ʻO ke kūlana o kēia manawa a me nā ʻano o ka ʻenehana hana wafer SiC

Ma ke ʻano he mea substrate semiconductor hanauna ʻekolu,silicon carbide (SiC)Loaʻa i ka kristal hoʻokahi nā manaʻolana hoʻohana ākea i ka hana ʻana o nā mea uila alapine kiʻekiʻe a me ka mana kiʻekiʻe. He kuleana koʻikoʻi ka ʻenehana hana o SiC i ka hana ʻana i nā mea substrate kiʻekiʻe. Hoʻolauna kēia ʻatikala i ke kūlana o kēia manawa o ka noiʻi ʻana i nā ʻenehana hana SiC ma Kina a ma waho, e nānā ana a hoʻohālikelike ana i nā ʻano hana o ka ʻoki ʻana, ka wili ʻana, a me ke kaʻina hana polishing, a me nā ʻano i ka palahalaha o ka wafer a me ka ʻino o ka ʻili. Kuhikuhi pū ia i nā pilikia e kū nei i ka hana ʻana i ka wafer SiC a kūkākūkā i nā kuhikuhi hoʻomohala e hiki mai ana.

Kalaka silika (SiC)He mea koʻikoʻi nā wafers no nā mea hana semiconductor hanauna ʻekolu a he mea nui ko lākou a me ka hiki ke kūʻai aku ma nā kahua e like me ka microelectronics, nā uila mana, a me ke kukui semiconductor. Ma muli o ke kiʻekiʻe loa o ka paʻakikī a me ke kūpaʻa kemika oNā kristal hoʻokahi SiC, ʻaʻole kūpono loa nā ʻano hana semiconductor kuʻuna no kā lākou mīkini ʻana. ʻOiai ua hana nā ʻoihana honua he nui i kahi noiʻi nui e pili ana i ka hana ʻenehana koi o nā kristal SiC hoʻokahi, ua mālama pono ʻia nā ʻenehana pili.

I nā makahiki i hala iho nei, ua hoʻonui ʻo Kina i nā hana i ka hoʻomohala ʻana i nā mea a me nā mea hana SiC kristal hoʻokahi. Eia nō naʻe, ʻo ka holomua o ka ʻenehana mea hana SiC ma ka ʻāina i kēia manawa ua kaupalena ʻia e nā palena i nā ʻenehana hana a me ka maikaʻi o ka wafer. No laila, he mea nui no Kina e hoʻomaikaʻi i nā hiki ke hana SiC e hoʻomaikaʻi i ka maikaʻi o nā substrates kristal hoʻokahi SiC a hoʻokō i kā lākou noi kūpono a me ka hana nui ʻana.

ʻO nā ʻanuʻu hana nui e pili ana: ʻokiʻoki → wili ʻāwili → wili maikaʻi → polishing ʻāwili (polishing mechanical) → polishing maikaʻi (polishing mechanical chemical, CMP) → nānā.

ʻOki ʻana i nā kristal SiC hoʻokahi

I ka hana ʻana oNā kristal hoʻokahi SiC, ʻo ka ʻoki ʻana ka hana mua a koʻikoʻi loa. ʻO ke kakaka o ka wafer, ka warp, a me ka loli o ka mānoanoa holoʻokoʻa (TTV) i loaʻa mai ke kaʻina hana ʻoki e hoʻoholo ai i ka maikaʻi a me ka pono o nā hana wili a me ka polishing ma hope.

Hiki ke hoʻokaʻawale ʻia nā mea hana ʻokiʻoki ma ke ʻano i nā ʻoki diamond outer diameter (ID), nā ʻoki outer diameter (OD), nā ʻoki band, a me nā ʻoki wire. Hiki ke hoʻokaʻawale ʻia nā ʻoki wire ma ko lākou ʻano neʻe ʻana i nā ʻōnaehana wire reciprocating a me loop (endless). Ma muli o ke ʻano ʻoki o ka abrasive, hiki ke hoʻokaʻawale ʻia nā ʻano hana ʻoki ʻoki wire i ʻelua ʻano: ka ʻoki wire abrasive manuahi a me ka ʻoki wire daimana abrasive paʻa.

1.1 Nā ʻAno ʻOki Kuʻuna

Ua kaupalena ʻia ka hohonu o ka ʻoki ʻana o nā ʻoki anawaena waho (OD) e ke anawaena o ka pahi. I ka wā o ke kaʻina hana ʻoki, ua maʻalahi ka pahi i ka haʻalulu a me ka ʻaoʻao ʻē aʻe, e hopena ana i nā pae walaʻau kiʻekiʻe a me ka paʻakikī haʻahaʻa. Hoʻohana nā ʻoki anawaena o loko (ID) i nā mea ʻoki daimana ma ke anapuni o loko o ka pahi ma ke ʻano he ʻoi ʻoki. Hiki i kēia mau pahi ke lahilahi e like me 0.2 mm. I ka wā o ka ʻoki ʻana, hoʻohuli ka pahi ID i ka wikiwiki kiʻekiʻe ʻoiai e neʻe ana ka mea e ʻoki ʻia ma ke ʻano radial e pili ana i ke kikowaena o ka pahi, e hoʻokō ana i ka ʻoki ʻana ma o kēia neʻe pili.

Pono nā ʻoki kaula daimana i nā kū pinepine a me nā hoʻohuli ʻana, a he haʻahaʻa loa ka wikiwiki o ka ʻoki ʻana—ʻaʻole maʻamau e ʻoi aku ma mua o 2 m/s. Loaʻa pū kekahi iā lākou ka ʻaʻahu mīkini nui a me nā kumukūʻai mālama kiʻekiʻe. Ma muli o ka laulā o ka pahi ʻoki, ʻaʻole hiki ke liʻiliʻi loa ka radius ʻoki, a ʻaʻole hiki ke ʻoki ʻoki i nā ʻāpana he nui. Ua kaupalena ʻia kēia mau mea hana ʻoki kuʻuna e ka paʻakikī o ke kumu a ʻaʻole hiki ke hana i nā ʻoki piʻo a i ʻole he radius huli palena. Hiki iā lākou ke ʻoki pololei wale nō, hana i nā kerfs ākea, loaʻa ka helu hua haʻahaʻa, a no laila ʻaʻole kūpono no ka ʻoki ʻana.Nā kristal SiC.

