SiC oblea prozesatzeko teknologiaren egungo egoera eta joerak

Hirugarren belaunaldiko erdieroaleen substratu-material gisa,silizio karburoa (SiC)Kristal bakarreko kristalak aplikazio-aukera zabalak ditu maiztasun handiko eta potentzia handiko gailu elektronikoen fabrikazioan. SiC-aren prozesatzeko teknologiak paper erabakigarria du kalitate handiko substratu-materialen ekoizpenean. Artikulu honek SiC prozesatzeko teknologien ikerketaren egoera aurkezten du, bai Txinan bai atzerrian, ebaketa, artezketa eta leuntze-prozesuen mekanismoak aztertuz eta alderatuz, baita oblearen lautasunaren eta gainazalaren zimurtasunaren joerak ere. Era berean, SiC oblearen prozesamenduan dauden erronkak adierazten ditu eta etorkizuneko garapen-norabideak eztabaidatzen ditu.

Silizio karburoa (SiC)Obleak funtsezko oinarrizko materialak dira hirugarren belaunaldiko erdieroale gailuetarako eta garrantzi eta merkatu potentzial handia dute mikroelektronika, potentzia elektronika eta erdieroaleen argiztapena bezalako arloetan. Gogortasun eta egonkortasun kimiko oso handia dela eta...SiC kristal bakarrekoak, erdieroaleen prozesatzeko metodo tradizionalak ez dira guztiz egokiak haien mekanizaziorako. Nazioarteko enpresa askok SiC kristal bakarreko prozesamendu tekniko zorrotzari buruzko ikerketa zabala egin duten arren, teknologia garrantzitsuak guztiz konfidentzialak dira.

Azken urteotan, Txinak ahaleginak areagotu ditu SiC kristal bakarreko materialak eta gailuak garatzeko. Hala ere, herrialdean SiC gailuen teknologiaren aurrerapena prozesatzeko teknologien eta oblearen kalitatearen mugek mugatzen dute gaur egun. Hori dela eta, ezinbestekoa da Txinarentzat SiC prozesatzeko gaitasunak hobetzea SiC kristal bakarreko substratuen kalitatea hobetzeko eta haien aplikazio praktikoa eta ekoizpen masiboa lortzeko.

Prozesatzeko urrats nagusiak hauek dira: ebaketa → artezketa lodia → artezketa fina → leuntze zakarra (leuntze mekanikoa) → leuntze fina (leuntze kimiko mekanikoa, CMP) → ikuskapena.

SiC kristal bakarreko ebaketa

Prozesamenduan.SiC kristal bakarrekoak, ebaketa da lehenengo urratsa eta oso kritikoa. Ebaketa-prozesuaren ondoriozko oblearen kurbadurak, deformazioak eta lodiera osoaren aldaketak (TTV) ondorengo artezketa- eta leuntze-eragiketen kalitatea eta eraginkortasuna zehazten dute.

Ebaketa-erremintak formaren arabera sailka daitezke diamantezko barne-diametroko (ID) zerretan, kanpoko-diametroko (OD) zerretan, zinta-zerretan eta alanbre-zerretan. Alanbre-zerrak, aldi berean, mugimendu motaren arabera sailka daitezke: atzerakoi eta begizta- (amaierarik gabeko) alanbre-sistemetan. Urratzailearen ebaketa-mekanismoaren arabera, alanbre-zerraren ebakitze-teknikak bi motatan bana daitezke: urratzaile libreko alanbre-zerra eta urratzaile finkoko diamantezko alanbre-zerra.

1.1 Ebaketa-metodo tradizionalak

Kanpoko diametroko (OD) zerren ebaketa-sakonera palaren diametroak mugatzen du. Ebaketa-prozesuan, palak bibrazio eta desbideratze joera du, eta horrek zarata-maila handia eta zurruntasun eskasa sortzen ditu. Barneko diametroko (ID) zerrek diamantezko urratzaileak erabiltzen dituzte palaren barneko zirkunferentzian ebaketa-ertz gisa. Pala hauek 0,2 mm-ko meheak izan daitezke. Xerratan, ID pala abiadura handian biratzen da, moztu beharreko materiala palaren erdigunearekiko erradialki mugitzen den bitartean, mugimendu erlatibo horren bidez ebaketa lortuz.

Diamantezko zinta-zerrek geldialdi eta alderantzikapen maiz behar dituzte, eta ebaketa-abiadura oso baxua da, normalean ez du 2 m/s-tik gorakoa izaten. Gainera, higadura mekaniko handia eta mantentze-kostu handiak jasaten dituzte. Zerra-xaflaren zabalera dela eta, ebaketa-erradioa ezin da txikiegia izan, eta ez da posible xerra anitzeko ebaketa egitea. Zerra-tresna tradizional hauek oinarriaren zurruntasunak mugatzen ditu eta ezin dituzte ebaketa kurbatuak egin edo biraketa-erradio mugatuak dituzte. Ebaketa zuzenak bakarrik egiteko gai dira, ebaki zabalak sortzen dituzte, etekin-tasa baxua dute eta, beraz, ez dira egokiak ebaketa egiteko.SiC kristalak.

