Aktuální stav a trendy technologie zpracování SiC destiček

Jako substrátový materiál polovodičů třetí generace,karbid křemíku (SiC)Monokrystaly mají široké uplatnění při výrobě vysokofrekvenčních a výkonných elektronických součástek. Technologie zpracování SiC hraje rozhodující roli ve výrobě vysoce kvalitních substrátových materiálů. Tento článek představuje současný stav výzkumu technologií zpracování SiC v Číně i v zahraničí, analyzuje a porovnává mechanismy procesů řezání, broušení a leštění, jakož i trendy v rovinnosti a drsnosti povrchu destiček. Poukazuje také na stávající výzvy ve zpracování destiček SiC a diskutuje budoucí směry vývoje.

Karbid křemíku (SiC)Destičky jsou klíčovými základními materiály pro polovodičová zařízení třetí generace a mají značný význam a tržní potenciál v oblastech, jako je mikroelektronika, výkonová elektronika a polovodičové osvětlení. Vzhledem k extrémně vysoké tvrdosti a chemické stabilitěMonokrystaly SiCTradiční metody zpracování polovodičů nejsou pro jejich obrábění zcela vhodné. Přestože mnoho mezinárodních společností provedlo rozsáhlý výzkum technicky náročného zpracování monokrystalů SiC, příslušné technologie jsou přísně důvěrné.

V posledních letech Čína zvýšila úsilí ve vývoji monokrystalických materiálů a součástek na bázi SiC. Pokrok v technologii SiC součástek v zemi je však v současné době omezen omezeními v technologiích zpracování a kvalitě destiček. Proto je pro Čínu nezbytné zlepšit kapacity pro zpracování SiC, aby se zvýšila kvalita monokrystalických substrátů SiC a dosáhlo se jejich praktického využití a hromadné výroby.

Hlavní kroky zpracování zahrnují: řezání → hrubé broušení → jemné broušení → hrubé leštění (mechanické leštění) → jemné leštění (chemicko-mechanické leštění, CMP) → kontrola.

Řezání monokrystalů SiC

Při zpracováníMonokrystaly SiCŘezání je prvním a velmi kritickým krokem. Prohnutí, deformace a celková tloušťková variabilita (TTV) destičky, které jsou výsledkem procesu řezání, určují kvalitu a efektivitu následných broušení a leštění.

Řezné nástroje lze podle tvaru rozdělit na diamantové pily s vnitřním průměrem (ID), pily s vnějším průměrem (OD), pásové pily a drátové pily. Drátové pily lze zase podle typu pohybu rozdělit na vratné a smyčkové (nekonečné) drátové systémy. Na základě řezného mechanismu abraziva lze techniky řezání drátovou pilou rozdělit na dva typy: řezání volným abrazivním drátem a řezání diamantovým drátem s pevným abrazivem.

1.1 Tradiční metody řezání

Hloubka řezu u pil s vnějším průměrem (OD) je omezena průměrem kotouče. Během řezání je kotouč náchylný k vibracím a vychylování, což má za následek vysokou hladinu hluku a nízkou tuhost. Pily s vnitřním průměrem (ID) používají jako řeznou hranu diamantové abrazivní materiály na vnitřním obvodu kotouče. Tyto kotouče mohou mít tloušťku až 0,2 mm. Během řezání se kotouč s vnitřním průměrem otáčí vysokou rychlostí, zatímco řezaný materiál se radiálně pohybuje vzhledem ke středu kotouče, čímž se dosahuje řezání tímto relativním pohybem.

Diamantové pásové pily vyžadují časté zastavování a otáčení a řezná rychlost je velmi nízká – obvykle nepřesahuje 2 m/s. Trpí také značným mechanickým opotřebením a vysokými náklady na údržbu. Vzhledem k šířce pilového kotouče nemůže být poloměr řezu příliš malý a vícevrstvé řezání není možné. Tyto tradiční pily jsou omezeny tuhostí základny a nemohou provádět zakřivené řezy ani mají omezené poloměry otáčení. Jsou schopny pouze rovných řezů, vytvářejí široké řezy, mají nízkou míru kluzu, a proto nejsou vhodné pro řezání.Krystaly SiC.