1.2 ʻOki ʻana i ka uea Abrasive manuahi no ka ʻoki ʻana i nā uea he nui

Hoʻohana ke ʻano hana ʻokiʻoki uea abrasive manuahi i ka neʻe wikiwiki o ka uea e lawe i ka slurry i loko o ke kerf, e hiki ai ke wehe i nā mea. Hoʻohana nui ia i kahi ʻano reciprocating a he ʻano hana makua a hoʻohana nui ʻia i kēia manawa no ka ʻoki ʻana i ka multi-wafer maikaʻi o ka silicon kristal hoʻokahi. Eia nō naʻe, ʻaʻole i aʻo nui ʻia kona hoʻohana ʻana i ka ʻoki ʻana i ka SiC.

Hiki i nā ʻoki uea abrasive manuahi ke hana i nā wafers me nā mānoanoa ma lalo o 300 μm. Hāʻawi lākou i ka pohō kerf haʻahaʻa, ʻaʻole pinepine lākou e hana i ka chipping, a hopena i ka maikaʻi o ka ʻili. Eia nō naʻe, ma muli o ke ʻano wehe mea—ma muli o ka ʻōwili a me ke komo ʻana o nā abrasives—ʻo ka ʻili wafer e hoʻomohala i ke koʻikoʻi koena koʻikoʻi, nā microcracks, a me nā papa hōʻino hohonu. ʻO kēia ke alakaʻi i ka wafer warping, e paʻakikī ai ke kāohi i ka pololei o ka ʻili, a hoʻonui i ka ukana ma nā ʻanuʻu hana ma hope.

Hoʻopilikia nui ʻia ka hana ʻoki e ka slurry; pono e mālama i ka ʻoi o nā mea abrasive a me ka nui o ka slurry. He pipiʻi ke kumukūʻai o ka mālama ʻana a me ka hana hou ʻana i ka slurry. I ka ʻoki ʻana i nā ingots nui, paʻakikī i nā abrasive ke komo i loko o nā kerfs hohonu a lōʻihi. Ma lalo o ka nui o ka palaoa abrasive like, ʻoi aku ka nui o ka pohō kerf ma mua o nā ʻoki uea paʻa-abrasive.

1.3 ʻO ka ʻoki ʻana i ka uea daimana paʻa

Hana pinepine ʻia nā ʻoki uea daimana paʻa ma ke kau ʻana i nā ʻāpana daimana ma luna o kahi substrate uea kila ma o ka electroplating, sintering, a i ʻole nā ​​​​​​ʻano hoʻopaʻa resin. Hāʻawi nā ʻoki uea daimana electroplated i nā pono e like me nā kerfs haiki, ka maikaʻi o ka ʻoki ʻana, ka pono kiʻekiʻe, ka haʻahaʻa o ka haumia, a me ka hiki ke ʻoki i nā mea paʻakikī kiʻekiʻe.

ʻO ka ʻoki uea daimana electroplated reciprocating ke ʻano hana i hoʻohana nui ʻia no ka ʻoki ʻana i ka SiC. Hōʻike ka Kiʻi 1 (ʻaʻole i hōʻike ʻia ma ʻaneʻi) i ka pālahalaha o ka ʻili o nā wafers SiC i ʻoki ʻia me ka hoʻohana ʻana i kēia ʻano hana. I ka holomua ʻana o ka ʻoki ʻana, piʻi ka warpage wafer. ʻO kēia no ka mea e piʻi ana ka wahi pili ma waena o ka uea a me ka mea i ka neʻe ʻana o ka uea i lalo, e hoʻonui ana i ke kū'ē a me ka haʻalulu uea. Ke hiki ka uea i ke anawaena kiʻekiʻe loa o ka wafer, aia ka haʻalulu i kona kiʻekiʻe loa, e hopena ana i ka warpage kiʻekiʻe loa.

I nā pae hope o ka ʻoki ʻana, ma muli o ka wikiwiki o ka uea, ka neʻe ʻana o ka wikiwiki paʻa, ka hoʻēmi ʻana, ka hoʻōki ʻana, a me ka hoʻohuli ʻana, me nā pilikia i ka wehe ʻana i nā ʻōpala me ka coolant, e hōʻino ana ka maikaʻi o ka ʻili o ka wafer. ʻO ka hoʻohuli ʻana o ka uea a me nā loli o ka wikiwiki, a me nā ʻāpana daimana nui ma ka uea, nā kumu nui o nā ʻōpala o ka ʻili.

1.4 ʻenehana hoʻokaʻawale anu

ʻO ka hoʻokaʻawale anu ʻana o nā kristal SiC hoʻokahi he hana hou ia ma ke kahua o ka hana ʻana i nā mea semiconductor hanauna ʻekolu. I nā makahiki i hala iho nei, ua huki nui ʻia ka manaʻo ma muli o kona mau pono koʻikoʻi i ka hoʻomaikaʻi ʻana i ka hua a me ka hōʻemi ʻana i ka pohō o nā mea. Hiki ke kālailai ʻia ka ʻenehana mai ʻekolu mau ʻano: ke kumu hana, ke kahe o ke kaʻina hana, a me nā pono koʻikoʻi.

ʻO ka hoʻoholo ʻana i ke kuhikuhi ʻana o ke aniani a me ka wili ʻana i ke anawaena o waho: Ma mua o ka hana ʻana, pono e hoʻoholo ʻia ke kuhikuhi ʻana o ke aniani o ka ingot SiC. A laila hoʻohālikelike ʻia ka ingot i loko o kahi ʻano cylindrical (i kapa pinepine ʻia he puck SiC) ma o ka wili ʻana i ke anawaena o waho. Hoʻokumu kēia ʻanuʻu i ke kumu no ka ʻoki ʻana a me ka ʻoki ʻana ma hope.