1.2 Alanbrezko zerra urratzaile librea, alanbre anitzeko ebaketa

Alanbre-zerra bidezko ebakitze-teknikak alanbrearen mugimendu azkarra erabiltzen du lokatza ebakidura-zuloan eramateko, materiala kentzeko aukera emanez. Batez ere, egitura errepikakor bat erabiltzen du, eta gaur egun metodo heldua eta asko erabiltzen da silizio monokristala modu eraginkorrean ebakitzeko. Hala ere, SiC ebakitzean duen aplikazioa ez da hain sakon aztertu.

Alanbre-zerra urratzaile askeek 300 μm baino gutxiagoko lodiera duten obleak prozesatu ditzakete. Ebakidura-galera txikia eskaintzen dute, gutxitan eragiten dute txirbiltzea eta gainazalaren kalitate nahiko ona ematen dute. Hala ere, materiala kentzeko mekanismoa dela eta —urratzaileen biribilketan eta indentazioan oinarrituta—, obalearen gainazalak hondar-tentsio handia, mikropitzadurak eta kalte-geruza sakonagoak garatzeko joera du. Horrek obalearen deformazioa eragiten du, gainazalaren profilaren zehaztasuna kontrolatzea zailtzen du eta ondorengo prozesatzeko urratsen karga handitzen du.

Ebaketa-errendimenduan eragin handia du lohiak; urratzaileen zorroztasuna eta lohiaren kontzentrazioa mantendu behar dira. Lohiaren tratamendua eta birziklapena garestiak dira. Lingote handiak moztean, urratzaileek zailtasunak dituzte ebaki sakon eta luzeetan sartzeko. Urratzaile-aleen tamaina beraren pean, ebaki-galera handiagoa da urratzaile finkoko alanbre-zerrekin alderatuta.

1.3 Diamantezko alanbrezko zerra finko urratzailea Hari anitzeko ebaketa

Diamantezko alanbrezko zerra finko urratzaileak normalean diamante partikulak altzairuzko alanbre substratu batean txertatuz egiten dira, galvanizazio, sinterizazio edo erretxina lotura metodoen bidez. Elektrolizatutako diamantezko alanbrezko zerrek abantailak eskaintzen dituzte, hala nola ebaki estuagoak, xerra kalitate hobea, eraginkortasun handiagoa, kutsadura txikiagoa eta gogortasun handiko materialak mozteko gaitasuna.

Gaur egun, SiC ebakitzeko gehien erabiltzen den metodoa diamantezko alanbre-zerra da. 1. irudiak (hemen ez da erakusten) teknika honekin moztutako SiC obleen gainazalaren lautasuna erakusten du. Ebaketa aurrera doan heinean, oblearen deformazioa handitzen da. Hau gertatzen da alanbrearen eta materialaren arteko kontaktu-eremua handitzen delako alanbrea beherantz mugitzen den heinean, erresistentzia eta alanbrearen bibrazioa handituz. Alanbrea oblearen diametro maximora iristen denean, bibrazioa gailurrean dago, eta ondorioz deformazio maximoa gertatzen da.

Ebaketaren azken faseetan, alanbrea azelerazioa, abiadura egonkorreko mugimendua, dezelerazioa, gelditzea eta alderantzikatzea jasaten duelako, hozgarriarekin hondakinak kentzeko zailtasunekin batera, oblearen gainazalaren kalitatea hondatzen da. Hariaren alderantzikatzea eta abiaduraren gorabeherak, baita alanbrean dauden diamante partikula handiak ere, dira gainazaleko marraduraren arrazoi nagusiak.

1.4 Bereizketa Hotzeko Teknologia

SiC kristal bakarrekoen bereizketa hotza prozesu berritzailea da hirugarren belaunaldiko erdieroaleen materialen prozesamenduaren arloan. Azken urteotan, arreta handia erakarri du errendimendua hobetzeko eta material-galera murrizteko dituen abantaila nabarmenengatik. Teknologia hiru alderditatik azter daiteke: funtzionamendu-printzipioa, prozesu-fluxua eta abantaila nagusiak.

Kristalaren Orientazioaren Zehaztapena eta Kanpoko Diametroaren Artezketa: Prozesatu aurretik, SiC lingotearen kristalaren orientazioa zehaztu behar da. Ondoren, lingotea egitura zilindriko batean moldatzen da (normalean SiC disko deitzen zaio) kanpoko diametroaren artezketa bidez. Urrats honek ondorengo norabideko ebaketa eta xerraketaren oinarriak ezartzen ditu.