1.2 Vícedrátové řezání s volnou abrazivní drátovou pilou

Technika řezání drátovou pilou s volným abrazivem využívá rychlý pohyb drátu k unášení suspenze do řezné spáry, což umožňuje odstraňování materiálu. Primárně využívá vratnou strukturu a v současné době je vyspělou a široce používanou metodou pro efektivní řezání více destiček monokrystalického křemíku. Její použití v řezání SiC však bylo méně rozsáhle studováno.

Drátové pily s volným abrazivem mohou zpracovávat destičky o tloušťce menší než 300 μm. Nabízejí nízké ztráty v řezné spárě, zřídka způsobují odštípnutí a vedou k relativně dobré kvalitě povrchu. Nicméně kvůli mechanismu úběru materiálu – založenému na válcování a vtlačování abraziv – má povrch destičky tendenci vyvíjet značné zbytkové napětí, mikrotrhliny a hlubší vrstvy poškození. To vede k deformaci destičky, ztěžuje kontrolu přesnosti profilu povrchu a zvyšuje zátěž v následných krocích zpracování.

Řezný výkon je silně ovlivněn kalovou směsí; je nutné udržovat ostrost abraziv a koncentraci kalové směsi. Úprava a recyklace kalové směsi jsou nákladné. Při řezání velkých ingotů mají abraziva obtíže s pronikáním do hlubokých a dlouhých řezných řezů. Při stejné velikosti brusného zrna je ztráta řezné řezné řezy větší než u drátových pil s pevným brusným kotoučem.

1.3 Pevná abrazivní diamantová drátová pila Vícedrátové řezání

Diamantové lanové pily s pevným abrazivním povrchem se obvykle vyrábějí zabudováním diamantových částic do ocelového drátěného substrátu galvanickým pokovováním, spékáním nebo lepením pryskyřicí. Galvanicky pokovené diamantové lanové pily nabízejí výhody, jako jsou užší řezné spáry, lepší kvalita řezu, vyšší účinnost, nižší kontaminace a schopnost řezat materiály s vysokou tvrdostí.

Vratná galvanicky pokovená diamantová drátová pila je v současnosti nejpoužívanější metodou pro řezání SiC. Obrázek 1 (zde není zobrazen) znázorňuje rovinnost povrchu SiC destiček řezaných touto technikou. S postupem řezání se deformace destičky zvětšuje. Je to proto, že kontaktní plocha mezi drátem a materiálem se zvětšuje s pohybem drátu směrem dolů, což zvyšuje odpor a vibrace drátu. Když drát dosáhne maximálního průměru destičky, vibrace jsou na vrcholu, což má za následek maximální deformaci.

V pozdějších fázích řezání se v důsledku zrychlování, pohybu s konstantní rychlostí, zpomalování, zastavování a reverzace drátu a také obtíží s odstraňováním nečistot chladicí kapalinou zhoršuje kvalita povrchu destičky. Reverzace drátu a kolísání rychlosti, stejně jako velké diamantové částice na drátu, jsou hlavními příčinami poškrábání povrchu.

1.4 Technologie studené separace

Studená separace monokrystalů SiC je inovativní proces v oblasti zpracování polovodičových materiálů třetí generace. V posledních letech přitahuje značnou pozornost díky svým významným výhodám ve zvyšování výtěžnosti a snižování ztrát materiálu. Technologii lze analyzovat ze tří hledisek: princip fungování, procesní postup a základní výhody.

Stanovení orientace krystalů a broušení vnějšího průměru: Před zpracováním je nutné určit orientaci krystalů ingotu SiC. Ingot se poté broušením vnějšího průměru tvaruje do válcové struktury (běžně nazývané SiC puk). Tento krok pokládá základ pro následné směrové řezání a krájení.