ʻOki ʻana i nā Uea he nui: Hoʻohana kēia ʻano hana i nā ʻāpana abrasive i hui pū ʻia me nā uea ʻokiʻoki e ʻoki i ka ingot cylindrical. Eia nō naʻe, pilikia ia i ka nalowale nui o kerf a me nā pilikia ʻaʻole like o ka ʻili.

ʻEnehana ʻoki laser: Hoʻohana ʻia kahi laser e hana i kahi papa i hoʻololi ʻia i loko o ke kristal, kahi e hiki ai ke hoʻokaʻawale ʻia nā ʻāpana lahilahi. Hoʻemi kēia ʻano hana i ka nalowale o nā mea a hoʻonui i ka pono o ka hana ʻana, e lilo ana ia i kuhikuhi hou no ka ʻoki ʻana i ka wafer SiC.

Hoʻonui i ke kaʻina hana ʻokiʻoki

ʻOki Paʻa ʻana i nā Wire Multi-Wire Abrasive: ʻO kēia ka ʻenehana nui i kēia manawa, kūpono loa no nā ʻano paʻakikī kiʻekiʻe o SiC.

ʻO ka Mīkini Hoʻokuʻu Uila (EDM) a me ka ʻenehana hoʻokaʻawale anu: Hāʻawi kēia mau ʻano hana i nā hoʻonā like ʻole i hana ʻia no nā koi kikoʻī.

Kaʻina Hana Hoʻopili: He mea nui e kaulike i ka wikiwiki o ka wehe ʻana i nā mea a me ka hōʻino ʻana o ka ʻili. Hoʻohana ʻia ka Chemical Mechanical Polishing (CMP) e hoʻomaikaʻi i ka like ʻana o ka ʻili.

Nānā Manawa Maoli: Ua hoʻolauna ʻia nā ʻenehana nānā pūnaewele e nānā i ka ʻoʻoleʻa o ka ʻili i ka manawa maoli.

ʻOki ʻana me ka Laser: Hoʻemi kēia ʻano hana i ka pohō kerf a hoʻopōkole i nā pōʻaiapuni hana, ʻoiai he paʻakikī mau ka ʻāpana i hoʻopilikia ʻia e ka wela.

Nā ʻenehana hana hybrid: ʻO ka hoʻohui ʻana i nā ʻano mechanical a me nā kemika e hoʻonui i ka pono hana.

Ua hoʻokō mua kēia ʻenehana i ka noi ʻoihana. ʻO Infineon, no ka laʻana, ua loaʻa iā SILTECTRA a i kēia manawa ke paʻa nei i nā palapala sila nui e kākoʻo ana i ka hana nui ʻana o nā wafers 8-'īniha. Ma Kina, ua hoʻokō nā hui e like me Delong Laser i kahi pono hana o 30 wafers no kēlā me kēia ingot no ka hana wafer 6-'īniha, e hōʻike ana i kahi hoʻomaikaʻi 40% ma mua o nā ʻano kuʻuna.

I ka wikiwiki ʻana o ka hana ʻana i nā lako hana kūloko, manaʻo ʻia kēia ʻenehana e lilo i hopena nui no ka hana ʻana i ka substrate SiC. Me ka piʻi ʻana o ke anawaena o nā mea semiconductor, ua lilo nā ʻano ʻoki kuʻuna i mea kahiko. Ma waena o nā koho o kēia manawa, ʻo ka ʻenehana ʻoki uea daimana reciprocating e hōʻike ana i nā manaʻolana noi hoʻohiki maikaʻi loa. ʻO ka ʻoki laser, ma ke ʻano he ʻenehana e kū mai ana, hāʻawi i nā pono koʻikoʻi a manaʻo ʻia e lilo i ke ʻano ʻoki mua i ka wā e hiki mai ana.

2,ʻO ka wili ʻana o ka kristal hoʻokahi SiC

Ma ke ʻano he ʻelele o nā semiconductors hanauna ʻekolu, hāʻawi ka silicon carbide (SiC) i nā pono koʻikoʻi ma muli o kona bandgap ākea, ke kahua uila breakdown kiʻekiʻe, ka wikiwiki o ka electron drift saturation kiʻekiʻe, a me ka conductivity thermal maikaʻi loa. ʻO kēia mau waiwai e hoʻolilo iā SiC i mea maikaʻi loa i nā noi voltage kiʻekiʻe (e laʻa, nā wahi 1200V). ʻO ka ʻenehana hana no nā substrates SiC kahi ʻāpana koʻikoʻi o ka hana ʻana o ka hāmeʻa. ʻO ka maikaʻi o ka ʻili a me ka pololei o ka substrate e pili pololei i ka maikaʻi o ka papa epitaxial a me ka hana o ka hāmeʻa hope loa.

ʻO ke kumu nui o ke kaʻina hana wili ʻana, ʻo ia ka wehe ʻana i nā māka ʻokiʻoki a me nā papa hōʻino i hana ʻia i ka wā o ka ʻoki ʻana, a e hoʻoponopono i ka deformation i hoʻokumu ʻia e ke kaʻina hana ʻoki. Ma muli o ka paʻakikī kiʻekiʻe loa o SiC, pono ka wili ʻana i ka hoʻohana ʻana i nā mea abrasives paʻakikī e like me ka boron carbide a i ʻole ka daimana. Maʻamau, ua māhele ʻia ka wili kuʻuna i ka wili ʻana i ka ʻoki nui a me ka wili maikaʻi.

2.1 Wili ʻAkaʻaka a Maikaʻi

Hiki ke hoʻokaʻawale ʻia ke wili ʻana ma muli o ka nui o nā ʻāpana abrasive:

Wili ʻAkaʻakai: Hoʻohana i nā mea abrasive nui e wehe i nā māka ʻokiʻoki a me nā papa hōʻino i hana ʻia i ka wā e ʻokiʻoki ai, e hoʻomaikaʻi ana i ka pono o ka hana ʻana.

Wili Maikaʻi: Hoʻohana i nā mea abrasive maikaʻi e wehe i ka papa hōʻino i waiho ʻia e ka wili ʻana, e hōʻemi i ka ʻāʻī o ka ʻili, a hoʻomaikaʻi i ka maikaʻi o ka ʻili.

