Yanayin da ake ciki a yanzu da kuma yanayin da ake ciki na Fasahar Sarrafa SiC Wafer

A matsayin kayan substrate na semiconductor na ƙarni na uku,silicon carbide (SiC)Kwalta ɗaya tana da fa'idodi masu yawa na amfani a cikin kera na'urorin lantarki masu yawan mita da ƙarfi. Fasahar sarrafawa ta SiC tana taka muhimmiyar rawa wajen samar da kayan substrate masu inganci. Wannan labarin ya gabatar da yanayin bincike na yanzu kan fasahar sarrafa SiC a China da ƙasashen waje, yana nazarin da kwatanta hanyoyin yankewa, niƙawa, da gogewa, da kuma yanayin da ake ciki na lanƙwasa da kuma rashin kyawun saman. Hakanan yana nuna ƙalubalen da ake fuskanta a sarrafa wafer na SiC kuma yana tattauna hanyoyin ci gaba na gaba.

Silikon carbide (SiC)Wafers muhimman kayan aiki ne na asali ga na'urorin semiconductor na ƙarni na uku kuma suna da matuƙar muhimmanci da yuwuwar kasuwa a fannoni kamar microelectronics, lantarki mai amfani da wutar lantarki, da hasken semiconductor. Saboda tsananin tauri da kwanciyar hankali na sinadaraiLu'ulu'u guda ɗaya na SiC, hanyoyin sarrafa semiconductor na gargajiya ba su dace da injin su gaba ɗaya ba. Duk da cewa kamfanoni da yawa na ƙasashen duniya sun gudanar da bincike mai zurfi kan sarrafa lu'ulu'u guda ɗaya na SiC masu wahalar sarrafawa ta hanyar fasaha, fasahar da ta dace ana kiyaye ta a sirri.

A cikin 'yan shekarun nan, kasar Sin ta kara himma wajen bunkasa kayan aiki da na'urori na SiC guda daya. Duk da haka, ci gaban fasahar na'urorin SiC a kasar a halin yanzu yana da iyaka saboda takaita fasahar sarrafawa da ingancin wafer. Saboda haka, yana da matukar muhimmanci ga kasar Sin ta inganta karfin sarrafa SiC don inganta ingancin kayan SiC guda daya da kuma cimma aikace-aikacensu na zahiri da kuma samar da su da yawa.

Manyan matakan sarrafawa sun haɗa da: yankewa → niƙa mai kauri → niƙa mai kyau → polishing mai kauri (polishing na injiniya) → polishing mai kyau (polishing na injiniya na sinadarai, CMP) → dubawa.

Yanke Lu'ulu'u Guda na SiC

A cikin sarrafaLu'ulu'u guda ɗaya na SiCyankewa shine mataki na farko kuma mai matuƙar muhimmanci. Bakan wafer, warp, da kuma bambancin kauri gaba ɗaya (TTV) wanda ya samo asali daga tsarin yankewa yana ƙayyade inganci da ingancin ayyukan niƙa da gogewa na gaba.

Ana iya rarraba kayan aikin yankewa ta hanyar siffa zuwa yanka na ciki na lu'u-lu'u (ID), yanka na waje (OD), yanka na band, da yanka na waya. Za a iya rarraba yanka na waya ta hanyar nau'in motsi zuwa tsarin waya mai juyawa da madauki (marasa iyaka). Dangane da tsarin yanke yanke na yanke yanke, ana iya raba dabarun yanke yanke na waya zuwa nau'i biyu: yanke waya mai cirewa kyauta da yanke waya mai cirewa.

1.1 Hanyoyin Yankewa na Gargajiya

Zurfin yankewar yankewar yankewar diamita ta waje (OD) yana iyakance ne da diamita na ruwan wukake. A lokacin yankewar, ruwan wukake yana da saurin girgiza da karkacewa, wanda ke haifar da ƙarar hayaniya mai yawa da rashin tauri. Ana amfani da yankewar diamita ta ciki (ID) a kan kewayen ruwan wukake a matsayin gefen yankewa. Waɗannan ruwan wukake na iya zama siriri kamar 0.2 mm. A lokacin yankewa, ruwan wukake na ID yana juyawa da sauri yayin da kayan da za a yanke ke motsawa a hankali dangane da tsakiyar ruwan wukake, yana cimma wannan aikin yankewa ta wannan motsi.

Yankunan yanke lu'u-lu'u suna buƙatar tsayawa akai-akai da juyawa, kuma saurin yankewa yana da ƙasa sosai - yawanci ba ya wuce mita 2/s. Hakanan suna fama da lalacewar injiniya mai yawa da tsadar kulawa. Saboda faɗin ruwan wukake, radius ɗin yankewa ba zai iya zama ƙanƙanta ba, kuma yankewa mai sassauƙa da yawa ba zai yiwu ba. Waɗannan kayan aikin yankewa na gargajiya suna da iyaka saboda taurin tushe kuma ba za su iya yin yanke mai lanƙwasa ba ko kuma suna da radius mai juyi mai iyaka. Suna da ikon yanke madaidaiciya kawai, samar da kerfs masu faɗi, suna da ƙarancin yawan amfanin ƙasa, don haka ba su dace da yankewa ba.Lu'ulu'u na SiC.

