U Statu Attuale è e Tendenze di a Tecnulugia di Trasfurmazione di e Cialde SiC

Cum'è un materiale di substratu semiconduttore di terza generazione,carburu di siliciu (SiC)U monocristallu hà ampie prospettive d'applicazione in a fabricazione di dispositivi elettronichi d'alta frequenza è d'alta putenza. A tecnulugia di trasfurmazione di SiC ghjoca un rolu decisivu in a pruduzzione di materiali di substratu d'alta qualità. Questu articulu introduce u statu attuale di a ricerca nantu à e tecnulugie di trasfurmazione di SiC sia in Cina sia à l'esteru, analizendu è paragunendu i meccanismi di i prucessi di tagliu, macinazione è lucidatura, è ancu e tendenze in a planarità è a rugosità superficiale di i wafer. Segnala ancu e sfide esistenti in a trasfurmazione di i wafer di SiC è discute e direzzioni di sviluppu future.

Carburu di siliciu (SiC)I wafers sò materiali fundamentali critichi per i dispositivi semiconduttori di terza generazione è anu una impurtanza significativa è un putenziale di mercatu in campi cum'è a microelettronica, l'elettronica di putenza è l'illuminazione di semiconduttori. A causa di a durezza estremamente alta è a stabilità chimica diMonocristalli di SiC, i metudi tradiziunali di trasfurmazione di semiconduttori ùn sò micca interamente adatti per a so machinazione. Ancu s'è parechje cumpagnie internaziunali anu realizatu ricerche approfondite nantu à a trasfurmazione tecnicamente esigente di monocristalli SiC, e tecnulugie pertinenti sò tenute strettamente cunfidenziali.

In l'ultimi anni, a Cina hà aumentatu i sforzi in u sviluppu di materiali è dispositivi monocristallini SiC. Tuttavia, l'avanzamentu di a tecnulugia di i dispositivi SiC in u paese hè attualmente limitatu da limitazioni in e tecnulugie di trasfurmazione è a qualità di i wafer. Dunque, hè essenziale per a Cina migliurà e capacità di trasfurmazione di SiC per migliurà a qualità di i substrati monocristallini SiC è ottene a so applicazione pratica è a pruduzzione di massa.

I principali passi di trasfurmazione includenu: tagliu → macinazione grossolana → macinazione fine → lucidatura grossolana (lucidatura meccanica) → lucidatura fine (lucidatura chimica meccanica, CMP) → ispezione.

Tagliu di monocristalli di SiC

In u trattamentu diMonocristalli di SiC, u tagliu hè u primu passu è un passu assai criticu. L'arcu, a deformazione è a variazione di u spessore tutale (TTV) di a cialda risultanti da u prucessu di tagliu determinanu a qualità è l'efficacità di l'operazioni successive di macinazione è lucidatura.

L'utensili di taglio ponu esse classificati per forma in seghe di diamanti cù diametru internu (ID), seghe di diametru esternu (OD), seghe à nastro è seghe à filu. E seghe à filu, à u so tornu, ponu esse classificate per u so tipu di muvimentu in sistemi di filu alternativi è à anello (senza fine). Basatu annantu à u mecanismu di taglio di l'abrasivu, e tecniche di taglio cù sega à filu ponu esse divise in dui tipi: sega à filu abrasivu liberu è sega à filu diamantatu cù abrasivu fissu.

1.1 Metodi di tagliu tradiziunali

A prufundità di tagliu di e seghe di diametru esternu (OD) hè limitata da u diametru di a lama. Durante u prucessu di tagliu, a lama hè propensa à vibrazioni è deviazioni, ciò chì provoca livelli di rumore elevati è una scarsa rigidità. E seghe di diametru internu (ID) utilizanu abrasivi diamantati nantu à a circunferenza interna di a lama cum'è tagliente. Queste lame ponu esse sottili cum'è 0,2 mm. Durante u tagliu, a lama ID gira à alta velocità mentre u materiale da taglià si move radialmente in relazione à u centru di a lama, ottenendu u tagliu per via di stu muvimentu relativu.

E seghe à nastro diamantate necessitanu fermate è inversioni frequenti, è a velocità di taglio hè assai bassa - tipicamente ùn supera micca i 2 m/s. Soffrenu ancu di una usura meccanica significativa è di costi di manutenzione elevati. A causa di a larghezza di a lama di a sega, u raghju di taglio ùn pò esse troppu chjucu, è u tagliu multi-fetta ùn hè micca pussibule. Quessi strumenti di sega tradiziunali sò limitati da a rigidità di a basa è ùn ponu micca fà tagli curvi o avè raggi di girata limitati. Sò capaci solu di tagli dritti, producenu tagli larghi, anu un bassu rendimentu è sò dunque inadatti per u tagliu.Cristalli di SiC.