Vícedrátové řezání: Tato metoda využívá abrazivní částice v kombinaci s řeznými dráty k řezání válcového ingotu. Trpí však značnými ztrátami v řezné spárě a problémy s nerovnostmi povrchu.

Technologie laserového řezání: Laser se používá k vytvoření modifikované vrstvy uvnitř krystalu, ze které lze oddělit tenké plátky. Tento přístup snižuje ztráty materiálu a zvyšuje efektivitu zpracování, což z něj činí slibný nový směr řezání SiC destiček.

Optimalizace procesu řezání

Vícedrátové řezání pevným abrazivem: Toto je v současnosti běžná technologie, která se dobře hodí pro vysokou tvrdost SiC.

Technologie elektroerozivního obrábění (EDM) a technologie studené separace: Tyto metody poskytují diverzifikovaná řešení přizpůsobená specifickým požadavkům.

Proces leštění: Je nezbytné vyvážit rychlost úběru materiálu a poškození povrchu. Chemicko-mechanické leštění (CMP) se používá ke zlepšení rovnoměrnosti povrchu.

Monitorování v reálném čase: Zavádějí se technologie online inspekce pro sledování drsnosti povrchu v reálném čase.

Laserové řezání: Tato technika snižuje ztráty v řezné spárě a zkracuje cykly zpracování, ačkoli tepelně ovlivněná zóna zůstává problémem.

Hybridní technologie zpracování: Kombinace mechanických a chemických metod zvyšuje efektivitu zpracování.

Tato technologie již dosáhla průmyslového uplatnění. Například společnost Infineon získala společnost SILTECTRA a nyní vlastní klíčové patenty podporující hromadnou výrobu 8palcových destiček. V Číně dosáhly společnosti jako Delong Laser výstupní účinnosti 30 destiček na ingot při zpracování 6palcových destiček, což představuje 40% zlepšení oproti tradičním metodám.

S rostoucím nárůstem výroby zařízení pro domácnosti se očekává, že se tato technologie stane hlavním řešením pro zpracování substrátů SiC. S rostoucím průměrem polovodičových materiálů se tradiční metody řezání staly zastaralými. Mezi současnými možnostmi vykazuje technologie diamantové drátové pily s vratným pohybem nejslibnější aplikační vyhlídky. Řezání laserem jako nová technika nabízí významné výhody a očekává se, že se v budoucnu stane primární metodou řezání.

2.Broušení monokrystalů SiC

Jako zástupce polovodičů třetí generace nabízí karbid křemíku (SiC) významné výhody díky široké zakázané pásmové vrstvě, vysokému průraznému elektrickému poli, vysoké rychlosti driftu elektronů v nasycení a vynikající tepelné vodivosti. Díky těmto vlastnostem je SiC obzvláště výhodný ve vysokonapěťových aplikacích (např. v prostředí 1200 V). Technologie zpracování substrátů SiC je základní součástí výroby součástek. Kvalita povrchu a přesnost substrátu přímo ovlivňují kvalitu epitaxní vrstvy a výkon konečného součástky.

Primárním účelem procesu broušení je odstranění povrchových stop po pile a poškozených vrstev vzniklých během řezání a korekce deformací způsobených procesem řezání. Vzhledem k extrémně vysoké tvrdosti SiC vyžaduje broušení použití tvrdých abraziv, jako je karbid boru nebo diamant. Konvenční broušení se obvykle dělí na hrubé broušení a jemné broušení.

2.1 Hrubé a jemné mletí

Broušení lze rozdělit podle velikosti abrazivních částic:

Hrubé broušení: Používá větší abraziva především k odstranění stop po pile a poškozených vrstev způsobených při řezání, čímž se zlepšuje efektivita zpracování.