1.2 Yankan Wayoyi Masu Yanke Wayoyi Da Yawa Kyauta

Dabarar yanke waya mai sauƙin gogewa tana amfani da saurin motsi na wayar don ɗaukar slurry zuwa cikin kerf, wanda ke ba da damar cire kayan. Yawanci tana amfani da tsari mai kama da juna kuma a halin yanzu hanya ce mai girma kuma ana amfani da ita sosai don yankan silicon mai lu'ulu'u ɗaya mai inganci. Duk da haka, ba a yi nazarin aikace-aikacensa sosai ba a yanke SiC.

Sassan waya masu sassaka marasa lalacewa na iya sarrafa wafers masu kauri ƙasa da 300 μm. Suna ba da ƙarancin asarar kerf, ba kasafai suke haifar da tsatsa ba, kuma suna haifar da ingancin saman mai kyau. Duk da haka, saboda tsarin cire kayan - bisa ga birgima da shigar da abrasives - saman wafer yana haifar da babban matsin lamba na sauran abubuwa, ƙananan fasa, da kuma zurfin lalacewa. Wannan yana haifar da wafer warping, yana sa ya yi wuya a sarrafa daidaiton yanayin saman, kuma yana ƙara nauyi akan matakan sarrafawa na gaba.

Aikin yankewa yana da matuƙar tasiri daga slurry; yana da mahimmanci a kiyaye kaifi na abrasives da kuma yawan slurry ɗin. Maganin slurry da sake amfani da su yana da tsada. Lokacin yanke manyan ingots, abrasives suna da wahalar shiga zurfin kerfs da dogayen. A ƙarƙashin girman hatsi iri ɗaya, asarar kerf ya fi na saws ɗin waya masu kauri.

1.3 Yanke Waya Mai Rage Girman Lu'u-lu'u Mai Kafaffen Waya Mai Rage Girma

Ana yin yanka na waya mai goge lu'u-lu'u da aka gyara ta hanyar saka barbashin lu'u-lu'u a kan wani abu da aka yi da waya ta ƙarfe ta hanyar amfani da electroplating, sintering, ko hanyoyin haɗa resin. Yankan waya na lu'u-lu'u masu lantarki suna ba da fa'idodi kamar ƙananan kerfs, ingantaccen ingancin yanka, ingantaccen aiki, ƙarancin gurɓatawa, da kuma ikon yanke kayan da ke da tauri.

Hanyar yanka igiyar lu'u-lu'u mai kama da juna ita ce hanyar da aka fi amfani da ita wajen yanke SiC. Hoto na 1 (ba a nuna a nan ba) ta nuna lanƙwasa saman yanke igiyar SiC ta amfani da wannan dabarar. Yayin da yankewa ke ci gaba, warpage na wafer yana ƙaruwa. Wannan saboda yankin hulɗa tsakanin waya da kayan yana ƙaruwa yayin da wayar ke motsawa ƙasa, yana ƙara juriya da girgizar waya. Lokacin da wayar ta kai matsakaicin diamita na wafer, girgizar tana kan kololuwarta, wanda ke haifar da matsakaicin warpage.

A matakai na ƙarshe na yankewa, saboda wayar tana fuskantar hanzari, motsi mai ƙarfi, raguwa, tsayawa, da juyawa, tare da matsaloli wajen cire tarkace tare da mai sanyaya, ingancin saman wafer ɗin yana raguwa. Juyawa da saurin waya, da kuma manyan ƙwayoyin lu'u-lu'u a kan wayar, sune manyan abubuwan da ke haifar da karce saman.

1.4 Fasahar Rabuwa da Sanyi

Raba lu'ulu'u guda ɗaya na SiC cikin sanyi tsari ne mai ƙirƙira a fannin sarrafa kayan semiconductor na ƙarni na uku. A cikin 'yan shekarun nan, ya jawo hankali sosai saboda fa'idodinsa na musamman wajen inganta yawan amfanin ƙasa da rage asarar kayan. Ana iya nazarin fasahar daga fannoni uku: ƙa'idar aiki, kwararar tsari, da fa'idodin asali.

Kayyade Gabatarwar Crystal da Niƙa Diamita ta Waje: Kafin a sarrafa shi, dole ne a tantance yanayin lu'ulu'u na ingot na SiC. Daga nan sai a siffanta ingot ɗin zuwa silinda (wanda aka fi sani da SiC puck) ta hanyar niƙa diamita ta waje. Wannan matakin yana shimfida harsashin yankewa da yankewa a gaba.