Hari Anitzeko Ebaketa: Metodo honek partikula urratzaileak erabiltzen ditu hari ebakitzaileekin konbinatuta lingote zilindrikoa ebakitzeko. Hala ere, ebakidura-galera eta gainazaleko irregulartasun arazo handiak ditu.

Laser bidezko ebaketa teknologia: Laser bat erabiltzen da kristalaren barruan geruza aldatu bat osatzeko, eta bertatik xerra meheak askatu daitezke. Ikuspegi honek material-galera murrizten du eta prozesatzeko eraginkortasuna hobetzen du, eta horrek SiC oblea ebaketa egiteko norabide berri eta itxaropentsua bihurtzen du.

Ebaketa Prozesuen Optimizazioa

Hari anitzeko ebaketa urratzaile finkoarekin: Gaur egun teknologia nagusia da, SiC-ren gogortasun handiko ezaugarrietarako egokia.

Deskarga Elektrikoko Mekanizazioa (EDM) eta Bereizketa Hotzeko Teknologia: Metodo hauek eskakizun espezifikoetara egokitutako irtenbide dibertsifikatuak eskaintzen dituzte.

Leuntzeko prozesua: Ezinbestekoa da materiala kentzeko abiadura eta gainazaleko kaltea orekatzea. Leuntze kimiko mekanikoa (LMP) erabiltzen da gainazalaren uniformetasuna hobetzeko.

Denbora Errealeko Monitorizazioa: Lineako ikuskapen-teknologiak sartzen dira gainazaleko zimurtasuna denbora errealean monitorizatzeko.

Laser bidezko ebakidura: Teknika honek ebaki-galera murrizten du eta prozesatzeko zikloak laburtzen ditu, nahiz eta termikoki kaltetutako eremua erronka bat izaten jarraitzen duen.

Prozesatzeko Teknologia Hibridoak: Metodo mekanikoak eta kimikoak konbinatzeak prozesatzeko eraginkortasuna hobetzen du.

Teknologia honek dagoeneko lortu du aplikazio industriala. Infineonek, adibidez, SILTECTRA eskuratu zuen eta orain 8 hazbeteko obleak ekoizteko oinarrizko patenteak ditu. Txinan, Delong Laser bezalako enpresek lingote bakoitzeko 30 oblea lortu dute 6 hazbeteko obleak prozesatzeko, eta horrek % 40ko hobekuntza adierazten du metodo tradizionalen aldean.

Etxeko ekipamenduen fabrikazioa bizkortzen den heinean, teknologia hau SiC substratuen prozesatzeko irtenbide nagusia izatea espero da. Material erdieroaleen diametroa handitzen den heinean, ebaketa-metodo tradizionalak zaharkituta geratu dira. Gaur egungo aukeren artean, diamantezko alanbrezko zerra-teknologia alternatiboak aplikazio-perspektiba itxaropentsuenak erakusten ditu. Laser bidezko ebaketak, teknika berri gisa, abantaila nabarmenak eskaintzen ditu eta etorkizunean ebaketa-metodo nagusia izatea aurreikusten da.

2.SiC kristal bakarreko ehotzea

Hirugarren belaunaldiko erdieroaleen ordezkari gisa, silizio karburoak (SiC) abantaila nabarmenak eskaintzen ditu bere banda-tarte zabalagatik, matxura-eremu elektriko handiagatik, saturazio-elektroien desplazamendu-abiadura handiagatik eta eroankortasun termiko bikainagatik. Propietate hauek SiC bereziki abantailagarria bihurtzen dute tentsio handiko aplikazioetan (adibidez, 1200V-ko inguruneetan). SiC substratuen prozesatzeko teknologia gailuen fabrikazioaren funtsezko atala da. Substratuaren gainazalaren kalitateak eta zehaztasunak zuzenean eragiten diote epitaxial geruzaren kalitateari eta azken gailuaren errendimenduari.

Artezketa prozesuaren helburu nagusia gainazaleko zerra-markak eta ebakitzean sortutako kalte-geruzak kentzea eta ebakitze-prozesuak eragindako deformazioa zuzentzea da. SiC-ren gogortasun oso handia dela eta, artezketak boro karburoa edo diamantea bezalako urratzaile gogorrak erabiltzea eskatzen du. Artezketa konbentzionala normalean artezketa lodian eta artezketa finetan banatzen da.

2.1 Ehotze lodia eta fina

Ehotzeko prozesua urratzaile partikulen tamainaren arabera sailka daiteke:

Artezketa lodia: Urratzaile handiagoak erabiltzen ditu batez ere zerra-markak eta xerratzean sortutako kalte-geruzak kentzeko, prozesatzeko eraginkortasuna hobetuz.

