаднаас орж ирдэг. Туршилтын тоног төхөөрөмж, аргачлалыг мөн цаашид сайжруулах шаардлагатай.

Гурав дахь үеийн хагас дамжуулагчийг үргэлжлүүлэн хөгжүүлснээр SiC нэг талст субстратын диаметр тогтмол нэмэгдэж, гадаргуугийн боловсруулалтын чанарт тавигдах шаардлага өндөр байна. Өргөст хавтанг боловсруулах технологи нь SiC дан болор өсөлтийн дараа техникийн хувьд хамгийн хэцүү үе шатуудын нэг болсон.

Боловсруулалтад тулгарч буй бэрхшээлийг шийдвэрлэхийн тулд зүсэх, нунтаглах, өнгөлөх үйл явцтай холбоотой механизмуудыг цаашид судалж, SiC хавтан үйлдвэрлэхэд тохиромжтой арга, замыг судлах нь чухал юм. Үүний зэрэгцээ олон улсын дэвшилтэт боловсруулалтын технологиос суралцаж, өндөр чанартай субстрат үйлдвэрлэхийн тулд хамгийн сүүлийн үеийн хэт нарийн боловсруулалтын техник, тоног төхөөрөмжийг нэвтрүүлэх шаардлагатай байна.

Өрөөний хэмжээ ихсэх тусам болор ургах, боловсруулахад хүндрэл нэмэгддэг. Гэсэн хэдий ч доод урсгалын төхөөрөмжүүдийн үйлдвэрлэлийн үр ашиг мэдэгдэхүйц сайжирч, нэгжийн өртөг буурдаг. Одоогийн байдлаар дэлхийн хэмжээнд SiC өрмөнцөрийн гол нийлүүлэгчид 4 инчээс 6 инч хүртэл диаметртэй бүтээгдэхүүнийг санал болгож байна. Cree, II-VI зэрэг тэргүүлэгч компаниуд 8 инчийн SiC хавтанцар үйлдвэрлэх шугамыг хөгжүүлэхээр төлөвлөж эхэлсэн байна.