1.2 Sega à filu abrasivu liberu Tagliu multifilu

A tecnica di taglio cù sega à filu abrasivu liberu usa u muvimentu rapidu di u filu per purtà a pasta in u kerf, permettendu a rimuzione di materiale. Impiega principalmente una struttura reciprocante è hè attualmente un metudu maturu è largamente utilizatu per u taglio multi-wafer efficiente di siliciu monocristallinu. Tuttavia, a so applicazione in u taglio di SiC hè stata studiata menu in modu estensivu.

E seghe à filu abrasivu liberu ponu trattà wafer cù spessori inferiori à 300 μm. Offrenu una bassa perdita di kerf, raramente causanu scheggiature è risultanu in una qualità di superficia relativamente bona. Tuttavia, per via di u mecanismu di rimozione di u materiale - basatu annantu à a laminazione è l'indentazione di l'abrasivi - a superficia di u wafer tende à sviluppà tensioni residue significative, microfessure è strati di danni più profondi. Questu porta à a deformazione di u wafer, rende difficiule u cuntrollu di a precisione di u prufilu di a superficia è aumenta u caricu nantu à e tappe di trasfurmazione successive.

A prestazione di tagliu hè assai influenzata da a pasta liquida; hè necessariu mantene l'affilatura di l'abrasivi è a cuncentrazione di a pasta liquida. U trattamentu è u riciclaggio di a pasta liquida sò costosi. Quandu si taglianu lingotti di grande dimensione, l'abrasivi anu difficultà à penetrà in tagli profondi è lunghi. Sottu a stessa dimensione di granu abrasivu, a perdita di tagliu hè più grande di quella di e seghe à filu abrasivu fissu.

1.3 Sega à filu diamantatu abrasivu fissu Tagliu multifilu

E seghe à filu diamantatu abrasivu fissu sò tipicamente fatte incrustendu particelle di diamante nantu à un sustratu di filu d'acciaiu per mezu di metudi di galvanoplastia, sinterizazione o legame di resina. E seghe à filu diamantatu elettroplaccatu offrenu vantaghji cum'è tagli più stretti, una migliore qualità di taglio, una maggiore efficienza, una minore contaminazione è a capacità di taglià materiali di alta durezza.

A sega à filu diamantatu elettroplaccatu alternativu hè attualmente u metudu u più utilizatu per taglià u SiC. A Figura 1 (micca mostrata quì) illustra a planarità di a superficia di i wafer di SiC tagliati cù sta tecnica. À misura chì u tagliu avanza, a deformazione di u wafer aumenta. Questu hè perchè l'area di cuntattu trà u filu è u materiale aumenta mentre u filu si move versu u bassu, aumentendu a resistenza è a vibrazione di u filu. Quandu u filu ghjunghje à u diametru massimu di u wafer, a vibrazione hè à u so piccu, risultendu in una deformazione massima.

In l'ultime fasi di tagliu, per via di l'accelerazione, u muvimentu à velocità stabile, a decelerazione, l'arrestu è l'inversione di u filu, accumpagnati da difficultà à rimuovere i detriti cù u refrigerante, a qualità di a superficia di a cialda si deteriora. L'inversione di u filu è e fluttuazioni di velocità, è ancu e grande particelle di diamante nantu à u filu, sò e cause principali di graffi superficiali.

1.4 Tecnulugia di Separazione à Freddu

A separazione à fretu di monocristalli di SiC hè un prucessu innovativu in u campu di a trasfurmazione di materiali semiconduttori di terza generazione. In l'ultimi anni, hà attiratu una attenzione significativa per via di i so vantaghji notevuli in u miglioramentu di u rendimentu è a riduzione di a perdita di materiale. A tecnulugia pò esse analizata da trè aspetti: u principiu di funziunamentu, u flussu di u prucessu è i vantaghji principali.

Determinazione di l'Orientazione di u Cristallu è Rettifica di u Diametru Esternu: Prima di a trasfurmazione, l'orientazione di u cristallu di u lingotto di SiC deve esse determinata. U lingotto hè tandu furmatu in una struttura cilindrica (cumunemente chjamata disco di SiC) via a rettifica di u diametru esternu. Stu passu pone e basi per u tagliu è l'affettamentu direzionale successivi.