Hoʻohana ka nui o nā mea hana substrate SiC kūloko i nā kaʻina hana hana nui. ʻO kahi ʻano maʻamau e pili ana i ka wili ʻana i ʻelua ʻaoʻao me ka hoʻohana ʻana i kahi papa hao i hoʻolei ʻia a me ka slurry daimana monocrystalline. Hoʻopau pono kēia kaʻina hana i ka papa hōʻino i waiho ʻia e ka ʻoki uea, hoʻoponopono i ke ʻano wafer, a hoʻemi i ka TTV (Total Thickness Variation), Bow, a me Warp. Paʻa ka wikiwiki o ka wehe ʻana i nā mea, e hōʻea pinepine ana i ka 0.8-1.2 μm/min. Eia nō naʻe, ʻo ka ʻili wafer hopena he matte me ka roughness kiʻekiʻe - ma kahi o 50 nm - kahi e kau ai i nā koi kiʻekiʻe ma nā ʻanuʻu polishing ma hope.

2.2 Wili ʻAoʻao Hoʻokahi

Hoʻokahi ʻaoʻao wale nō ka wili ʻana o ka wafer i hoʻokahi ʻaoʻao i ka manawa. I loko o kēia kaʻina hana, ua kau ʻia ka wafer ma luna o kahi papa kila. Ma lalo o ke kaomi i kau ʻia, ʻike ʻia ka deformation iki o ke substrate, a ua palahalaha ka ʻili o luna. Ma hope o ka wili ʻana, ua hoʻohālikelike ʻia ka ʻili o lalo. Ke wehe ʻia ke kaomi, e hoʻihoʻi hou ka ʻili o luna i kona ʻano mua, kahi e hoʻopilikia ai i ka ʻili o lalo i wili mua ʻia—e hoʻoulu ana i nā ʻaoʻao ʻelua e wili a hōʻino i ka palahalaha.

Eia kekahi, hiki i ka papa wili ke lilo i concave i ka manawa pōkole, e lilo ai ka wafer i convex. No ka mālama ʻana i ka palahalaha o ka papa, pono ka hoʻopili pinepine ʻana. Ma muli o ka haʻahaʻa o ka pono a me ka palahalaha maikaʻi ʻole o ka wafer, ʻaʻole kūpono ka wili ʻana i hoʻokahi ʻaoʻao no ka hana nui ʻana.

ʻO ka maʻamau, hoʻohana ʻia nā huila wili #8000 no ka wili maikaʻi. Ma Iapana, ua oʻo loa kēia kaʻina hana a hoʻohana pū i nā huila polishing #30000. ʻAe kēia i ka ʻoʻoleʻa o ka ʻili o nā wafers i hana ʻia e hiki i lalo o 2 nm, e hoʻomākaukau ana i nā wafers no ka CMP hope loa (Chemical Mechanical Polishing) me ka ʻole o ka hana hou ʻana.

2.3 ʻenehana lahilahi ʻaoʻao hoʻokahi

ʻO ka ʻenehana lahilahi ʻaoʻao hoʻokahi ʻo Diamond Single-Sided Thinning Technology kahi ʻano hana hou o ka wili ʻana i hoʻokahi ʻaoʻao. E like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 5 (ʻaʻole i hōʻike ʻia ma ʻaneʻi), hoʻohana ke kaʻina hana i kahi papa wili i hoʻopaʻa ʻia me ka daimana. Hoʻopaʻa ʻia ka wafer ma o ka adsorption vacuum, ʻoiai ʻo ka wafer a me ka huila wili daimana e wili like ana. Neʻe mālie ka huila wili i lalo e hoʻomāmā i ka wafer i kahi mānoanoa i makemake ʻia. Ma hope o ka pau ʻana o kekahi ʻaoʻao, hoʻohuli ʻia ka wafer e hana i kekahi ʻaoʻao.

Ma hope o ka lahilahi ʻana, hiki i kahi wafer 100 mm ke hoʻokō:

Kakaka < 5 μm

TTV < 2 μm

ʻO ka ʻōʻili < 1 nm

Hāʻawi kēia ʻano hana wafer hoʻokahi i ke kūpaʻa kiʻekiʻe, kūlike maikaʻi loa, a me ka wikiwiki o ka wehe ʻana i nā mea. Ke hoʻohālikelike ʻia me ka wili ʻaoʻao pālua maʻamau, hoʻomaikaʻi kēia ʻano hana i ka pono o ka wili ʻana ma mua o 50%.

2.4 Wili ʻAoʻao Pālua

Hoʻohana ka wili ʻaoʻao pālua i ka pā wili o luna a me lalo e wili i nā ʻaoʻao ʻelua o ke substrate i ka manawa like, e hōʻoiaʻiʻo ana i ka maikaʻi o ka ʻili ma nā ʻaoʻao ʻelua.

I ke kaʻina hana, hoʻopili mua nā papa wili i ke kaomi i nā wahi kiʻekiʻe loa o ka ʻāpana hana, e hana ana i ka deformation a me ka wehe mālie ʻana o nā mea ma kēlā mau wahi. Ke hoʻohālikelike ʻia nā wahi kiʻekiʻe, e lilo mālie ke kaomi ma luna o ka substrate i ʻoi aku ka like, e hopena ana i ka deformation mau ma ka ʻili holoʻokoʻa. ʻAe kēia i nā ʻili o luna a me lalo e wili like ʻia. Ke pau ka wili ʻana a hoʻokuʻu ʻia ke kaomi, hoʻihoʻi like kēlā me kēia ʻāpana o ka substrate ma muli o ke kaomi like i loaʻa iā ia. ʻO kēia ke alakaʻi i ka liʻiliʻi o ka warping a me ka flatness maikaʻi.

ʻO ka ʻoʻoleʻa o ka ʻili o ka wafer ma hope o ka wili ʻana e pili ana i ka nui o nā ʻāpana abrasive—ʻo nā ʻāpana liʻiliʻi e hua mai i nā ʻili laumania. Ke hoʻohana ʻia nā abrasives 5 μm no ka wili ʻana i ʻelua ʻaoʻao, hiki ke hoʻomalu ʻia ka pālahalaha o ka wafer a me ka ʻokoʻa o ka mānoanoa i loko o 5 μm. Hōʻike nā ana o ka Atomic Force Microscopy (AFM) i ka ʻoʻoleʻa o ka ʻili (Rq) ma kahi o 100 nm, me nā lua wili a hiki i ka 380 nm ka hohonu a me nā māka linear i ʻike ʻia i hoʻokumu ʻia e ka hana abrasive.