Jemné broušení: Používá jemnější abraziva k odstranění poškozené vrstvy zanechané hrubým broušením, ke snížení drsnosti povrchu a ke zlepšení kvality povrchu.

Mnoho domácích výrobců substrátů SiC používá velkovýrobní procesy. Běžná metoda zahrnuje oboustranné broušení pomocí litinové destičky a monokrystalické diamantové suspenze. Tento proces účinně odstraňuje poškozenou vrstvu po řezání drátem, koriguje tvar destičky a snižuje TTV (celkovou variaci tloušťky), prohnutí a deformaci. Rychlost úběru materiálu je stabilní a obvykle dosahuje 0,8–1,2 μm/min. Výsledný povrch destičky je však matný s relativně vysokou drsností – obvykle kolem 50 nm – což klade vyšší nároky na následné kroky leštění.

2.2 Jednostranné broušení

Jednostranné broušení zpracovává vždy pouze jednu stranu destičky. Během tohoto procesu se destička navoskuje na ocelovou desku. Pod tlakem se substrát mírně deformuje a horní povrch se zploští. Po broušení se spodní povrch srovná. Po uvolnění tlaku má horní povrch tendenci se vrátit do původního tvaru, což ovlivňuje i již broušený spodní povrch – způsobuje deformaci a degradaci obou stran v rovinnosti.

Brusná deska se navíc může v krátké době prohnout do konkávního tvaru, což způsobí, že se destička stane vypouklou. Pro udržení rovinnosti destičky je nutné časté orovnávání. Vzhledem k nízké účinnosti a špatné rovinnosti destičky není jednostranné broušení vhodné pro hromadnou výrobu.

Pro jemné broušení se obvykle používají brusné kotouče č. 8000. V Japonsku je tento proces relativně vyspělý a používají se dokonce lešticí kotouče č. 30000. To umožňuje dosáhnout drsnosti povrchu zpracovaných destiček pod 2 nm, což je činí připravenými pro finální CMP (chemicko-mechanické leštění) bez dalšího zpracování.

2.3 Technologie jednostranného ztenčování

Technologie jednostranného diamantového ztenčování je nová metoda jednostranného broušení. Jak je znázorněno na obrázku 5 (zde není zobrazen), proces využívá brusnou destičku s diamantovým pojivem. Destička je fixována pomocí vakuové adsorpce, zatímco se destička i diamantový brusný kotouč otáčejí současně. Brusný kotouč se postupně pohybuje dolů, aby se destička ztenčila na cílovou tloušťku. Po dokončení broušení jedné strany se destička otočí, aby se zpracovala druhá strana.

Po ztenčení lze s destičkou o tloušťce 100 mm dosáhnout:

Oblouk < 5 μm

TTV < 2 μm

Drsnost povrchu < 1 nm

Tato metoda zpracování jednotlivých waferů nabízí vysokou stabilitu, vynikající konzistenci a vysoký úběr materiálu. Ve srovnání s konvenčním oboustranným broušením tato technika zlepšuje účinnost broušení o více než 50 %.

2.4 Oboustranné broušení

Oboustranné broušení využívá horní i spodní brusný kotouč k současnému broušení obou stran substrátu, což zajišťuje vynikající kvalitu povrchu na obou stranách.

Během procesu brusné desky nejprve vyvíjejí tlak na nejvyšší body obrobku, což způsobuje deformaci a postupný úběr materiálu v těchto bodech. Jak se vyvýšená místa vyrovnávají, tlak na substrát se postupně stává rovnoměrnějším, což vede k rovnoměrné deformaci po celém povrchu. To umožňuje rovnoměrné broušení horního i spodního povrchu. Jakmile je broušení dokončeno a tlak je uvolněn, každá část substrátu se díky stejnému tlaku, kterému byla vystavena, rovnoměrně zotaví. To vede k minimálnímu deformaci a dobré rovinnosti.