Yanke Wayoyi Masu Yawa: Wannan hanyar tana amfani da barbashi masu gogewa tare da wayoyi masu yankewa don yanke ingot mai siffar silinda. Duk da haka, tana fama da asarar kerf mai yawa da matsalolin rashin daidaito a saman.

Fasahar Yanke Laser: Ana amfani da laser don samar da wani tsari da aka gyara a cikin lu'ulu'u, wanda za a iya cire siririn yanka daga ciki. Wannan hanyar tana rage asarar kayan aiki kuma tana haɓaka ingancin sarrafawa, wanda hakan ya sa ta zama sabuwar hanya mai kyau don yanke SiC wafer.

Inganta Tsarin Yankewa

Gyaran Yanke Wayoyi Masu Sauƙi: Wannan ita ce babbar fasahar zamani, wacce ta dace da halayen tauri na SiC.

Injin Fitar da Wutar Lantarki (EDM) da Fasahar Raba Sanyi: Waɗannan hanyoyin suna ba da mafita iri-iri da aka tsara bisa ga takamaiman buƙatu.

Tsarin Gogewa: Yana da mahimmanci a daidaita yawan cire kayan da lalacewar saman. Ana amfani da Gogewa ta Injin Kemikal (CMP) don inganta daidaiton saman.

Kulawa a Lokaci-lokaci: Ana gabatar da fasahar dubawa ta yanar gizo don sa ido kan rashin kyawun yanayin saman a ainihin lokaci.

Yankan Laser: Wannan dabarar tana rage asarar kerf kuma tana rage zagayowar sarrafawa, kodayake yankin da abin ya shafa na zafi har yanzu yana da ƙalubale.

Fasahar Sarrafa Haɗaɗɗiya: Haɗa hanyoyin injiniya da sinadarai yana ƙara ingancin sarrafawa.

Wannan fasaha ta riga ta cimma aikace-aikacen masana'antu. Misali, Infineon ta sami SILTECTRA kuma yanzu tana da manyan haƙƙin mallaka waɗanda ke tallafawa samar da wafers masu inci 8. A China, kamfanoni kamar Delong Laser sun sami ingantaccen fitarwa na wafers 30 a kowace ingot don sarrafa wafer mai inci 6, wanda ke wakiltar ci gaba da kashi 40% fiye da hanyoyin gargajiya.

Yayin da ƙera kayan aiki na cikin gida ke ƙaruwa, ana sa ran wannan fasaha za ta zama babbar hanyar sarrafa substrate na SiC. Tare da ƙaruwar diamita na kayan semiconductor, hanyoyin yankewa na gargajiya sun zama na daɗe. Daga cikin zaɓuɓɓukan da ake da su a yanzu, fasahar yanke waya ta lu'u-lu'u da ke nuna mafi kyawun damar amfani. Yanke Laser, a matsayin wata dabara mai tasowa, yana ba da fa'idodi masu yawa kuma ana sa ran zai zama babbar hanyar yankewa a nan gaba.

2,SiC Single Crystal Nika

A matsayinsa na wakilin semiconductors na ƙarni na uku, silicon carbide (SiC) yana ba da fa'idodi masu mahimmanci saboda faɗin bandgap ɗinsa, babban filin lantarki mai lalacewa, saurin juyewar electron mai yawa, da kuma kyakkyawan yanayin zafi. Waɗannan kaddarorin suna sa SiC ya zama mai fa'ida musamman a aikace-aikacen wutar lantarki mai ƙarfi (misali, muhallin 1200V). Fasahar sarrafawa don substrates na SiC muhimmin ɓangare ne na ƙera na'urori. Ingancin saman da daidaiton substrates kai tsaye yana shafar ingancin Layer na epitaxial da aikin na'urar ƙarshe.

Babban manufar niƙawa ita ce a cire alamun yankewa da lalacewar da aka samu yayin yankawa, da kuma gyara lalacewar da tsarin yankewa ya haifar. Ganin tsananin taurin SiC, niƙa yana buƙatar amfani da mayukan gogewa masu tauri kamar boron carbide ko lu'u-lu'u. Niƙawa ta al'ada yawanci ana raba ta zuwa niƙa mai kauri da niƙa mai laushi.

2.1 Nika Mai Tsauri da Kyau

Ana iya rarraba niƙa bisa ga girman barbashi mai abrasive:

Niƙa mai kauri: Yana amfani da manyan goge-goge musamman don cire alamun yanke da lalacewar yadudduka da aka samu yayin yanka, wanda hakan ke inganta ingancin sarrafawa.

Niƙa Mai Kyau: Yana amfani da ƙanan gogewa don cire layin lalacewa da niƙa mai kauri ya bari, rage ƙaiƙayin saman, da kuma inganta ingancin saman.