ʻO kahi ʻano hana holomua e pili ana i ka wili ʻana i ʻelua ʻaoʻao me ka hoʻohana ʻana i nā pads polyurethane foam i hui pū ʻia me ka slurry diamond polycrystalline. Hoʻopuka kēia kaʻina hana i nā wafers me ka ʻoʻoleʻa haʻahaʻa loa, e hoʻokō ana iā Ra < 3 nm, he mea maikaʻi loa ia no ka polishing ma hope o nā substrates SiC.

Eia nō naʻe, ʻo ke kahakaha ʻana o ka ʻili he pilikia i hoʻoholo ʻole ʻia. Eia kekahi, ʻo ka daimana polycrystalline i hoʻohana ʻia i kēia kaʻina hana ua hana ʻia ma o ka synthesis pahū, kahi mea paʻakikī i ka ʻenehana, loaʻa nā nui haʻahaʻa, a he pipiʻi loa.

Ka hoʻowali ʻana o nā kristal SiC hoʻokahi

No ka hoʻokō ʻana i kahi ʻili i wili ʻia me ke kūlana kiʻekiʻe ma nā wafers silicon carbide (SiC), pono e hoʻopau loa ka wili ʻana i nā lua wili a me nā undulations ʻili nanometer-scale. ʻO ka pahuhopu ka hana ʻana i kahi ʻili laumania, ʻaʻohe kīnā me ka ʻole o ka haumia a i ʻole ka hōʻino ʻana, ʻaʻohe hōʻino o lalo o ka ʻili, a ʻaʻohe koʻikoʻi o ka ʻili i koe.

3.1 Ka Polishing Mechanical a me CMP o nā Wafers SiC

Ma hope o ka ulu ʻana o kahi ingot kristal hoʻokahi SiC, pale nā ​​​​hemahema o ka ʻili iā ia mai ka hoʻohana pololei ʻia no ka ulu ʻana o ka epitaxial. No laila, pono ka hana hou ʻana. Hoʻokumu mua ʻia ka ingot i loko o kahi ʻano cylindrical maʻamau ma o ka hoʻopuni ʻana, a laila ʻokiʻoki ʻia i loko o nā wafers me ka hoʻohana ʻana i ka ʻoki uea, a ukali ʻia e ka hōʻoia ʻana o ke kuhikuhi crystallographic. ʻO ka poli ʻana he ʻanuʻu koʻikoʻi ia i ka hoʻomaikaʻi ʻana i ka maikaʻi o ka wafer, e hoʻoponopono ana i ka hiki ke hōʻino ʻia ka ʻili i hoʻokumu ʻia e nā hemahema ulu kristal a me nā ʻanuʻu hana mua.

ʻEhā mau ʻano nui no ka wehe ʻana i nā papa hōʻino o ka ʻili ma SiC:

Hoʻopilikino mīkini: Maʻalahi akā waiho nā ʻōpala; kūpono no ka hoʻopili mua ʻana.

ʻO ka Polishing Mechanical Chemical (CMP): Wehe i nā ʻōpala ma o ke kālai ʻana i ke kemika; kūpono no ka poli ʻana me ka pololei.

ʻO ke kālai ʻana i ka hydrogen: Pono nā lako hana paʻakikī, i hoʻohana pinepine ʻia i nā kaʻina hana HTCVD.

Ka wili ʻana me ke kōkua o ka plasma: Paʻakikī a hoʻohana pinepine ʻole ʻia.

ʻO ka hoʻopili ʻana me ka mīkini wale nō ke kumu o nā ʻōpala, ʻoiai ʻo ka hoʻopili ʻana me ka kemika wale nō hiki ke alakaʻi i ke kahakaha ʻokoʻa. Hoʻohui ka CMP i nā pono ʻelua a hāʻawi i kahi hopena kūpono a kūpono hoʻi ke kumukūʻai.

Kumumanaʻo Hana CMP

Hana ʻo CMP ma ka hoʻohuli ʻana i ka wafer ma lalo o ke kaomi i hoʻonohonoho ʻia e kūʻē i kahi pad polishing e wili ana. ʻO kēia neʻe pili, i hui pū ʻia me ka abrasion mechanical mai nā abrasives nano-sized i loko o ka slurry a me ka hana kemika o nā mea hana reactive, e hoʻokō ai i ka planarization ʻili.

Nā mea koʻikoʻi i hoʻohana ʻia:

ʻO ka lepo hoʻopili: Loaʻa nā mea abrasive a me nā reagents kemika.

Pale poli: Pau i lalo i ka wā e hoʻohana ai, e hōʻemi ana i ka nui o nā pore a me ka pono o ka hoʻouna ʻana i ka slurry. Pono ke kāhiko mau ʻana, maʻamau me ka hoʻohana ʻana i kahi mea hoʻonaninani daimana, e hoʻihoʻi i ka ʻoʻoleʻa.

Kaʻina Hana CMP Maʻamau

Mea hoʻowali: 0.5 μm daimana slurry

ʻO ka ʻili o ka pahuhopu: ~0.7 nm

Ka Hoʻopili Kemika Mekanika:

Nā lako hana wili: AP-810 polisher ʻaoʻao hoʻokahi

Kaomi: 200 g/cm²

Ka wikiwiki o ka pā: 50 rpm

Ka wikiwiki o ka mea paʻa seramika: 38 rpm

ʻO ka haku mele ʻana o ka slurry:

SiO₂ (30 wt%, pH = 10.15)

0–70 wt% H₂O₂ (30 wt%, papa reagent)

E hoʻoponopono i ka pH i 8.5 me ka hoʻohana ʻana i 5 wt% KOH a me 1 wt% HNO₃

Ka nui o ke kahe ʻana o ka slurry: 3 L/min, hoʻopuehu hou ʻia

Hoʻomaikaʻi maikaʻi kēia kaʻina hana i ka maikaʻi o ka wafer SiC a hoʻokō i nā koi no nā kaʻina hana ma hope.