Tagliu Multifilu: Stu metudu usa particelle abrasive cumminate cù fili di tagliu per taglià u lingotto cilindricu. Tuttavia, soffre di perdite significative di kerf è prublemi di irregolarità superficiale.

Tecnulugia di Tagliu Laser: Un laser hè adupratu per furmà un stratu mudificatu in u cristallu, da u quale si ponu staccà fette fini. Questu approcciu riduce a perdita di materiale è migliora l'efficienza di trasfurmazione, ciò chì ne face una nova direzzione promettente per u tagliu di wafer di SiC.

Ottimizazione di u prucessu di tagliu

Taglio multifilo abrasivo fisso: Questa hè attualmente a tecnulugia principale, adatta per e caratteristiche di alta durezza di SiC.

Machinazione per scarica elettrica (EDM) è tecnulugia di separazione à freddo: Quessi metudi furniscenu suluzioni diversificate adattate à esigenze specifiche.

Prucessu di lucidatura: Hè essenziale per equilibrà a velocità di rimozione di materiale è u dannu superficiale. A lucidatura chimica meccanica (CMP) hè aduprata per migliurà l'uniformità di a superficia.

Monitoraghju in tempu reale: E tecnulugie d'ispezione in linea sò introdutte per monitorà a rugosità di a superficia in tempu reale.

Taglio laser: Questa tecnica riduce a perdita di kerf è accorcia i cicli di trasfurmazione, ancu s'è a zona affettata termicamente ferma una sfida.

Tecnulugie di trasfurmazione ibride: A cumbinazione di metudi meccanichi è chimichi migliora l'efficienza di trasfurmazione.

Sta tecnulugia hà digià ottenutu una applicazione industriale. Infineon, per esempiu, hà acquistatu SILTECTRA è avà detene brevetti principali chì sustenenu a pruduzzione di massa di wafer di 8 pollici. In Cina, cumpagnie cum'è Delong Laser anu ottenutu una efficienza di pruduzzione di 30 wafer per lingotto per a trasfurmazione di wafer di 6 pollici, chì rapprisenta un miglioramentu di u 40% rispetto à i metudi tradiziunali.

Cù l'accelerazione di a fabricazione di l'attrezzature domestiche, si prevede chì sta tecnulugia diventerà a suluzione principale per a trasfurmazione di i substrati di SiC. Cù u diametru crescente di i materiali semiconduttori, i metudi di tagliu tradiziunali sò diventati obsoleti. Frà l'opzioni attuali, a tecnulugia di a sega à filu diamantatu alternativu mostra e prospettive d'applicazione più promettenti. U tagliu laser, cum'è tecnica emergente, offre vantaghji significativi è si prevede chì diventerà u metudu di tagliu principale in u futuru.

2,Macinazione di cristalli singuli di SiC

Cum'è rappresentante di i semiconduttori di terza generazione, u carburo di siliciu (SiC) offre vantaghji significativi per via di a so larga banda proibita, di u so altu campu elettricu di rottura, di l'alta velocità di deriva di l'elettroni di saturazione è di l'eccellente conducibilità termica. Queste proprietà rendenu u SiC particularmente vantaghjosu in applicazioni à alta tensione (per esempiu, ambienti 1200V). A tecnulugia di trasfurmazione per i substrati di SiC hè una parte fundamentale di a fabricazione di dispositivi. A qualità di a superficia è a precisione di u substratu influenzanu direttamente a qualità di u stratu epitassiale è e prestazioni di u dispositivu finale.

U scopu principale di u prucessu di macinazione hè di rimuovere i segni di sega superficiali è i strati di danni causati durante u tagliu, è di curregge a deformazione indotta da u prucessu di taglio. Data a durezza estremamente elevata di SiC, a macinazione richiede l'usu di abrasivi duri cum'è u carburo di boru o u diamante. A macinazione convenzionale hè tipicamente divisa in macinazione grossolana è macinazione fine.

2.1 Macinazione grossolana è fina

A macinazione pò esse classificata secondu a dimensione di e particelle abrasive:

Macinazione grossolana: Utilizza abrasivi più grossi principalmente per rimuovere i segni di sega è i strati di danni causati durante u tagliu, migliorandu l'efficienza di trasfurmazione.