Artezketa fina: Urratzaile finagoak erabiltzen ditu artezketa lodiak utzitako kalte-geruza kentzeko, gainazalaren zimurtasuna murrizteko eta gainazalaren kalitatea hobetzeko.

Bertako SiC substratuen fabrikatzaile askok ekoizpen-prozesu handiak erabiltzen dituzte. Metodo ohiko bat alde bikoitzeko artezketa da, burdinurtuzko plaka bat eta diamante monokristalinozko lohia erabiliz. Prozesu honek alanbre-zerrak utzitako kalte-geruza eraginkortasunez kentzen du, oblearen forma zuzentzen du eta TTV (Total Thickness Variation), Curb eta Warp murrizten ditu. Materiala kentzeko tasa egonkorra da, normalean 0,8-1,2 μm/min-ra iristen da. Hala ere, ondoriozko oblearen gainazala matea da, zimurtasun nahiko handiarekin —normalean 50 nm ingurukoa—, eta horrek ondorengo leuntze-urratsetan eskakizun handiagoak ezartzen ditu.

2.2 Alde bakarreko artezketa

Alde bakarreko artezketak oblearen alde bakarra prozesatzen du aldi berean. Prozesu honetan, oblea argizari-plaka baten gainean muntatzen da. Presiopean, substratuak deformazio txiki bat jasaten du eta goiko gainazala lautu egiten da. Artezketaren ondoren, beheko gainazala berdindu egiten da. Presioa kentzen denean, goiko gainazalak bere jatorrizko forma berreskuratzeko joera du, eta horrek dagoeneko arteztutako beheko gainazalari ere eragiten dio, bi aldeak deformatu eta lautasuna galtzea eraginez.

Gainera, ehotzeko plaka denbora gutxian ahurra bihur daiteke, eta horrek oblea ganbil bihurtzea eragin dezake. Plakaren lautasuna mantentzeko, maiz leuntzea beharrezkoa da. Eraginkortasun txikia eta oblearen lautasun eskasa direla eta, alde bakarreko ehotzea ez da egokia ekoizpen masiborako.

Normalean, #8000 artezketa-gurpilak erabiltzen dira artezketa finetarako. Japonian, prozesu hau nahiko heldua da eta #30000 leuntzeko gurpilak ere erabiltzen ditu. Horri esker, prozesatutako obleen gainazaleko zimurtasuna 2 nm-tik beherakoa da, obleak CMP (Leuntze Kimiko Mekanikoa) azkenerako prest utziz, prozesaketa gehigarririk gabe.

2.3 Alde bakarreko mehetze-teknologia

Diamantezko Alde Bakarreko Mehetze Teknologia alde bakarreko artezketarako metodo berritzailea da. 5. irudian (hemen ez da erakusten) erakusten den bezala, prozesuak diamantezko lotura duen artezketa-plaka bat erabiltzen du. Oblea hutsean adsorzioaren bidez finkatzen da, eta oblea eta diamantezko artezketa-gurpila aldi berean biratzen dira. Artezketa-gurpila pixkanaka behera mugitzen da oblea helburuko lodierara mehetzeko. Alde bat amaitutakoan, oblea irauli egiten da beste aldea prozesatzeko.

Mehetu ondoren, 100 mm-ko oblea batek honako hau lor dezake:

Arkua < 5 μm

TTV < 2 μm

Gainazaleko zimurtasuna < 1 nm

Oblea bakarreko prozesatzeko metodo honek egonkortasun handia, koherentzia bikaina eta materiala kentzeko tasa handia eskaintzen ditu. Ohiko alde bikoitzeko ehotzearekin alderatuta, teknika honek % 50 baino gehiago hobetzen du ehotze-eraginkortasuna.

2.4 Bi aldeetako artezketa

Bi aldeetako artezketak goiko eta beheko artezketa-plaka bana erabiltzen ditu substratuaren bi aldeak aldi berean artezteko, bi aldeetan gainazal-kalitate bikaina bermatuz.

Prozesuan zehar, artezketa-plakek lehenik presioa egiten dute piezaren punturik altuenetan, deformazioa eraginez eta puntu horietan materiala pixkanaka kentzen dena. Puntu altuenak berdindu ahala, substratuaren gaineko presioa pixkanaka uniformeagoa bihurtzen da, eta ondorioz, gainazal osoan deformazio koherentea lortzen da. Horri esker, goiko eta beheko gainazalak uniformeki artez daitezke. Artezketa amaitu eta presioa askatu ondoren, substratuaren zati bakoitza uniformeki berreskuratzen da, jasan duen presio berdinari esker. Horrek deformazio minimoa eta lautasun ona dakar.