Nā Pilikia ʻenehana i ka Polishing Mechanical

ʻO SiC, ma ke ʻano he semiconductor bandgap ākea, he kuleana koʻikoʻi kāna i ka ʻoihana uila. Me nā waiwai kino a me nā kemika maikaʻi loa, kūpono nā kristal SiC hoʻokahi no nā wahi koʻikoʻi, e like me ke kiʻekiʻe o ka mahana, ke alapine kiʻekiʻe, ka mana kiʻekiʻe, a me ke kū'ē ʻana i ka radiation. Eia nō naʻe, ʻo kona ʻano paʻakikī a palupalu hoʻi e hōʻike ana i nā pilikia nui no ka wili ʻana a me ka poli ʻana.

I ka neʻe ʻana o nā mea hana alakaʻi honua mai nā wafers 6-'īniha a i 8-'īniha, ua lilo nā pilikia e like me ka haki ʻana a me ka hōʻino ʻana o ka wafer i ka wā o ka hana ʻana i mea koʻikoʻi, e hoʻopilikia nui ana i ka hua. ʻO ka hoʻoponopono ʻana i nā pilikia loea o nā substrates SiC 8-'īniha i kēia manawa he pae hoʻohālikelike koʻikoʻi no ka holomua o ka ʻoihana.

I ka wā 8-'īniha, ke kū nei ka hana ʻana o ka wafer SiC i nā pilikia he nui:

Pono ka hoʻonui ʻana i ka wafer e hoʻonui i ka hana chip i kēlā me kēia pūʻulu, e hōʻemi i ka pohō lihi, a e hoʻohaʻahaʻa i nā kumukūʻai hana—ʻoiai ke piʻi nei ke koi i nā noi kaʻa uila.

ʻOiai ua oʻo ka ulu ʻana o nā kristal SiC hoʻokahi 8-'īniha, ke kū nei nā kaʻina hana hope e like me ka wili ʻana a me ka poli ʻana i nā ʻūlū, e hopena ana i nā hua haʻahaʻa (40-50% wale nō).

ʻOi aku ka paʻakikī o ke kaomi ʻana o nā wafers nui, e hoʻonui ana i ka paʻakikī o ka mālama ʻana i ke kaumaha polishing a me ke kūlike o ka hua.

ʻOiai ke kokoke nei ka mānoanoa o nā wafers 8-'īniha i ko nā wafers 6-'īniha, ua ʻoi aku ka maʻalahi o ka hōʻino ʻia i ka wā e lawelawe ai ma muli o ke kaumaha a me ka warping.

No ka hōʻemi ʻana i ke kaumaha e pili ana i ka ʻoki ʻana, ka warpage, a me ka haki ʻana, hoʻohana nui ʻia ka ʻoki laser. Eia naʻe:

Hoʻopilikia nā lasers lōʻihi i ka wela.

Hoʻopuka nā lasers pōkole pōkole i nā ʻōpala kaumaha a hoʻonui i ka papa hōʻino, e hoʻonui ana i ka paʻakikī o ka polishing.

Kaʻina Hana Polishing Mechanical no SiC

ʻO ke kaʻina hana maʻamau e komo pū ana me:

ʻOki ʻana i ke kuhikuhi

Wili ʻana me ka ʻāwili nui

Wili maikaʻi

Hoʻopili mīkini

ʻO ka Chemical Mechanical Polishing (CMP) ma ke ʻano he hana hope loa

He mea koʻikoʻi ke koho ʻana o ke ʻano CMP, ka hoʻolālā ala hana, a me ka hoʻonui ʻana i nā palena. I ka hana semiconductor, ʻo CMP ke kaʻina hana hoʻoholo no ka hana ʻana i nā wafers SiC me nā ʻili ultra-smooth, kīnā ʻole, a me nā ʻili ʻino ʻole, he mea nui ia no ka ulu ʻana o ka epitaxial kiʻekiʻe.

(a) Wehe i ka ʻiota SiC mai ke kapuahi hoʻoheheʻe;

(b) E hana i ke ʻano mua me ka hoʻohana ʻana i ka wili ʻana i ke anawaena o waho;

(c) E hoʻoholo i ke kuhikuhi ʻana o ke kristal me ka hoʻohana ʻana i nā pālahalaha hoʻonohonoho a i ʻole nā ​​​​notches;

(d) E ʻokiʻoki i ka ʻioka i loko o nā wafers lahilahi me ka hoʻohana ʻana i ka ʻoki ʻana i nā uea he nui;

(e) E hoʻokō i ka laumania o ka ʻili e like me ke aniani ma o nā ʻanuʻu wili a me ka hoʻowali ʻana.

Ma hope o ka hoʻopau ʻana i ke kaʻina hana o nā ʻanuʻu hana, lilo pinepine ka lihi o waho o ka wafer SiC i ʻoi, kahi e hoʻonui ai i ka pilikia o ka haki ʻana i ka wā e lawelawe ai a hoʻohana ʻia paha. I mea e pale aku ai i ia ʻano palupalu, pono ka wili ʻana i ka lihi.

Ma waho aʻe o nā kaʻina hana ʻoki kuʻuna, ʻo kahi ʻano hana hou no ka hoʻomākaukau ʻana i nā wafers SiC e pili ana i ka ʻenehana hoʻopili. Hiki i kēia ala ke hana i ka wafer ma ka hoʻopili ʻana i kahi papa SiC lahilahi hoʻokahi-crystal i kahi substrate heterogeneous (substrate kākoʻo).

Hōʻike ka Kiʻi 3 i ke kahe o ke kaʻina hana:

ʻO ka mea mua, ua hoʻokumu ʻia kahi papa delamination ma kahi hohonu i kuhikuhi ʻia ma luna o ka ʻili o ka kristal hoʻokahi SiC ma o ka hoʻokomo ʻana o ka ion hydrogen a i ʻole nā ​​​​ʻano hana like. A laila ua hoʻopaʻa ʻia ka kristal hoʻokahi SiC i hana ʻia i kahi substrate kākoʻo pālahalaha a kau ʻia i ke kaomi a me ka wela. ʻAe kēia i ka hoʻoili kūleʻa a me ka hoʻokaʻawale ʻana o ka papa kristal hoʻokahi SiC ma luna o ka substrate kākoʻo.