Drsnost povrchu destičky po broušení závisí na velikosti abrazivních částic – menší částice poskytují hladší povrchy. Při použití abraziv o velikosti 5 μm pro oboustranné broušení lze rovinnost a kolísání tloušťky destičky regulovat v rozmezí 5 μm. Měření atomární silovou mikroskopií (AFM) ukazují drsnost povrchu (Rq) přibližně 100 nm s brusnými důlky hlubokými až 380 nm a viditelnými lineárními stopami způsobenými abrazivním působením.

Pokročilejší metoda zahrnuje oboustranné broušení pomocí polyuretanových pěnových destiček v kombinaci s polykrystalickou diamantovou suspenzí. Tento proces produkuje destičky s velmi nízkou drsností povrchu, dosahující Ra < 3 nm, což je velmi výhodné pro následné leštění SiC substrátů.

Poškrábání povrchu však zůstává nevyřešeným problémem. Polykrystalický diamant používaný v tomto procesu se navíc vyrábí explozivní syntézou, která je technicky náročná, poskytuje nízké výtěžky a je extrémně drahá.

Leštění monokrystalů SiC

Pro dosažení vysoce kvalitního leštěného povrchu destiček z karbidu křemíku (SiC) musí leštění zcela odstranit brusné důlky a nanometrové povrchové vlny. Cílem je vytvořit hladký povrch bez vad, kontaminace nebo degradace, bez poškození podpovrchu a bez zbytkového povrchového pnutí.

3.1 Mechanické leštění a CMP SiC destiček

Po vypěstování ingotu monokrystalu SiC brání jeho povrchové vady v přímém použití pro epitaxní růst. Proto je nutné další zpracování. Ingot se nejprve zaoblením vytvaruje do standardního válcového tvaru, poté se drátovým řezáním nakrájí na destičky a následně se ověří krystalografická orientace. Leštění je klíčovým krokem pro zlepšení kvality destiček a řešení potenciálního poškození povrchu způsobeného defekty růstu krystalů a předchozími kroky zpracování.

Existují čtyři hlavní metody pro odstraňování povrchových poškozených vrstev na SiC:

Mechanické leštění: Jednoduché, ale zanechává škrábance; vhodné pro počáteční leštění.

Chemicko-mechanické leštění (CMP): Odstraňuje škrábance chemickým leptáním; vhodné pro přesné leštění.

Leptání vodíkem: Vyžaduje složité vybavení, běžně používané v procesech HTLVD.

Plazmové leštění: Složité a zřídka používané.

Pouze mechanické leštění má tendenci způsobovat škrábance, zatímco pouze chemické leštění může vést k nerovnoměrnému leptání. CMP kombinuje obě výhody a nabízí efektivní a cenově výhodné řešení.

Princip fungování CMP

CMP funguje na principu otáčení destičky pod nastaveným tlakem proti rotujícímu lešticímu kotouči. Tento relativní pohyb v kombinaci s mechanickým oděrem od nanočástic abraziv v suspenzi a chemickým působením reaktivních činidel dosahuje planarizace povrchu.

Klíčové použité materiály:

Lešticí suspenze: Obsahuje abrazivní látky a chemické činidla.

Lešticí kotouč: Během používání se opotřebovává, čímž se snižuje velikost pórů a účinnost dodávání suspenze. Pro obnovení drsnosti je nutné pravidelné orovnávání, obvykle diamantovým orovnávačem.

Typický proces CMP

Brusivo: diamantová suspenze o velikosti zrna 0,5 μm

Drsnost cílového povrchu: ~0,7 nm

Chemicko-mechanické leštění:

Lešticí zařízení: jednostranná leštička AP-810

Tlak: 200 g/cm²

Rychlost talíře: 50 ot/min

Rychlost keramického držáku: 38 ot./min

Složení kejdy:

SiO₂ (30 hmot. %, pH = 10,15)

0–70 hm.% H₂O₂ (30 hm.%, reagenční kvalita)

Upravte pH na 8,5 pomocí 5 hmotnostních % KOH a 1 hmotnostního % HNO₃

Průtok kejdy: 3 l/min, recirkulace

Tento proces účinně zlepšuje kvalitu SiC destiček a splňuje požadavky pro následné procesy.