Yawancin masana'antun SiC substrate na cikin gida suna amfani da manyan hanyoyin samarwa. Hanya ta gama gari ta ƙunshi niƙa mai gefe biyu ta amfani da farantin ƙarfe da aka yi da siminti da kuma lu'u-lu'u mai kama da monocrystalline. Wannan tsari yana cire layin lalacewa da ya rage ta hanyar yanke waya, yana gyara siffar wafer, kuma yana rage TTV (Bambancin Kauri Gabaɗaya), Bow, da Warp. Yawan cire kayan yana da ƙarfi, yawanci yana kaiwa 0.8–1.2 μm/min. Duk da haka, saman wafer da aka samu yana da matte tare da kauri mai yawa - yawanci kusan 50 nm - wanda ke haifar da buƙatu mafi girma akan matakan gogewa na gaba.

2.2 Nika Mai Gefe Guda Ɗaya

Niƙa mai gefe ɗaya yana sarrafa gefen ɗaya na wafer a lokaci guda. A lokacin wannan aikin, ana ɗora wafer ɗin da kakin zuma a kan farantin ƙarfe. A ƙarƙashin matsin lamba da aka yi amfani da shi, substrate ɗin yana fuskantar ɗan lalacewa, kuma saman saman ya faɗi. Bayan niƙa, ana daidaita saman ƙasa. Lokacin da aka cire matsin, saman saman yana iya murmurewa zuwa siffarsa ta asali, wanda kuma yana shafar saman ƙasa da aka riga aka yi amfani da shi - yana sa ɓangarorin biyu su karkace kuma su lalace cikin lanƙwasa.

Bugu da ƙari, farantin niƙa zai iya zama mai lanƙwasa cikin ɗan gajeren lokaci, wanda hakan zai sa wafer ɗin ya zama mai lanƙwasa. Don kiyaye lanƙwasa farantin, ana buƙatar miya akai-akai. Saboda ƙarancin inganci da rashin kyawun wafer, niƙa mai gefe ɗaya bai dace da yawan samarwa ba.

Yawanci, ana amfani da ƙafafun niƙa #8000 don niƙa mai kyau. A Japan, wannan tsari yana da ɗan girma kuma har ma yana amfani da ƙafafun gogewa #30000. Wannan yana ba da damar ƙaiƙayin saman wafers ɗin da aka sarrafa ya kai ƙasa da nm 2, yana sa wafers ɗin su kasance a shirye don CMP na ƙarshe (Sinadari Mai Tsaftace Injin) ba tare da ƙarin sarrafawa ba.

2.3 Fasahar rage kiba ta gefe ɗaya

Fasahar Rage Gefen Diamond sabuwar hanya ce ta niƙa gefe ɗaya. Kamar yadda aka nuna a Hoto na 5 (ba a nuna a nan ba), tsarin yana amfani da farantin niƙa mai ɗaure da lu'u-lu'u. Ana gyara wafer ɗin ta hanyar shaƙar injin, yayin da wafer ɗin da ƙafafun niƙa lu'u-lu'u ke juyawa a lokaci guda. Tayar niƙa a hankali tana motsawa ƙasa don rage wafer ɗin zuwa kauri da aka nufa. Bayan an gama gefe ɗaya, ana juya wafer ɗin don sarrafa ɗayan gefen.

Bayan sirara, wafer mai girman mm 100 zai iya cimma:

Baka < 5 μm

Talabijin mai karɓar talabijin < 2 μm

Tsananin saman < 1 nm

Wannan hanyar sarrafa wafer guda ɗaya tana ba da kwanciyar hankali mai kyau, daidaito mai kyau, da kuma yawan cire kayan. Idan aka kwatanta da niƙa mai gefe biyu na yau da kullun, wannan dabarar tana inganta ingancin niƙa da sama da kashi 50%.

2.4 Nika Mai Gefe Biyu

Niƙa mai gefe biyu yana amfani da farantin niƙa na sama da na ƙasa don niƙa ɓangarorin biyu na substrate a lokaci guda, yana tabbatar da ingancin saman a ɓangarorin biyu.

A lokacin aikin, faranti na niƙa da farko suna matsa lamba zuwa mafi girman wuraren aikin, wanda ke haifar da nakasa da kuma cire kayan a hankali a waɗannan wuraren. Yayin da aka daidaita manyan wuraren, matsin lamba a kan substrate ɗin a hankali yana ƙara zama iri ɗaya, wanda ke haifar da nakasa mai daidaito a duk faɗin saman. Wannan yana ba da damar a niƙa saman sama da ƙasa a daidai gwargwado. Da zarar an gama niƙa kuma an saki matsin lambar, kowane ɓangare na substrate ɗin yana murmurewa daidai gwargwado saboda matsin lamba iri ɗaya da ya fuskanta. Wannan yana haifar da ƙarancin karkacewa da kyakkyawan lanƙwasa.