Oblearen gainazalaren zimurtasuna ehotzearen ondoren urratzaile partikulen tamainaren araberakoa da; partikula txikiagoek gainazal leunagoak ematen dituzte. 5 μm-ko urratzaileak erabiltzen direnean bi aldeetako ehotzeko, oblearen lautasunaren eta lodieraren aldaketa 5 μm-ren barruan kontrola daiteke. Indar Atomikoen Mikroskopia (AFM) neurketek 100 nm inguruko gainazalaren zimurtasuna (Rq) erakusten dute, 380 nm-ko sakonerako ehotze-zuloekin eta urratzailearen ekintzak eragindako marka lineal ikusgaiekin.

Metodo aurreratuago batek bi aldeetako artezketa dakar, poliuretanozko apar-zapiak diamante polikristalinozko lohiarekin konbinatuz. Prozesu honek gainazaleko zimurtasun oso txikiko obleak sortzen ditu, Ra < 3 nm lortuz, eta hori oso onuragarria da SiC substratuen ondorengo leuntzeko.

Hala ere, gainazaleko marradurak konpondu gabeko arazoa izaten jarraitzen du. Gainera, prozesu honetan erabiltzen den diamante polikristalinoa sintesi lehergarriaren bidez ekoizten da, eta hori teknikoki erronka bat da, kantitate txikiak ematen ditu eta oso garestia da.

SiC kristal bakarreko leuntzea

Silizio karburozko (SiC) obleetan gainazal leundu eta kalitate handikoa lortzeko, leuntzeak erabat kendu behar ditu ehotze-zuloak eta nanometro-eskalako gainazaleko uhinak. Helburua gainazal leun eta akatsik gabekoa sortzea da, kutsadurarik edo degradaziorik gabe, azpiko kalterik gabe eta gainazaleko tentsio hondarrik gabe.

3.1 SiC obleen leuntze mekanikoa eta CMP

SiC kristal bakarreko lingote baten hazkuntzaren ondoren, gainazaleko akatsek epitaxial hazkunderako zuzenean erabiltzea eragozten dute. Beraz, prozesaketa gehiago behar da. Lingoteari lehenik forma zilindriko estandarra ematen zaio biribilduz, ondoren alanbre ebakidura erabiliz obleetan mozten zaio, eta ondoren orientazio kristalografikoa egiaztatzen da. Leuntzea funtsezko urratsa da oblearen kalitatea hobetzeko, kristalen hazkuntza akatsek eta aurreko prozesatzeko urratsek eragindako gainazaleko kalte potentzialak konpontzen baititu.

SiC-ko gainazaleko kalte-geruzak kentzeko lau metodo nagusi daude:

Leuntze mekanikoa: Erraza da, baina marradurak uzten ditu; hasierako leuntzerako egokia.

Leuntze Kimiko Mekanikoa (LME): Marradurak kentzen ditu grabatu kimikoaren bidez; leuntze zehatzerako egokia.

Hidrogeno bidezko grabatua: HTCVD prozesuetan erabili ohi den ekipamendu konplexua behar du.

Plasma bidezko leuntzea: Konplexua eta gutxitan erabiltzen dena.

Leuntze mekanikoak soilik marradurak eragin ohi ditu, leuntze kimikoak soilik, berriz, grabatu irregularra sor dezake. CMP-k bi abantailak konbinatzen ditu eta irtenbide eraginkor eta kostu-eraginkorra eskaintzen du.

CMPren funtzionamendu-printzipioa

CMP-k oblea presio jakin baten pean biratzen du leuntzeko alfonbra baten kontra. Mugimendu erlatibo horrek, lohian dauden nano-tamainako urratzaileen urradura mekanikoarekin eta agente erreaktiboen ekintza kimikoarekin konbinatuta, gainazalaren planarizazioa lortzen du.

Erabilitako material nagusiak:

Leuntzeko lohia: Urratzaileak eta erreaktibo kimikoak ditu.

Leuntzeko diskoa: Erabilera bitartean higatu egiten da, poroen tamaina eta lohiaren banaketaren eraginkortasuna murriztuz. Leuntzeko aldizkako leunketa, normalean diamantezko leungailu bat erabiliz, beharrezkoa da zimurtasuna berreskuratzeko.

CMP prozesu tipikoa

Urratzailea: 0,5 μm-ko diamante-lohia

Helburuaren gainazalaren zimurtasuna: ~0,7 nm

Leuntze kimiko mekanikoa:

Leuntzeko ekipamendua: AP-810 alde bakarreko leuntzeko makina

Presioa: 200 g/cm²

Plaka abiadura: 50 bira/min

Zeramikazko euskarriaren abiadura: 38 bira/min

Lohiaren konposizioa:

SiO₂ (% 30 pisuan, pH = 10,15)

% 0–70 pisuko H₂O₂ (% 30 pisuko erreaktibo maila)

Doitu pH-a 8,5era % 5eko KOH eta % 1eko HNO₃ erabiliz.