Technické výzvy při mechanickém leštění

SiC, jako polovodič se širokým zakázaným pásmem, hraje zásadní roli v elektronickém průmyslu. Díky vynikajícím fyzikálním a chemickým vlastnostem jsou monokrystaly SiC vhodné pro extrémní prostředí, jako jsou vysoké teploty, vysoké frekvence, vysoký výkon a odolnost vůči záření. Jeho tvrdá a křehká povaha však představuje velké výzvy pro broušení a leštění.

Vzhledem k tomu, že přední světoví výrobci přecházejí z 6palcových na 8palcové destičky, stávají se stále výraznějšími problémy, jako je praskání a poškození destiček během zpracování, což významně ovlivňuje výtěžnost. Řešení technických výzev 8palcových substrátů SiC je nyní klíčovým měřítkem pro pokrok v tomto odvětví.

V éře 8palcových destiček čelí zpracování SiC destiček řadě výzev:

Zvětšení velikosti destiček je nezbytné pro zvýšení produkce čipů na dávku, snížení ztrát na hranách a snížení výrobních nákladů – zejména vzhledem k rostoucí poptávce po aplikacích v elektromobilech.

Přestože růst 8-palcových monokrystalů SiC dozrál, procesy, jako je broušení a leštění, stále čelí úzkým hrdlům, což vede k nízkým výtěžkům (pouze 40–50 %).

Větší destičky mají složitější rozložení tlaku, což zvyšuje obtížnost zvládání leštícího napětí a konzistence výtěžku.

Přestože se tloušťka 8palcových destiček blíží tloušťce 6palcových destiček, jsou náchylnější k poškození při manipulaci v důsledku namáhání a deformace.

Pro snížení řezného napětí, deformace a praskání se stále častěji používá laserové řezání. Nicméně:

Dlouhovlnné lasery způsobují tepelné poškození.

Krátkovlnné lasery generují těžké nečistoty a prohlubují poškozenou vrstvu, čímž zvyšují složitost leštění.

Pracovní postup mechanického leštění SiC

Obecný postup zahrnuje:

Orientační řezání

Hrubé mletí

Jemné mletí

Mechanické leštění

Chemicko-mechanické leštění (CMP) jako poslední krok

Volba metody CMP, návrh procesní trasy a optimalizace parametrů jsou klíčové. Ve výrobě polovodičů je CMP určujícím krokem pro výrobu SiC destiček s ultra hladkým, bezdefektním a nepoškozeným povrchem, které jsou nezbytné pro vysoce kvalitní epitaxní růst.

(a) Vyjměte ingot SiC z kelímku;

(b) Provést počáteční tvarování broušením vnějšího průměru;

(c) Určete orientaci krystalu pomocí zarovnávacích plošek nebo zářezů;

(d) Nakrájejte ingot na tenké destičky pomocí vícedrátového řezání;

(e) Dosáhněte zrcadlově hladkého povrchu broušením a leštěním.

Po dokončení série kroků zpracování se vnější okraj SiC destičky často stává ostrým, což zvyšuje riziko odštípnutí během manipulace nebo používání. Aby se takové křehkosti zabránilo, je nutné broušení hran.

Kromě tradičních procesů řezání zahrnuje inovativní metoda přípravy SiC destiček technologii lepení. Tento přístup umožňuje výrobu destiček lepením tenké vrstvy monokrystalu SiC na heterogenní substrát (nosný substrát).

Obrázek 3 znázorňuje průběh procesu:

Nejprve se na povrchu monokrystalu SiC v určité hloubce vytvoří delaminační vrstva pomocí implantace vodíkových iontů nebo podobných technik. Zpracovaný monokrystal SiC se poté nalepí na plochý nosný substrát a vystaví se tlaku a teplu. To umožňuje úspěšný přenos a oddělení vrstvy monokrystalu SiC na nosný substrát.