Molatura Fine: Utilizza abrasivi più fini per rimuovere u stratu di danni lasciatu da a macinazione grossolana, riduce a rugosità di a superficia è migliurà a qualità di a superficia.

Parechji pruduttori naziunali di substrati di SiC utilizanu prucessi di pruduzzione à grande scala. Un metudu cumunu implica a macinazione à doppia faccia utilizendu una piastra di ghisa è una pasta di diamante monocristallina. Stu prucessu elimina efficacemente u stratu di dannu lasciatu da a sega à filu, corregge a forma di a cialda è riduce u TTV (Variazione di Spessore Totale), l'Arcu è a Deformazione. A velocità di rimozione di u materiale hè stabile, tipicamente righjunghjendu 0,8-1,2 μm/min. Tuttavia, a superficia di a cialda risultante hè opaca cù una rugosità relativamente alta - tipicamente intornu à 50 nm - chì impone esigenze più elevate à e successive tappe di lucidatura.

2.2 Rettifica à una sola faccia

A macinazione à una sola faccia tratta solu un latu di a cialda à a volta. Durante stu prucessu, a cialda hè muntata cù cera nantu à una piastra d'acciaiu. Sottu a pressione applicata, u sustratu subisce una ligera deformazione, è a superficia superiore hè appiattita. Dopu a macinazione, a superficia inferiore hè livellata. Quandu a pressione hè rimossa, a superficia superiore tende à ricuperà a so forma originale, ciò chì affetta ancu a superficia inferiore digià macinata, pruvucendu a deformazione è a degradazione di i dui lati in planarità.

Inoltre, a piastra di macinazione pò diventà concava in pocu tempu, pruvucendu a convessa di a cialda. Per mantene a planarità di a piastra, hè necessaria una macinazione frequente. A causa di a bassa efficienza è di a scarsa planarità di a cialda, a macinazione à una sola faccia ùn hè micca adatta per a pruduzzione di massa.

Tipicamente, e mole abrasive #8000 sò aduprate per a macinazione fina. In Giappone, stu prucessu hè relativamente maturu è utilizza ancu mole di lucidatura #30000. Questu permette à a rugosità superficiale di e cialde trasfurmate di ghjunghje sottu à 2 nm, rendendu e cialde pronte per a CMP (Lucidicazione Chimica Meccanica) finale senza trasfurmazione supplementaria.

2.3 Tecnulugia di diradamentu à una sola faccia

A tecnulugia di assottigliatura à un latu unicu di diamanti hè un novu metudu di macinazione à un latu unicu. Cum'è illustratu in a Figura 5 (micca mostrata quì), u prucessu usa una piastra di macinazione ligata à diamanti. U wafer hè fissatu per adsorbimentu à u vacuum, mentre chì u wafer è a mola di diamanti giranu simultaneamente. A mola si move gradualmente versu u bassu per assottiglià u wafer finu à un spessore desideratu. Dopu chì un latu hè cumpletatu, u wafer hè giratu per processà l'altru latu.

Dopu à l'assottigliatura, una cialda di 100 mm pò ottene:

Arcu < 5 μm

TTV < 2 μm

Rugosità superficiale < 1 nm

Stu metudu di trasfurmazione à una sola cialda offre una alta stabilità, una cunsistenza eccellente è un altu tassu di rimozione di materiale. In paragone à a macinazione cunvinziunale à doppia faccia, sta tecnica migliora l'efficienza di macinazione di più di u 50%.

2.4 Macinazione à doppia faccia

A smerigliatura à duie facce usa una piastra di smerigliatura superiore è una piastra di smerigliatura inferiore per smeriglià simultaneamente i dui lati di u sustratu, assicurendu una qualità superficiale eccellente da i dui lati.

Durante u prucessu, e piastre di smerigliatura applicanu prima una pressione à i punti più alti di a pezza, pruvucendu una deformazione è una rimozione graduale di materiale in questi punti. Mentre i punti alti sò livellati, a pressione nantu à u sustratu diventa gradualmente più uniforme, risultendu in una deformazione consistente in tutta a superficia. Questu permette à e superfici superiore è inferiore di esse smerigliate uniformemente. Una volta chì a smerigliatura hè cumpleta è a pressione hè liberata, ogni parte di u sustratu si riprende uniformemente per via di a pressione uguale chì hà subitu. Questu porta à una deformazione minima è à una bona planarità.