Lohi-emaria: 3 L/min, birzirkulatua

Prozesu honek SiC oblearen kalitatea hobetzen du modu eraginkorrean eta ondorengo prozesuen eskakizunak betetzen ditu.

Leuntze Mekanikoaren Erronka Teknikoak

SiC-k, banda-tarte zabaleko erdieroale gisa, funtsezko zeregina du elektronikaren industrian. Propietate fisiko eta kimiko bikainak dituztenez, SiC kristal bakarrekoek ingurune muturrekoetarako egokiak dira, hala nola tenperatura altuetarako, maiztasun handikoetarako, potentzia handikoetarako eta erradiazioarekiko erresistentziarako. Hala ere, bere izaera gogorrak eta hauskorrak erronka handiak sortzen ditu artezketa eta leuntze lanetarako.

Munduko fabrikatzaile nagusiek 6 hazbeteko obleetatik 8 hazbeteko obleetara igarotzen diren heinean, prozesamenduan zehar pitzadurak eta obleen kalteak bezalako arazoak gero eta nabarmenagoak bihurtu dira, eta horrek eragin handia izan du errendimenduan. 8 hazbeteko SiC substratuen erronka teknikoei aurre egitea funtsezko erreferentzia da orain industriaren aurrerapenerako.

8 hazbeteko aroan, SiC obleen prozesamenduak hainbat erronkari aurre egin behar die:

Oblearen eskalatzea beharrezkoa da txiparen ekoizpena lote bakoitzeko handitzeko, ertz-galerak murrizteko eta ekoizpen-kostuak jaisteko, batez ere ibilgailu elektrikoen aplikazioetan eskaera gero eta handiagoa dela eta.

8 hazbeteko SiC kristal bakarreko hazkundea heldu den arren, ehotzea eta leuntzea bezalako atzeko muturreko prozesuek oraindik oztopoak dituzte, eta horren ondorioz errendimendu baxuak daude (% 40-50 bakarrik).

Oblea handiagoek presio-banaketa konplexuagoak jasaten dituzte, eta horrek zailtasunak areagotzen ditu leuntze-tentsioa eta errendimenduaren koherentzia kudeatzeko.

8 hazbeteko obleten lodiera 6 hazbeteko obleten lodierara hurbiltzen ari den arren, manipulatzean kalte gehiago jasaten dituzte estresaren eta deformazioaren ondorioz.

Ebaketarekin lotutako tentsioa, deformazioa eta pitzadurak murrizteko, laser bidezko ebaketa gero eta gehiago erabiltzen da. Hala ere:

Uhin-luzera handiko laserrek kalte termikoak eragiten dituzte.

Uhin-luzera laburreko laserrek hondakin astunak sortzen dituzte eta kalte-geruza sakontzen dute, leuntzearen konplexutasuna handituz.

SiC-rako leuntze mekanikoaren lan-fluxua

Prozesu orokorraren fluxua honako hauek barne hartzen ditu:

Orientazio-ebaketa

Ehotze lodia

Ehotze fina

Leuntze mekanikoa

Leuntze kimiko-mekanikoa (CMP) azken urrats gisa

CMP metodoaren aukera, prozesu-ibilbidearen diseinua eta parametroen optimizazioa funtsezkoak dira. Erdieroaleen fabrikazioan, CMP urrats erabakigarria da SiC obleak ekoizteko, gainazal ultra-leunak, akatsik gabekoak eta kalterik gabekoak, eta horiek ezinbestekoak dira kalitate handiko hazkunde epitaxialerako.

(a) Kendu SiC lingotea gurutzetik;

(b) Kanpoko diametroaren artezketa erabiliz hasierako moldaketa egin;

(c) Zehaztu kristalaren orientazioa lerrokatze-lauak edo koskak erabiliz;

(d) Lingotea oblea meheetan moztu, hari anitzeko zerra erabiliz;

(e) Ispilu-antzeko gainazal leuntasuna lortu artezketa eta leuntze urratsen bidez.

Prozesatzeko urrats sorta amaitu ondoren, SiC oblearen kanpoko ertza zorrotz bihurtzen da askotan, eta horrek areagotzen du manipulatzean edo erabiltzean txirbiltzeko arriskua. Hauskortasun hori ekiditeko, ertzak leundu behar dira.

Ohiko ebaketa-prozesuez gain, SiC obleak prestatzeko metodo berritzaile batek lotura-teknologia dakar. Ikuspegi honek obleak fabrikatzea ahalbidetzen du SiC kristal bakarreko geruza mehe bat substratu heterogeneo bati (euskarri-substratua) lotuz.