Oddělená vrstva SiC podléhá povrchové úpravě pro dosažení požadované rovinnosti a může být znovu použita v následných procesech spojování. Ve srovnání s tradičním řezáním krystalů SiC tato technika snižuje poptávku po drahých materiálech. Přestože technické výzvy přetrvávají, výzkum a vývoj aktivně postupují s cílem umožnit výrobu destiček s nižšími náklady.

Vzhledem k vysoké tvrdosti a chemické stabilitě SiC – která ho činí odolným vůči reakcím při pokojové teplotě – je nutné mechanické leštění k odstranění jemných brusných důlků, snížení poškození povrchu, odstranění škrábanců, důlků a defektů typu pomerančové kůry, snížení drsnosti povrchu, zlepšení rovinnosti a zvýšení kvality povrchu.

Pro dosažení vysoce kvalitního leštěného povrchu je nutné:

Upravte typy abraziv,

Snížení velikosti částic,

Optimalizujte procesní parametry,

Vyberte lešticí materiály a kotouče s dostatečnou tvrdostí.

Obrázek 7 ukazuje, že oboustranné leštění abrazivy o zrnitosti 1 μm dokáže kontrolovat rovinnost a kolísání tloušťky v rozmezí 10 μm a snížit drsnost povrchu na přibližně 0,25 nm.

3.2 Chemicko-mechanické leštění (CMP)

Chemicko-mechanické leštění (CMP) kombinuje abrazi ultrajemnými částicemi s chemickým leptáním, čímž vzniká hladký, rovný povrch zpracovávaného materiálu. Základní princip je:

Mezi lešticí suspenzí a povrchem destičky dochází k chemické reakci, která vytváří měkkou vrstvu.

Tření mezi abrazivními částicemi a měkkou vrstvou odstraňuje materiál.

Výhody CMP:

Překonává nevýhody čistě mechanického nebo chemického leštění,

Dosahuje globální i lokální planarizace,

Vytváří povrchy s vysokou rovinností a nízkou drsností,

Nezanechává žádné povrchové ani podpovrchové poškození.

Podrobně:

Destička se pohybuje vzhledem k lešticí podložce pod tlakem.

Nanometrové abrazivní částice (např. SiO₂) v suspenzi se podílejí na smykovém namáhání, oslabují kovalentní vazby Si–C a zvyšují úběr materiálu.

Typy technik CMP:

Leštění volným abrazivem: Abraziva (např. SiO₂) jsou suspendována v suspenzi. Odstraňování materiálu probíhá třítělesovou abrazí (destička-polštářek-abrazivo). Pro zlepšení rovnoměrnosti je nutné přesně regulovat velikost abraziva (obvykle 60–200 nm), pH a teplotu.

Leštění pevným abrazivem: V lešticí podložce jsou zabudována abraziva, která zabraňují jejich shlukování – ideální pro vysoce přesné obrábění.

Čištění po leštění:

Leštěné oplatky procházejí:

Chemické čištění (včetně odstranění deionizované vody a zbytků kalu),

Oplachování deionizovanou vodou a

Sušení horkým dusíkem

aby se minimalizovalo množství povrchových nečistot.

Kvalita a výkon povrchu

Drsnost povrchu lze snížit na Ra < 0,3 nm, což splňuje požadavky polovodičové epitaxe.

Globální planarizace: Kombinace chemického změkčení a mechanického odstraňování snižuje škrábance a nerovnoměrné leptání, čímž překonává čistě mechanické nebo chemické metody.

Vysoká účinnost: Vhodné pro tvrdé a křehké materiály, jako je SiC, s rychlostí úběru materiálu nad 200 nm/h.

Další nově vznikající lešticí techniky

Kromě CMP byly navrženy alternativní metody, včetně:

Elektrochemické leštění, leštění nebo leptání s pomocí katalyzátoru a

Tribochemické leštění.