Ƙarfin saman wafer bayan niƙa ya dogara da girman barbashi mai gogewa - ƙananan barbashi suna samar da saman laushi. Lokacin amfani da abrasives na 5 μm don niƙa mai gefe biyu, ana iya sarrafa lanƙwasa da bambancin kauri na wafer cikin 5 μm. Ma'aunin Atomic Force Microscopy (AFM) yana nuna ƙarfin saman (Rq) na kimanin 100 nm, tare da ramukan niƙa har zuwa zurfin 380 nm da alamun layi da ake iya gani sakamakon aikin abrasive.

Hanya mafi ci gaba ta ƙunshi niƙa mai gefe biyu ta amfani da kumfa mai polyurethane tare da polycrystalline lu'u-lu'u slurry. Wannan tsari yana samar da wafers masu ƙarancin kauri a saman, wanda ke kaiwa ga Ra < 3 nm, wanda ke da matuƙar amfani ga gogewar substrates na SiC.

Duk da haka, goge saman har yanzu ba a warware matsalar ba. Bugu da ƙari, lu'u-lu'u mai siffar polycrystalline da ake amfani da shi a wannan tsari ana samar da shi ta hanyar haɗa abubuwa masu fashewa, wanda ke da ƙalubale a fasaha, yana samar da ƙarancin adadi, kuma yana da tsada sosai.

Goge lu'ulu'u guda ɗaya na SiC

Domin samun kyakkyawan saman da aka goge a kan wafers ɗin silicon carbide (SiC), gogewa dole ne a cire ramukan niƙa da kuma ɗumamar saman sikelin nanometer gaba ɗaya. Manufar ita ce a samar da santsi, ba tare da lahani ba, ba tare da gurɓatawa ko lalacewa ba, ba tare da lalacewar ƙasa ba, ba tare da kuma damuwa a saman da ya rage ba.

3.1 Goge Inji da CMP na Wafers na SiC

Bayan girman ingot guda ɗaya na SiC, lahani a saman yana hana amfani da shi kai tsaye don girma a cikin epitaxial. Saboda haka, ana buƙatar ƙarin sarrafawa. Da farko ana siffanta ingot ɗin zuwa siffa mai silinda ta hanyar zagaye, sannan a yanka shi zuwa wafers ta amfani da yanke waya, sannan a bi shi da tabbatar da yanayin kristal. Gogewa muhimmin mataki ne na inganta ingancin wafer, magance yiwuwar lalacewar saman da lahani na girma da matakan sarrafawa na baya suka haifar.

Akwai manyan hanyoyi guda huɗu don cire yadudduka masu lalacewa a saman SiC:

Gogewar injina: Mai sauƙi amma yana barin ƙage; ya dace da gogewa ta farko.

Gilashin Injin Kemikal (CMP): Yana cire ƙaiƙayi ta hanyar goge sinadarai; ya dace da gogewa daidai.

Sassaka hydrogen: Yana buƙatar kayan aiki masu rikitarwa, waɗanda aka saba amfani da su a cikin hanyoyin HTCVD.

Gyaran fata ta hanyar amfani da plasma: Mai rikitarwa kuma ba kasafai ake amfani da shi ba.

Gogewa ta hanyar injina kawai yakan haifar da ƙaiƙayi, yayin da gogewa ta hanyar sinadarai kawai zai iya haifar da rashin daidaiton gogewa. CMP ya haɗa fa'idodi biyu kuma yana ba da mafita mai inganci da araha.

Ka'idar Aiki ta CMP

CMP yana aiki ta hanyar juya wafer ɗin a ƙarƙashin matsin lamba da aka saita akan kushin gogewa mai juyawa. Wannan motsi na dangi, tare da gogewar injiniya daga abrasives masu girman nano a cikin slurry da kuma aikin sinadarai na wakilai masu amsawa, yana cimma daidaiton saman.

Muhimman kayan da aka yi amfani da su:

Gogewar gyada: Ya ƙunshi abubuwan gogewa da sinadarai masu guba.

Kushin gogewa: Yana lalacewa yayin amfani, yana rage girman ramuka da kuma ingancin isar da ruwa. Ana buƙatar yin miya akai-akai, yawanci amfani da kayan ado na lu'u-lu'u, don dawo da ƙazanta.