3. irudiak prozesuaren fluxua erakusten du:

Lehenik eta behin, delaminazio-geruza bat sortzen da sakonera jakin batean SiC kristal bakarreko gainazalean hidrogeno ioien inplantazioaren edo antzeko tekniken bidez. Prozesatutako SiC kristal bakarrea substratu lau bati lotzen zaio eta presio eta beropean jartzen da. Horri esker, SiC kristal bakarreko geruza substratu euskarrira behar bezala transferitu eta bereizi daiteke.

Bereizitako SiC geruza gainazaleko tratamendua jasaten da beharrezko lautasuna lortzeko eta ondorengo lotura-prozesuetan berrerabili daiteke. SiC kristalen ebaketa tradizionalarekin alderatuta, teknika honek material garestiak behar izatea murrizten du. Erronka teknikoak oraindik ere badaude ere, ikerketa eta garapena aktiboki aurrera egiten ari dira kostu txikiagoko obleen ekoizpena ahalbidetzeko.

SiC-ren gogortasun handia eta egonkortasun kimikoa kontuan hartuta —giro-tenperaturan erreakzioekiko erresistentea egiten duena—, leuntze mekanikoa beharrezkoa da ehotze-zulo finak kentzeko, gainazaleko kalteak murrizteko, marradurak, zuloak eta laranja azalaren akatsak ezabatzeko, gainazaleko zimurtasuna gutxitzeko, lautasuna hobetzeko eta gainazalaren kalitatea hobetzeko.

Kalitate handiko gainazal leundua lortzeko, beharrezkoa da:

Doitu urratzaile motak,

Partikulen tamaina murriztu,

Prozesuaren parametroak optimizatu,

Aukeratu gogortasun egokia duten leuntzeko materialak eta zapiak.

7. irudiak erakusten du 1 μm-ko urratzaileekin alde bikoitzeko leuntzeak lautasuna eta lodieraren aldaketa 10 μm-tan kontrola ditzakeela, eta gainazaleko zimurtasuna 0,25 nm ingurura murriztu.

3.2 Leuntze Kimiko Mekanikoa (LME)

Leuntze Kimiko Mekanikoak (LME) partikula ultrafinen urradura eta grabatze kimikoa konbinatzen ditu prozesatzen ari den materialaren gainazal leun eta laua sortzeko. Oinarrizko printzipioa hau da:

Erreakzio kimiko bat gertatzen da leuntzeko lohiaren eta oblearen gainazalaren artean, geruza bigun bat sortuz.

Partikula urratzaileen eta geruza bigunaren arteko marruskadurak materiala kentzen du.

CMPren abantailak:

Leuntze mekaniko edo kimiko hutsaren eragozpenak gainditzen ditu,

Planifikazio globala eta lokala lortzen ditu,

Lautasun handiko eta zimurtasun txikiko gainazalak sortzen ditu,

Ez du kalterik uzten gainazalean edo lur azpian.

Xehetasunetan:

Oblea leuntzeko alfonbrarekiko mugitzen da presiopean.

Nanometro eskalako urratzaileek (adibidez, SiO₂) lohian parte hartzen dute zizailaduran, Si-C lotura kobalenteak ahulduz eta materialaren kentzea hobetuz.

CMP Teknika Motak:

Urratzaile Librearen Leuntzea: Urratzaileak (adibidez, SiO₂) lohian esekita daude. Materiala hiru gorputzeko urraduraren bidez kentzen da (oblea-kuxin-urratzailea). Urratzailearen tamaina (normalean 60-200 nm), pH-a eta tenperatura zehatz-mehatz kontrolatu behar dira uniformetasuna hobetzeko.

Urratzaile Finkoen Leuntzea: Urratzaileak leuntzeko alfonbran txertatuta daude metatzea saihesteko, zehaztasun handiko prozesamendurako aproposa.

Leuntze osteko garbiketa:

Oblea leunduek honako hau jasaten dute:

Garbiketa kimikoa (ur deionizatua eta lokatz-hondakinak kentzea barne),

DI urarekin garbiketa, eta

Nitrogeno beroaren lehortzea

gainazaleko kutsatzaileak gutxitzeko.

Gainazalaren Kalitatea eta Errendimendua

Gainazaleko zimurtasuna Ra < 0,3 nm-ra murriztu daiteke, erdieroaleen epitaxia-eskakizunak betez.

Planarizazio Globala: Biguntze kimikoaren eta kentze mekanikoaren konbinazioak marradurak eta grabatu irregularrak murrizten ditu, metodo mekaniko edo kimiko hutsak gaindituz.

Eraginkortasun Handia: SiC bezalako material gogor eta hauskorretarako egokia, 200 nm/h-tik gorako material-kentze-tasekin.

Beste leuntze teknika emergente batzuk

CMPz gain, beste metodo batzuk proposatu dira, besteak beste:

Leuntze elektrokimikoa, katalizatzailez lagundutako leuntzea edo grabatzea, eta

Leuntze tribokimikoa.