A rugosità superficiale di a cialda dopu a macinazione dipende da a dimensione di e particelle abrasive - e particelle più chjuche producenu superfici più lisce. Quandu si utilizanu abrasivi di 5 μm per a macinazione à doppia faccia, a planarità è a variazione di spessore di a cialda ponu esse cuntrullate in 5 μm. E misurazioni di a Microscopia di Forza Atomica (AFM) mostranu una rugosità superficiale (Rq) di circa 100 nm, cù fossette di macinazione finu à 380 nm di prufundità è segni lineari visibili causati da l'azione abrasiva.

Un metudu più avanzatu implica a macinazione à doppia faccia aduprendu cuscinetti di schiuma di poliuretanu cumminati cù una pasta di diamanti policristallini. Stu prucessu produce wafer cù una rugosità superficiale assai bassa, ottenendu Ra < 3 nm, chì hè assai benefica per a successiva lucidatura di substrati di SiC.

Tuttavia, u graffiu superficiale ferma un prublema senza risposta. Inoltre, u diamante policristallinu utilizatu in questu prucessu hè pruduttu per via di a sintesi esplosiva, chì hè tecnicamente difficiule, produce poche quantità è hè estremamente caru.

Lucidatura di monocristalli di SiC

Per ottene una superficia lucidata di alta qualità nantu à i wafer di carburo di siliciu (SiC), a lucidatura deve eliminà cumpletamente i pozzi di macinazione è l'ondulazioni di a superficia à scala nanometrica. L'obiettivu hè di pruduce una superficia liscia, senza difetti, senza contaminazione o degradazione, senza danni sottusuperficiali è senza stress superficiale residuale.

3.1 Lucidatura Meccanica è CMP di Wafers di SiC

Dopu à a crescita di un lingotto di monocristallu di SiC, i difetti di superficia impediscenu ch'ellu sia adupratu direttamente per a crescita epitassiale. Dunque, hè necessaria una trasfurmazione ulteriore. U lingotto hè prima furmatu in una forma cilindrica standard per via di l'arrotondamentu, poi tagliatu in wafer cù u tagliu à filu, seguitatu da una verificazione di l'orientazione cristallografica. A lucidatura hè un passu criticu per migliurà a qualità di u wafer, affrontendu i danni potenziali à a superficia causati da i difetti di crescita di u cristallu è da e tappe di trasfurmazione precedenti.

Ci sò quattru metudi principali per rimuovere i strati di danni superficiali nantu à SiC:

Lucidatura meccanica: Simplice ma lascia graffi; adatta per a lucidatura iniziale.

Lucidatura Chimica Meccanica (CMP): Elimina i graffi per via di l'incisione chimica; adatta per a lucidatura di precisione.

Incisione à l'idrogenu: Richiede apparecchiature cumplesse, cumunimenti aduprate in i prucessi HTCVD.

Lucidatura assistita da plasma: Cumplessa è raramente aduprata.

A lucidatura solu meccanica tende à causà graffi, mentre chì a lucidatura solu chimica pò purtà à una incisione irregulare. CMP combina i dui vantaghji è offre una suluzione efficiente è economica.

Principiu di funziunamentu CMP

U CMP funziona ruotendu a cialda sottu una pressione definita contr'à un cuscinettu di lucidatura rotante. Stu muvimentu relativu, cumminatu cù l'abrasione meccanica da abrasivi di dimensioni nanometriche in a pasta è l'azione chimica di l'agenti reattivi, permette di ottene a planarizazione di a superficia.

Materiali chjave utilizati:

Suspensione di lucidatura: Contene abrasivi è reagenti chimichi.

Tampone di lucidatura: Si consuma durante l'usu, riducendu a dimensione di i pori è l'efficienza di consegna di a pasta. Una ravvivatura regulare, tipicamente cù una ravvivatrice di diamanti, hè necessaria per restaurà a rugosità.

Prucessu CMP tipicu

Abrasivu: pasta di diamanti di 0,5 μm

Rugosità di a superficia di u bersagliu: ~0,7 nm

Lucidatura chimica meccanica:

Attrezzatura di lucidatura: lucidatore monofacciale AP-810

Pressione: 200 g/cm²

Velocità di a piastra: 50 giri/min

Velocità di u supportu ceramicu: 38 giri/min

Cumposizione di a pasta:

SiO₂ (30% in pesu, pH = 10,15)

0–70% in pesu di H₂O₂ (30% in pesu, gradu di reagente)

Ajustà u pH à 8,5 aduprendu 5% in pesu di KOH è 1% in pesu di HNO₃

Portata di fanghi: 3 L/min, ricirculata

Stu prucessu migliora efficacemente a qualità di e wafer di SiC è risponde à i requisiti per i prucessi à valle.