Tsarin CMP na yau da kullun

Mai laushi: 0.5 μm lu'u-lu'u slurry

Ƙarfin saman da aka yi niyya: ~0.7 nm

Sarrafa Injin Kemikal:

Kayan aikin gogewa: Na'urar gogewa mai gefe ɗaya ta AP-810

Matsi: 200 g/cm²

Saurin farantin: 50 rpm

Saurin riƙewa na yumbu: 38 rpm

Haɗin slurry:

SiO₂ (30% wt, pH = 10.15)

0–70 wt% H₂O₂ (30 wt%, matakin reagent)

Daidaita pH zuwa 8.5 ta amfani da 5 wt% KOH da 1 wt% HNO₃

Yawan kwararar ruwa: L3/min, an sake zagayawa

Wannan tsari yana inganta ingancin SiC wafer yadda ya kamata kuma yana cika buƙatun hanyoyin da ke ƙasa.

Kalubalen Fasaha a Aikin Gyaran Inji

SiC, a matsayin wani babban na'urar semiconductor mai faɗi, tana taka muhimmiyar rawa a masana'antar lantarki. Tare da kyawawan halaye na zahiri da sinadarai, lu'ulu'u guda ɗaya na SiC sun dace da yanayi mai tsauri, kamar yanayin zafi mai yawa, yawan mita, ƙarfin lantarki mai yawa, da juriya ga radiation. Duk da haka, yanayinsa mai tauri da rauni yana haifar da manyan ƙalubale don niƙa da gogewa.

Yayin da manyan masana'antun duniya ke sauyawa daga inci 6 zuwa inci 8, matsaloli kamar fashewa da lalacewar wafer yayin sarrafawa sun fi bayyana, wanda hakan ke shafar yawan amfanin ƙasa sosai. Magance ƙalubalen fasaha na substrates SiC mai inci 8 yanzu babban ma'auni ne ga ci gaban masana'antar.

A zamanin inci 8, sarrafa wafer na SiC yana fuskantar ƙalubale da yawa:

Tsarin wafer yana da mahimmanci don ƙara yawan guntu a kowace rukuni, rage asarar gefuna, da rage farashin samarwa - musamman idan aka yi la'akari da ƙaruwar buƙata a aikace-aikacen motocin lantarki.

Duk da cewa girman lu'ulu'u guda ɗaya na SiC mai inci 8 ya girma, hanyoyin da ake amfani da su a baya kamar niƙa da gogewa har yanzu suna fuskantar matsaloli, wanda ke haifar da ƙarancin yawan amfanin ƙasa (kashi 40-50%).

Manyan wafers suna fuskantar rarrabuwar matsi mai rikitarwa, wanda ke ƙara wahalar sarrafa damuwa da daidaiton yawan amfanin ƙasa.

Duk da cewa kauri na wafers mai inci 8 yana kusa da na wafers mai inci 6, suna da saurin lalacewa yayin sarrafawa saboda damuwa da karkacewa.

Domin rage damuwa da ke tattare da yankewa, warpage, da kuma fashewa, ana ƙara amfani da yanke laser. Duk da haka:

Na'urorin laser masu tsayin zango suna haifar da lalacewar zafi.

Na'urorin laser masu gajeren zango suna samar da tarkace masu yawa kuma suna zurfafa layin lalacewar, wanda ke ƙara sarkakiyar gogewa.

Tsarin aikin goge injina don SiC

Tsarin aikin gabaɗaya ya haɗa da:

Yankewa a kan hanyar sadarwa

Nika mai kauri

Nika mai kyau

Goge injina

Gina Kayan Aikin Injin (CMP) a matsayin mataki na ƙarshe

Zaɓin hanyar CMP, ƙirar hanyar sarrafawa, da inganta sigogi suna da matuƙar muhimmanci. A cikin kera semiconductor, CMP shine matakin da ke tantance samar da wafers na SiC tare da saman da ba su da lahani, masu santsi, kuma marasa lalacewa, waɗanda suke da mahimmanci don haɓakar epitaxial mai inganci.

(a) Cire ingot ɗin SiC daga cikin bututun;

(b) Yi siffa ta farko ta amfani da niƙa mai diamita na waje;

(c) Ƙayyade yanayin lu'ulu'u ta amfani da layukan da aka daidaita ko kuma ginshiƙai;

(d) Yanka ingot ɗin zuwa siririn wafers ta amfani da yanke waya da yawa;

(e) Samu santsi kamar madubi ta hanyar niƙa da gogewa.

Bayan kammala jerin matakan sarrafawa, gefen waje na wafer ɗin SiC yakan zama mai kaifi, wanda ke ƙara haɗarin guntuwar abu yayin sarrafawa ko amfani. Don guje wa irin wannan rauni, ana buƙatar niƙa gefen.

Baya ga tsarin yanka na gargajiya, wata sabuwar hanya ta shirya wafers na SiC ta ƙunshi fasahar haɗawa. Wannan hanyar tana ba da damar ƙera wafer ta hanyar haɗa siririn layin SiC guda ɗaya zuwa wani abu daban-daban (wanda ke tallafawa substrate).