Tyto metody jsou však stále ve fázi výzkumu a vyvíjejí se pomalu kvůli náročným materiálovým vlastnostem SiC.

Zpracování SiC je v konečném důsledku postupný proces snižování deformace a drsnosti za účelem zlepšení kvality povrchu, kde je v každé fázi zásadní kontrola rovinnosti a drsnosti.

Technologie zpracování

Během fáze broušení destičky se k broušení destičky na požadovanou rovinnost a drsnost povrchu používá diamantová suspenze s různými velikostmi částic. Následuje leštění, a to jak mechanickými, tak chemicko-mechanickými lešticími technikami (CMP), čímž se vytvoří destičky z karbidu křemíku (SiC) bez poškození a leštění.

Po leštění procházejí destičky SiC přísnou kontrolou kvality pomocí přístrojů, jako jsou optické mikroskopy a rentgenové difraktometry, aby se zajistilo, že všechny technické parametry splňují požadované standardy. Nakonec se leštěné destičky čistí pomocí specializovaných čisticích prostředků a ultračisté vody k odstranění povrchových nečistot. Poté se suší pomocí ultračistého dusíku a odstředivek, čímž se dokončuje celý výrobní proces.

Po letech úsilí bylo v Číně dosaženo významného pokroku ve zpracování monokrystalů SiC. V tuzemsku byly úspěšně vyvinuty 100 mm dopované poloizolační monokrystaly 4H-SiC a monokrystaly n-typu 4H-SiC a 6H-SiC lze nyní vyrábět v dávkách. Společnosti jako TankeBlue a TYST již vyvinuly 150 mm monokrystaly SiC.

Pokud jde o technologii zpracování SiC destiček, domácí instituce předběžně prozkoumaly procesní podmínky a postupy pro řezání, broušení a leštění krystalů. Jsou schopny vyrobit vzorky, které v zásadě splňují požadavky pro výrobu součástek. Ve srovnání s mezinárodními standardy však kvalita povrchového zpracování domácích destiček stále výrazně zaostává. Existuje několik problémů:

Mezinárodní teorie a technologie zpracování SiC jsou přísně chráněny a nejsou snadno dostupné.

Chybí teoretický výzkum a podpora pro zlepšování a optimalizaci procesů.

Náklady na dovoz zahraničního vybavení a komponentů jsou vysoké.

Domácí výzkum v oblasti konstrukce zařízení, přesnosti zpracování a materiálů stále vykazuje značné mezery ve srovnání s mezinárodní úrovní.

Většina vysoce přesných přístrojů používaných v Číně se v současnosti dováží. Zkušební zařízení a metodiky také vyžadují další vylepšení.

S pokračujícím vývojem polovodičů třetí generace se průměr substrátů monokrystalů SiC neustále zvyšuje, spolu s rostoucími požadavky na kvalitu zpracování povrchu. Technologie zpracování destiček se stala jedním z technicky nejnáročnějších kroků po růstu monokrystalů SiC.

Pro řešení stávajících problémů ve zpracování je nezbytné dále studovat mechanismy řezání, broušení a leštění a prozkoumat vhodné procesní metody a postupy pro výrobu SiC destiček. Zároveň je nutné se poučit z pokročilých mezinárodních technologií zpracování a zavést nejmodernější ultra přesné obráběcí techniky a zařízení pro výrobu vysoce kvalitních substrátů.

S rostoucí velikostí destiček se zvyšuje i obtížnost růstu a zpracování krystalů. Výrazně se však zlepšuje efektivita výroby následných součástek a snižují se jednotkové náklady. V současné době hlavní dodavatelé destiček SiC na celém světě nabízejí produkty o průměru od 4 do 6 palců. Přední společnosti jako Cree a II-VI již začaly plánovat vývoj výrobních linek na výrobu 8palcových destiček SiC.