Sfide Tecniche in a Lucidatura Meccanica

U SiC, cum'è un semiconduttore à banda larga, ghjoca un rolu vitale in l'industria elettronica. Cù eccellenti proprietà fisiche è chimiche, i monocristalli di SiC sò adatti per ambienti estremi, cum'è alta temperatura, alta frequenza, alta putenza è resistenza à e radiazioni. Tuttavia, a so natura dura è fragile presenta sfide maiò per a macinazione è a lucidatura.

Mentre i principali pruduttori mundiali passanu da wafer di 6 pollici à 8 pollici, i prublemi cum'è a screpolatura è i danni à i wafer durante u processu sò diventati più prominenti, cù un impattu significativu nantu à u rendimentu. Affruntà e sfide tecniche di i substrati SiC di 8 pollici hè avà un puntu di riferimentu chjave per u prugressu di l'industria.

In l'era di 8 pollici, a trasfurmazione di wafer SiC hè cunfruntata à numerose sfide:

A scalatura di e cialde hè necessaria per aumentà a pruduzzione di chip per batch, riduce a perdita di bordu è riduce i costi di pruduzzione, in particulare data a crescente dumanda in l'applicazioni di veiculi elettrici.

Mentre chì a crescita di monocristalli di SiC di 8 pollici hè matura, i prucessi di back-end cum'è a macinazione è a lucidatura scontranu sempre colli di buttiglia, risultendu in bassi rendimenti (solu 40-50%).

I wafer più grandi sperimentanu distribuzioni di pressione più cumplesse, aumentendu a difficultà di gestisce u stress di lucidatura è a cunsistenza di u rendimentu.

Ancu s'è u spessore di e cialde di 8 pollici s'avvicina à quellu di e cialde di 6 pollici, sò più propensi à dannighjassi durante a manipulazione per via di u stress è di a deformazione.

Per riduce u stress, a deformazione è e crepe ligati à u tagliu, u tagliu laser hè sempre più utilizatu. Tuttavia:

I laser à lunghezza d'onda longa causanu danni termichi.

I laser à lunghezza d'onda corta generanu detriti pesanti è approfondiscenu u stratu di danni, aumentendu a cumplessità di lucidatura.

Flussu di travagliu di lucidatura meccanica per SiC

U flussu generale di u prucessu include:

Tagliu d'orientazione

Macinazione grossolana

Macinazione fina

Lucidatura meccanica

Lucidatura Chimica Meccanica (CMP) cum'è l'ultima tappa

A scelta di u metudu CMP, a cuncepzione di u percorsu di prucessu è l'ottimisazione di i parametri sò cruciali. In a fabricazione di semiconduttori, CMP hè u passu determinante per a pruduzzione di wafer di SiC cù superfici ultra-lisce, senza difetti è senza danni, chì sò essenziali per una crescita epitassiale di alta qualità.

(a) Eliminate u lingotto di SiC da u crucible;

(b) Eseguisce a furmazione iniziale aduprendu a rettifica di u diametru esternu;

(c) Determinà l'orientazione di u cristallu aduprendu piani d'allineamentu o tacche;

(d) Tagliate u lingotto in cialde sottili aduprendu una sega multifilu;

(e) Ottene una superficia liscia cum'è un specchiu per mezu di tappe di smerigliatura è lucidatura.

Dopu avè cumpletatu a seria di tappe di trasfurmazione, u bordu esternu di a cialda di SiC diventa spessu affilatu, ciò chì aumenta u risicu di scheggiature durante a manipulazione o l'usu. Per evità tale fragilità, hè necessaria a smerigliatura di i bordi.

In più di i prucessi tradiziunali di taglio, un metudu innovativu per a preparazione di wafer di SiC implica a tecnulugia di ligame. Questu approcciu permette a fabricazione di wafer ligendu un stratu sottile di monocristallo di SiC à un substratu eterogeneu (substratu di supportu).

A figura 3 illustra u flussu di u prucessu:

Prima, un stratu di delaminazione hè furmatu à una prufundità specificata nantu à a superficia di u monocristallu SiC via l'impiantu di ioni d'idrogenu o tecniche simili. U monocristallu SiC trasfurmatu hè tandu ligatu à un sustratu di supportu pianu è sottumessu à pressione è calore. Questu permette un trasferimentu è una separazione riesciuti di u stratu monocristallu SiC nantu à u sustratu di supportu.