Hoto na 3 yana nuna yadda tsarin yake gudana:

Da farko, ana samar da wani Layer na delamination a wani takamaiman zurfin saman silinda guda ɗaya na SiC ta hanyar dasa hydrogen ion ko makamancin haka. Sannan ana haɗa silinda guda ɗaya da aka sarrafa na SiC zuwa wani lebur mai tallafi kuma ana sanya shi cikin matsin lamba da zafi. Wannan yana ba da damar canja wurin da raba silinda guda ɗaya na SiC akan silinda mai tallafi cikin nasara.

Ana yin gyaran saman Layer na SiC da aka raba don cimma daidaiton da ake buƙata kuma ana iya sake amfani da shi a cikin hanyoyin haɗin gwiwa na gaba. Idan aka kwatanta da yanka lu'ulu'u na SiC na gargajiya, wannan dabarar tana rage buƙatar kayan aiki masu tsada. Duk da cewa ƙalubalen fasaha suna nan, bincike da haɓakawa suna ci gaba da haɓaka don ba da damar samar da wafer mai rahusa.

Ganin yawan tauri da kuma daidaiton sinadarai na SiC—wanda ke sa ya yi tsayayya da halayen da ake samu a zafin ɗaki—ana buƙatar gogewa ta hanyar injiniya don cire ramukan niƙa masu kyau, rage lalacewar saman, kawar da ƙaiƙayi, raunin ramuka, da lahani na bawon lemu, rage ƙaiƙayin saman, inganta lanƙwasa, da kuma inganta ingancin saman.

Don samun kyakkyawan surface mai kyau, dole ne a bi waɗannan ƙa'idodi:

Daidaita nau'ikan abrasive,

Rage girman barbashi,

Inganta sigogin tsari,

Zaɓi kayan gogewa da kushin da suka dace da tauri.

Siffa ta 7 ta nuna cewa gogewa mai gefe biyu tare da gogewa mai girman μm 1 na iya sarrafa lanƙwasa da bambancin kauri a cikin μm 10, da kuma rage kauri a saman zuwa kusan 0.25 nm.

3.2 Goge Injinan Sinadarai (CMP)

Man shafawa na Chemical Mechanical Polishing (CMP) yana haɗa ɓarnar barbashi mai kyau da kuma etching na sinadarai don samar da santsi mai faɗi a kan kayan da ake sarrafawa. Babban ƙa'idar ita ce:

Wani abu mai kama da sinadarai yana faruwa tsakanin sinadarin gogewa da kuma saman wafer, wanda hakan ke samar da wani laushi mai laushi.

Gogayya tsakanin barbashi masu gogewa da kuma laushin Layer yana cire kayan.

Fa'idodin CMP:

Yana shawo kan matsalolin gogewa ta injiniyanci ko ta sinadarai kawai,

Yana cimma daidaito tsakanin tsarin duniya da na gida,

Yana samar da saman da ke da faɗi sosai da ƙarancin kauri,

Ba ya barin wani lahani a saman ko ƙasa.

Cikakkun bayanai:

Wafer ɗin yana motsawa idan aka kwatanta da kushin gogewa idan aka matsa.

Abubuwan da ke lalata sikelin nanometer (misali, SiO₂) a cikin slurry suna shiga cikin yankewa, raunana haɗin haɗin Si–C da haɓaka cire kayan.

Nau'ikan Dabaru na CMP:

Gogewa Mai Kyau: Ana dakatar da gogewar abubuwa (misali, SiO₂) a cikin slurry. Cire kayan yana faruwa ta hanyar gogewar jiki uku (wafer-pad-abrasive). Dole ne a daidaita girman gogewar (yawanci 60-200 nm), pH, da zafin jiki daidai don inganta daidaito.

Gyaran ...

Tsaftacewa Bayan gogewa:

Ana yin wafers masu laushi:

Tsaftace sinadarai (gami da ruwan DI da cire ragowar slurry),

Kurkurewar ruwa ta DI, da kuma

Busar da sinadarin nitrogen mai zafi

don rage gurɓatattun abubuwa a saman.

Ingancin Fuskar da Aiki

Za a iya rage taurin saman zuwa Ra < 0.3 nm, wanda zai cika buƙatun epitaxy na semiconductor.

Tsarin Duniya: Haɗin tausasa sinadarai da cirewa na inji yana rage karce da rashin daidaituwa, yana yin aiki mafi kyau ta hanyoyin injiniya ko na sinadarai.

Babban Inganci: Ya dace da kayan aiki masu tauri da karyewa kamar SiC, tare da ƙimar cire kayan sama da 200 nm/h.

Sauran Dabaru Masu Haɓaka Gogewa

Baya ga CMP, an gabatar da wasu hanyoyin, ciki har da:

gogewar lantarki, gogewa ko gyaran da aka taimaka wa mai gyaran fuska, da kuma

Gyaran Tribochemical.