Hoʻomaʻamaʻa ʻia ka papa SiC i hoʻokaʻawale ʻia e ka mālama ʻili e hoʻokō ai i ka pālahalaha e pono ai a hiki ke hoʻohana hou ʻia i nā kaʻina hana hoʻopili ma hope. Ke hoʻohālikelike ʻia me ka ʻoki kuʻuna o nā kristal SiC, hoʻemi kēia ʻenehana i ke koi no nā mea pipiʻi. ʻOiai ke mau nei nā pilikia loea, ke holomua nei ka noiʻi a me ka hoʻomohala ʻana e hiki ai ke hana wafer haʻahaʻa ke kumukūʻai.

Ma muli o ke kiʻekiʻe o ka paʻakikī a me ke kūpaʻa kemika o SiC—ka mea e kū ai i nā hopena i ka mahana o ka lumi—pono ka hoʻopili ʻana i ka mīkini e wehe i nā lua wili maikaʻi, hoʻēmi i ka pōʻino o ka ʻili, hoʻopau i nā ʻōpala, nā lua, a me nā kīnā o ka ʻili ʻalani, hoʻohaʻahaʻa i ka ʻoʻoleʻa o ka ʻili, hoʻomaikaʻi i ka palahalaha, a hoʻonui i ka maikaʻi o ka ʻili.

No ka hoʻokō ʻana i kahi ʻili i hoʻopili maikaʻi ʻia, pono ia:

Hoʻoponopono i nā ʻano abrasive,

E hōʻemi i ka nui o nā ʻāpana,

Hoʻonui i nā palena hana,

E koho i nā mea hoʻopili a me nā pads me ka paʻakikī kūpono.

Hōʻike ka Kiʻi 7 e hiki i ka hoʻopili ʻana i ʻelua ʻaoʻao me nā mea abrasive 1 μm ke kāohi i ka pālahalaha a me ka ʻokoʻa o ka mānoanoa i loko o 10 μm, a hoʻemi i ka ʻoʻoleʻa o ka ʻili i kahi o 0.25 nm.

3.2 Ka Hoʻopololei Kemika Mekanika (CMP)

Hoʻohui ka Chemical Mechanical Polishing (CMP) i ka abrasion ʻāpana ultrafine me ke kālai kemika e hana i kahi ʻili laumania a planar ma luna o ka mea e hana ʻia nei. ʻO ke kumu nui:

Hana ʻia kahi hopena kemika ma waena o ka slurry polishing a me ka ʻili wafer, e hana ana i kahi papa palupalu.

ʻO ka haʻalulu ma waena o nā ʻāpana abrasive a me ka papa palupalu e wehe ai i ka mea.

Nā pono o ka CMP:

Lanakila i nā hemahema o ka polishing mechanical a kemika paha,

Hoʻokō i ka planarization honua a me ke kūloko,

Hoʻopuka i nā ʻili me ka pālahalaha kiʻekiʻe a me ka ʻoʻoleʻa haʻahaʻa,

ʻAʻole waiho i ka ʻino o ka ʻili a i ʻole ka lalo o ka ʻili.

Ma ke kikoʻī:

Neʻe ka wafer e pili ana i ka pad polishing ma lalo o ke kaomi.

ʻO nā mea abrasives nanometer-scale (e like me SiO₂) i loko o ka slurry e komo i ka ʻoki ʻana, hoʻonāwaliwali i nā pilina covalent Si-C a hoʻoikaika i ka wehe ʻana i nā mea.

Nā ʻano hana CMP:

Ka Hoʻowali ʻAbrasive Manuahi: Hoʻokuʻu ʻia nā Abrasives (e laʻa, SiO₂) i loko o ka slurry. Hana ʻia ka wehe ʻana o nā mea ma o ka abrasion ʻekolu-kino (wafer-pad-abrasive). Pono e hoʻomalu pono ʻia ka nui o ka abrasive (maʻamau 60-200 nm), pH, a me ka mahana e hoʻomaikaʻi i ka like ʻana.

Ka Polishing Paʻa ʻana: Hoʻokomo ʻia nā abrasives i loko o ka pad polishing e pale aku i ka hōʻuluʻulu ʻana—kūpono no ka hana ʻana me ka pololei kiʻekiʻe.

Hoʻomaʻemaʻe Ma hope o ka Polishing:

ʻO nā wafers i hoʻopili ʻia e hana nei:

ka hoʻomaʻemaʻe kemika (me ka wehe ʻana i ka wai DI a me nā koena slurry),

ka holoi ʻana i ka wai DI, a me

Hoʻomaloʻo naikokene wela

e hōʻemi i nā mea haumia o ka ʻili.

Ka maikaʻi a me ka hana o ka ʻili

Hiki ke hoʻemi ʻia ka ʻoʻoleʻa o ka ʻili i Ra < 0.3 nm, e hoʻokō ana i nā koi epitaxy semiconductor.

Hoʻolālā Honua: ʻO ka hui pū ʻana o ka palupalu kemika a me ka wehe ʻana i ka mīkini e hōʻemi ana i nā ʻōpala a me ke kālai ʻia ʻana i kūlike ʻole, e ʻoi aku ka maikaʻi ma mua o nā ʻano hana mechanical a kemika paha maʻemaʻe.

Ka Hana Kiʻekiʻe: Kūpono no nā mea paʻakikī a palupalu e like me SiC, me nā helu wehe mea ma luna o 200 nm/h.

Nā ʻenehana hoʻopili hou ʻē aʻe

Ma waho aʻe o CMP, ua hāpai ʻia nā ʻano hana ʻē aʻe, me:

ʻO ka poli ʻana i ke electrochemical, ka poli ʻana a i ʻole ke kālai ʻana i kōkua ʻia e Catalyst, a me

Ka wili ʻana i ka ʻano Tribochemical.