U stratu di SiC separatu hè sottumessu à un trattamentu superficiale per ottene a planarità necessaria è pò esse riutilizatu in i prucessi di ligame successivi. In paragone à u tagliu tradiziunale di i cristalli di SiC, sta tecnica riduce a dumanda di materiali costosi. Ancu s'è e sfide tecniche restanu, a ricerca è u sviluppu avanzanu attivamente per permette una pruduzzione di wafer à costi più bassi.

Data l'alta durezza è a stabilità chimica di u SiC - chì u rende resistente à e reazioni à temperatura ambiente - a lucidatura meccanica hè necessaria per rimuovere e pozzetti fini di macinazione, riduce i danni superficiali, eliminà graffi, pitting è difetti di buccia d'arancia, riduce a rugosità superficiale, migliurà a planarità è migliurà a qualità di a superficie.

Per ottene una superficia lucidata di alta qualità, hè necessariu:

Ajustà i tipi d'abrasivi,

Riduce a dimensione di e particelle,

Ottimizà i parametri di u prucessu,

Sceglite materiali è cuscinetti di lucidatura cù una durezza adeguata.

A figura 7 mostra chì a lucidatura à doppia faccia cù abrasivi di 1 μm pò cuntrullà a planarità è a variazione di spessore in 10 μm, è riduce a rugosità superficiale à circa 0,25 nm.

3.2 Lucidatura Chimica Meccanica (CMP)

A lucidatura chimica meccanica (CMP) combina l'abrasione di particelle ultrafine cù l'incisione chimica per furmà una superficia liscia è planare nantu à u materiale chì hè trasfurmatu. U principiu basicu hè:

Una reazione chimica si verifica trà a pasta di lucidatura è a superficia di a cialda, furmendu un stratu dolce.

L'attritu trà e particelle abrasive è u stratu dolce rimuove u materiale.

Vantaghji di CMP:

Supera l'inconvenienti di a lucidatura puramente meccanica o chimica,

Ottene una planarizazione sia glubale sia lucale,

Produce superfici cù alta planarità è bassa rugosità,

Ùn lascia micca danni à a superficia o à u sottusuolu.

In dettagliu:

A cialda si move in relazione à u cuscinettu di lucidatura sottu pressione.

L'abrasivi à scala nanometrica (per esempiu, SiO₂) in a pasta participanu à u tagliu, indebulendu i legami covalenti Si-C è migliurendu a rimozione di materiale.

Tipi di tecniche CMP:

Lucidatura Abrasiva Libera: L'abrasivi (per esempiu, SiO₂) sò suspesi in una pasta. A rimuzione di u materiale si faci per mezu di l'abrasione à trè corpi (wafer-pad-abrasivu). A dimensione di l'abrasivu (tipicamente 60-200 nm), u pH è a temperatura devenu esse cuntrullati precisamente per migliurà l'uniformità.

Lucidatura Abrasiva Fissa: L'abrasivi sò integrati in u cuscinettu di lucidatura per impedisce l'agglomerazione, ideale per una trasfurmazione di alta precisione.

Pulizia dopu a lucidatura:

I wafers lucidati sò sottumessi à:

Pulizia chimica (cumprese l'acqua deionizzata è a rimuzione di residui di fanghi),

Risciacquu cù acqua DI, è

Asciugatura à azotu caldu

per minimizà i contaminanti superficiali.

Qualità è Prestazione di a Superficie

A rugosità superficiale pò esse ridutta à Ra < 0,3 nm, rispondendu à i requisiti di epitaxia di semiconduttori.

Planarizazione Globale: A cumbinazione di addulcimentu chimicu è rimozione meccanica riduce i graffi è l'incisione irregulare, superendu i metudi puramente meccanichi o chimichi.

Alta efficienza: Adatta per materiali duri è fragili cum'è SiC, cù velocità di rimozione di materiale superiori à 200 nm/h.

Altre tecniche di lucidatura emergenti

In più di CMP, sò stati pruposti metudi alternativi, cumpresi:

Lucidatura elettrochimica, lucidatura o incisione assistita da catalizzatore, è

Lucidatura tribochimica.

Tuttavia, sti metudi sò sempre in fase di ricerca è si sò sviluppati pianu pianu per via di e proprietà di u materiale difficiule di SiC.