Duk da haka, waɗannan hanyoyin har yanzu suna cikin matakin bincike kuma sun ci gaba a hankali saboda ƙalubalen kayan SiC.

A ƙarshe, sarrafa SiC tsari ne na rage warpage da kauri a hankali don inganta ingancin saman, inda lanƙwasa da sarrafa kauri suke da mahimmanci a duk tsawon kowane mataki.

Fasahar Sarrafawa

A lokacin niƙa wafer, ana amfani da lu'u-lu'u mai girman barbashi daban-daban don niƙa wafer ɗin zuwa ga lanƙwasa da kuma ƙaiƙayin saman da ake buƙata. Bayan haka, sai a goge shi, ta amfani da dabarun injina da sinadarai (CMP) don samar da wafers ɗin silicon carbide (SiC) marasa lalacewa.

Bayan an goge su, ana yin gwajin inganci mai ƙarfi ta amfani da kayan aiki kamar na'urorin hangen nesa na gani da na'urorin hangen nesa na X-ray don tabbatar da cewa duk sigogin fasaha sun cika ƙa'idodin da ake buƙata. A ƙarshe, ana tsaftace wafers ɗin da aka goge ta amfani da kayan tsaftacewa na musamman da ruwa mai tsarki don cire gurɓatattun abubuwa a saman. Sannan ana busar da su ta amfani da iskar nitrogen mai tsarki da na'urorin busar da su, wanda ke kammala dukkan aikin samarwa.

Bayan shekaru da dama na ƙoƙari, an sami ci gaba mai yawa a fannin sarrafa lu'ulu'u guda ɗaya na SiC a cikin ƙasar Sin. A cikin gida, an sami nasarar ƙirƙirar lu'ulu'u guda ɗaya masu rufi da ƙarfe 100 mm, kuma yanzu ana iya samar da lu'ulu'u guda ɗaya na n-type 4H-SiC da 6H-SiC a cikin rukuni-rukuni. Kamfanoni kamar TankeBlue da TYST sun riga sun ƙera lu'ulu'u guda ɗaya na SiC guda 150 mm.

Dangane da fasahar sarrafa wafer na SiC, cibiyoyin cikin gida sun fara bincika yanayin tsari da hanyoyin yanka lu'ulu'u, niƙa, da gogewa. Suna da ikon samar da samfuran da suka cika buƙatun ƙera na'urori. Duk da haka, idan aka kwatanta da ƙa'idodin ƙasashen duniya, ingancin sarrafa saman wafers na cikin gida har yanzu yana ƙasa sosai. Akwai matsaloli da yawa:

Ka'idojin SiC na duniya da fasahar sarrafawa suna da kariya sosai kuma ba a samun su cikin sauƙi.

Akwai rashin bincike na ka'ida da kuma goyon bayan inganta tsarin aiki da inganta shi.

Kudin shigo da kayan aiki da kayan haɗin waje yana da yawa.

Binciken cikin gida kan ƙirar kayan aiki, daidaiton sarrafawa, da kayan aiki har yanzu yana nuna gibi mai yawa idan aka kwatanta da matakan ƙasashen duniya.

A halin yanzu, yawancin kayan aikin da aka yi amfani da su a China ana shigo da su ne daga ƙasashen waje. Kayan aikin gwaji da hanyoyin aiki suma suna buƙatar ƙarin ci gaba.

Tare da ci gaba da haɓaka semiconductors na ƙarni na uku, diamita na substrates guda ɗaya na SiC yana ƙaruwa akai-akai, tare da ƙarin buƙatu don ingancin sarrafa saman. Fasahar sarrafa Wafer ta zama ɗaya daga cikin matakan fasaha mafi ƙalubale bayan haɓakar lu'ulu'u guda ɗaya na SiC.

Domin magance ƙalubalen da ake fuskanta wajen sarrafa kayan, yana da matuƙar muhimmanci a ƙara nazarin hanyoyin da ake amfani da su wajen yankewa, niƙawa, da gogewa, da kuma bincika hanyoyin da suka dace don ƙera wafer ɗin SiC. A lokaci guda kuma, ya zama dole a koyi daga fasahohin sarrafa kayan duniya na zamani da kuma amfani da dabarun sarrafa kayan aiki na zamani da kayan aiki don samar da ingantattun abubuwa.

Yayin da girman wafer ke ƙaruwa, wahalar girma da sarrafa lu'ulu'u ma yana ƙaruwa. Duk da haka, ingancin kera na'urorin da ke ƙasa yana inganta sosai, kuma farashin na'urar ya ragu. A halin yanzu, manyan masu samar da wafer SiC a duk duniya suna ba da kayayyaki daga inci 4 zuwa inci 6 a diamita. Manyan kamfanoni kamar Cree da II-VI sun riga sun fara shirin haɓaka layukan samar da wafer SiC mai inci 8.