Hala ere, metodo hauek oraindik ikerketa fasean daude eta poliki garatu dira SiC-ren material propietate zailak direla eta.

Azken finean, SiC prozesamendua gainazalaren kalitatea hobetzeko deformazioa eta zimurtasuna murrizteko prozesu mailakatua da, non lautasuna eta zimurtasunaren kontrola funtsezkoak diren etapa bakoitzean.

Prozesatzeko Teknologia

Oblea ehotzeko fasean, partikula-tamaina desberdineko diamante-lohia erabiltzen da oblea behar den lautasuna eta gainazalaren zimurtasuna lortu arte ehotzeko. Ondoren, leuntzea egiten da, leuntze mekaniko eta kimiko mekanikoko teknikak (CMP) erabiliz, kalterik gabeko silizio karburozko (SiC) oblea leunduak sortzeko.

Leundu ondoren, SiC obleak kalitate-ikuskapen zorrotza jasaten dute mikroskopio optikoak eta X izpien difraktometroak bezalako tresnak erabiliz, parametro tekniko guztiek beharrezko estandarrak betetzen dituztela ziurtatzeko. Azkenik, leundutako obleak garbiketa-agente espezializatuak eta ur ultrapurua erabiliz garbitzen dira gainazaleko kutsatzaileak kentzeko. Ondoren, nitrogeno gas ultrapuru eta zentrifugazio-lehorgailuak erabiliz lehortzen dira, ekoizpen-prozesu osoa osatuz.

Urteetako ahaleginaren ondoren, aurrerapen nabarmenak egin dira SiC kristal bakarreko prozesamenduan Txinan. Barne mailan, 100 mm-ko 4H-SiC kristal bakarreko erdi-isolatzaileak garatu dira arrakastaz, eta orain n motako 4H-SiC eta 6H-SiC kristal bakarrekoak multzoka ekoiztu daitezke. TankeBlue eta TYST bezalako enpresek 150 mm-ko SiC kristal bakarreko ekoizpena egin dute dagoeneko.

SiC obleen prozesatzeko teknologiari dagokionez, bertako erakundeek kristala mozteko, ehotzeko eta leuntzeko prozesu-baldintzak eta bideak aztertu dituzte aurretik. Gailuak fabrikatzeko baldintzak betetzen dituzten laginak ekoizteko gai dira. Hala ere, nazioarteko estandarrekin alderatuta, bertako obleen gainazaleko prozesamenduaren kalitatea oraindik nabarmen atzeratuta dago. Hainbat arazo daude:

Nazioarteko SiC teoriak eta prozesatzeko teknologiak oso babestuta daude eta ez dira erraz eskuragarriak.

Prozesuen hobekuntza eta optimizaziorako ikerketa teoriko eta laguntza falta dago.

Atzerriko ekipamenduak eta osagaiak inportatzearen kostua handia da.

Ekipamenduen diseinuari, prozesatzeko zehaztasunari eta materialei buruzko barne-ikerketek oraindik hutsune handiak erakusten dituzte nazioarteko mailekin alderatuta.

Gaur egun, Txinan erabiltzen diren zehaztasun handiko tresna gehienak inportatuak dira. Proba-ekipoek eta metodologiak ere hobekuntza gehiago behar dituzte.

Hirugarren belaunaldiko erdieroaleen garapenarekin batera, SiC kristal bakarreko substratuen diametroa etengabe handitzen ari da, gainazalaren prozesamenduaren kalitatearen eskakizun handiagoak izatearekin batera. Oblea prozesatzeko teknologia SiC kristal bakarreko hazkuntzaren ondorengo urrats teknikoki erronka handienetako bat bihurtu da.

Prozesamenduan dauden erronkei aurre egiteko, ezinbestekoa da ebaketa, ehotze eta leuntze prozesuan parte hartzen duten mekanismoak gehiago aztertzea, eta SiC obleak fabrikatzeko prozesu-metodo eta bide egokiak aztertzea. Aldi berean, nazioarteko prozesatze-teknologia aurreratuetatik ikasi eta ultra-zehaztasuneko mekanizazio-teknika eta -ekipo aurreratuak erabiltzea beharrezkoa da, kalitate handiko substratuak ekoizteko.

Oblearen tamaina handitzen den heinean, kristalen hazkuntza eta prozesamenduaren zailtasuna ere handitzen da. Hala ere, beheranzko gailuen fabrikazio-eraginkortasuna nabarmen hobetzen da, eta unitateko kostua murrizten da. Gaur egun, mundu osoko SiC oblearen hornitzaile nagusiek 4 hazbetetik 6 hazbetera bitarteko diametroko produktuak eskaintzen dituzte. Cree eta II-VI bezalako enpresa nagusiek 8 hazbeteko SiC oblearen ekoizpen-lerroak garatzeko plangintza hasi dute dagoeneko.