In fine, a trasfurmazione di SiC hè un prucessu graduale di riduzione di a deformazione è di a rugosità per migliurà a qualità di a superficia, induve u cuntrollu di a planarità è di a rugosità sò critichi in ogni tappa.

Tecnulugia di trasfurmazione

Durante a fase di macinazione di e cialde, si usa una pasta di diamanti cù diverse dimensioni di particelle per macinà e cialde finu à a planarità è a rugosità superficiale richieste. Questu hè seguitu da a lucidatura, utilizendu tecniche di lucidatura meccanica è chimica (CMP) per pruduce cialde di carburo di siliciu (SiC) lucidate senza danni.

Dopu a lucidatura, i wafer di SiC sò sottumessi à un rigorosu cuntrollu di qualità cù strumenti cum'è microscopi ottici è diffrattometri à raggi X per assicurà chì tutti i parametri tecnichi rispettinu i standard richiesti. Infine, i wafer lucidati sò puliti cù agenti di pulizia specializati è acqua ultrapura per rimuovere i contaminanti di a superficia. Sò poi asciugati cù gasu d'azotu à purezza ultra elevata è asciugatrici rotanti, cumpletendu tuttu u prucessu di pruduzzione.

Dopu anni di sforzi, sò stati fatti progressi significativi in ​​a trasfurmazione di monocristalli SiC in Cina. À u livellu naziunale, sò stati sviluppati cù successu monocristalli 4H-SiC semi-isolanti drogati di 100 mm, è i monocristalli 4H-SiC è 6H-SiC di tipu n ponu esse prudutti in lotti. Cumpagnie cum'è TankeBlue è TYST anu digià sviluppatu monocristalli SiC di 150 mm.

In quantu à a tecnulugia di trasfurmazione di i wafer SiC, l'istituzioni naziunali anu esploratu preliminarmente e cundizioni di prucessu è e vie per u tagliu, a macinazione è a lucidatura di i cristalli. Sò capaci di pruduce campioni chì rispondenu basicamente à i requisiti per a fabricazione di dispositivi. Tuttavia, paragunatu à i standard internaziunali, a qualità di trasfurmazione di a superficia di i wafer naziunali hè sempre significativamente in ritardu. Ci sò parechji prublemi:

E teorie è e tecnulugie di trasfurmazione internaziunali di SiC sò strettamente prutette è micca facilmente accessibili.

Ci hè una mancanza di ricerca teorica è di sustegnu per u miglioramentu è l'ottimisazione di i prucessi.

U costu di l'importazione di attrezzature è cumpunenti stranieri hè altu.

A ricerca naziunale nantu à a cuncepzione di l'attrezzature, a precisione di trasfurmazione è i materiali mostra sempre lacune significative paragunate à i livelli internaziunali.

Attualmente, a maiò parte di i strumenti di alta precisione utilizati in Cina sò impurtati. L'attrezzatura è e metodologie di prova necessitanu ancu ulteriori miglioramenti.

Cù u sviluppu cuntinuu di semiconduttori di terza generazione, u diametru di i substrati monocristallini di SiC hè in costante crescita, accumpagnatu da esigenze più elevate per a qualità di trasfurmazione di a superficia. A tecnulugia di trasfurmazione di wafer hè diventata unu di i passi tecnicamente più difficili dopu a crescita di monocristalli di SiC.

Per affruntà e sfide esistenti in a trasfurmazione, hè essenziale studià più in prufundità i miccanismi implicati in u tagliu, a macinazione è a lucidatura, è esplorà metudi è percorsi di prucessu adatti per a fabricazione di wafer di SiC. À u listessu tempu, hè necessariu amparà da e tecnulugie di trasfurmazione internaziunali avanzate è aduttà tecniche è apparecchiature di machinazione di ultra precisione d'avanguardia per pruduce substrati di alta qualità.

Cù l'aumentu di a dimensione di e wafer, cresce ancu a difficultà di a crescita è di u trattamentu di i cristalli. Tuttavia, l'efficienza di fabricazione di i dispositivi à valle migliora significativamente, è u costu unitariu hè riduttu. Attualmente, i principali fornitori di wafer SiC in u mondu offrenu prudutti chì varianu da 4 pollici à 6 pollici di diametru. E cumpagnie principali cum'è Cree è II-VI anu digià cuminciatu à pianificà u sviluppu di linee di pruduzzione di wafer SiC da 8 pollici.