Eia nō naʻe, aia nō kēia mau ʻano hana i ke kahua noiʻi a ua ulu mālie ma muli o nā waiwai mea paʻakikī o SiC.

ʻO ka mea hope loa, ʻo ka hana ʻana o SiC kahi hana mālie o ka hōʻemi ʻana i ke kaua a me ka ʻoʻoleʻa e hoʻomaikaʻi i ka maikaʻi o ka ʻili, kahi e koʻikoʻi ai ka flatness a me ka kaohi ʻana i ka roughness ma kēlā me kēia pae.

ʻenehana hana

I ke kahua wili wafer, hoʻohana ʻia ka slurry daimana me nā nui ʻāpana like ʻole e wili i ka wafer i ka pālahalaha a me ka ʻoʻoleʻa o ka ʻili e pono ai. Ma hope o kēia, e hoʻopili ʻia, me ka hoʻohana ʻana i nā ʻano hana mechanical a me kemika mechanical polishing (CMP) e hana i nā wafers silicon carbide (SiC) i wili ʻole ʻia me ka hōʻino.

Ma hope o ka hoʻopili ʻia ʻana, hana ʻia nā wafers SiC i ka nānā pono ʻana i ka maikaʻi me ka hoʻohana ʻana i nā mea hana e like me nā microscopes optical a me nā diffractometers X-ray e hōʻoia i nā ʻano loea āpau e hoʻokō i nā kūlana i koi ʻia. ʻO ka hope loa, hoʻomaʻemaʻe ʻia nā wafers i hoʻopili ʻia me ka hoʻohana ʻana i nā mea hoʻomaʻemaʻe kūikawā a me ka wai ultrapure e wehe i nā mea haumia o ka ʻili. A laila hoʻomaloʻo ʻia lākou me ka hoʻohana ʻana i ke kinoea nitrogen maʻemaʻe loa a me nā mea hoʻomaloʻo wili, e hoʻopau ana i ke kaʻina hana holoʻokoʻa.

Ma hope o nā makahiki o ka hoʻoikaika ʻana, ua holomua nui ka hana ʻana i ka kristal hoʻokahi SiC ma Kina. Ma ka ʻāina holoʻokoʻa, ua hoʻomohala pono ʻia nā kristal hoʻokahi 4H-SiC semi-insulating 100 mm i hoʻohui ʻia, a hiki ke hana ʻia nā kristal hoʻokahi n-type 4H-SiC a me 6H-SiC i nā ʻāpana. Ua hoʻomohala mua nā ʻoihana e like me TankeBlue lāua ʻo TYST i nā kristal hoʻokahi SiC 150 mm.

Ma ke ʻano o ka ʻenehana hana wafer SiC, ua ʻimi mua nā ʻoihana kūloko i nā kūlana hana a me nā ala no ka ʻoki ʻana i ke aniani, ka wili ʻana, a me ka hoʻopili ʻana. Hiki iā lākou ke hana i nā laʻana e hoʻokō pono i nā koi no ka hana ʻana i nā hāmeʻa. Eia nō naʻe, i ka hoʻohālikelike ʻia me nā kūlana honua, ʻoi aku ka lohi o ka maikaʻi o ka hana ʻana o ka ʻili o nā wafer kūloko. Aia kekahi mau pilikia:

Ua palekana loa nā kumumanaʻo SiC honua a me nā ʻenehana hana a ʻaʻole hiki ke komo maʻalahi.

Loaʻa ka nele o ka noiʻi kumumanaʻo a me ke kākoʻo no ka hoʻomaikaʻi ʻana a me ka hoʻonui ʻana i ke kaʻina hana.

He kiʻekiʻe ke kumukūʻai o ka lawe ʻana mai i nā lako a me nā ʻāpana o nā ʻāina ʻē.

Ke hōʻike nei nā noiʻi kūloko e pili ana i ka hoʻolālā lako, ka pololei o ke kaʻina hana, a me nā mea hana i nā ʻokoʻa koʻikoʻi i hoʻohālikelike ʻia me nā pae honua.

I kēia manawa, ua lawe ʻia mai ka hapa nui o nā mea hana pololei kiʻekiʻe i hoʻohana ʻia ma Kina. Pono nō hoʻi ka hoʻomaikaʻi hou ʻana i nā lako hoʻāʻo a me nā ʻano hana.

Me ka hoʻomau ʻana o ka hoʻomohala ʻana o nā semiconductors hanauna ʻekolu, ke piʻi mau nei ke anawaena o nā substrates kristal hoʻokahi SiC, me nā koi kiʻekiʻe no ka maikaʻi o ka hana ʻana i ka ʻili. Ua lilo ka ʻenehana hana wafer i kekahi o nā ʻanuʻu paʻakikī loa ma hope o ka ulu ʻana o ka kristal hoʻokahi SiC.

I mea e hoʻoponopono ai i nā pilikia o kēia manawa i ka hana ʻana, he mea nui e aʻo hou aku i nā ʻano hana e pili ana i ka ʻoki ʻana, ka wili ʻana, a me ka poli ʻana, a e ʻimi i nā ʻano hana kūpono a me nā ala no ka hana ʻana i nā wafer SiC. I ka manawa like, pono e aʻo mai nā ʻenehana hana honua holomua a hoʻohana i nā ʻenehana mīkini ultra-precision kiʻekiʻe loa a me nā lako hana e hana i nā substrates kiʻekiʻe.

I ka piʻi ʻana o ka nui o ka wafer, piʻi pū ka paʻakikī o ka ulu ʻana a me ka hana ʻana o ke kristal. Eia nō naʻe, hoʻomaikaʻi nui ka pono o ka hana ʻana o nā mea hana ma hope, a ua hoʻemi ʻia ke kumukūʻai o kēlā me kēia ʻāpana. I kēia manawa, hāʻawi nā mea hoʻolako wafer SiC nui ma ka honua holoʻokoʻa i nā huahana mai 4 ʻīniha a 6 ʻīniha ke anawaena. Ua hoʻomaka mua nā hui alakaʻi e like me Cree lāua ʻo II-VI i ka hoʻolālā no ka hoʻomohala ʻana i nā laina hana wafer SiC 8-ʻīniha.