Silikon karbür (SiC) levhalarıSon nesil güç elektronikleri, elektrikli araçlar, yenilenebilir enerji sistemleri ve yüksek frekanslı iletişim cihazları için en önemli yarı iletken substratlarından biri haline geldiler.Geleneksel silikon (Si) levhalarla karşılaştırıldığındaSiC, geniş bir bant boşluğu, yüksek parçalama voltajı, yüksek termal iletkenlik ve mükemmel kimyasal istikrar da dahil olmak üzere üstün elektrik, termal ve mekanik özelliklere sahiptir.

Bununla birlikte, SiC'yi ideal bir yarı iletken malzemesi yapan aynı özellikler, levha üretimi sırasında da önemli zorluklar yaratır.Delikleme gibi işlemler yapmak, cilalama ve yüzey hazırlaması, geleneksel silikon vafeleri işleme kıyasla çok daha zordur.

Yüksek kaliteli bir SiC waferini elde etmek, malzeme çıkarılmasının, yüzey kabalığının, kristal hasarının, kusurların ve kirliliğin kesin kontrolünü gerektirir.Bu faktörler SiC cihazlarının performansını ve güvenilirliğini doğrudan etkiler..

Bu makale, öğütme, cilalama teknolojilerine ve yaygın yüzey kusurlarına odaklanarak SiC wafer işleme zorluklarının teknik bir genel görünümünü sunar.

1. SiC Wafer İşleme Neden Zorlu

Silikon karbür, güçlü kovalent kristal yapıda düzenlenmiş silikon ve karbon atomlarından oluşan bileşik bir yarı iletkendir.

SiC'nin işlenmesini zorlaştıran çeşitli fiziksel özellikler vardır:

1.1 Çok yüksek sertlik

SiC'nin Mohs sertliği yaklaşık olarak 9.0 ̊9'dur.5Elmas'a yakın.

Sonuçta:

• Hırlama sırasında yüksek alet aşınması
• Malzeme çıkarma verimliliği düşük
• İşleme maliyetinin artması
• Ultra pürüzsüz yüzeylere ulaşma zorluğu

Silikon ile karşılaştırıldığında, SiC, önemli ölçüde daha agresif mekanik işleme teknikleri gerektirir.

1.2 Yüksek kırılganlık

SiC mekanik olarak güçlü olmasına rağmen kırılgan da.

İşleme süreçleri sırasında aşırı mekanik gerginlik neden olabilir:

• Yüzey çatlakları
• Yüzey altındaki hasar
• Kenar parçalanması
• Wafer kırıklığı

Bu nedenle, mekanik gerilimi kontrol etmek, SiC wafer üretiminde en önemli zorluklardan biridir.

1.3 Güçlü Kimyasal Dayanıklılık

SiC, yüksek sıcaklık uygulamaları için yararlı olan mükemmel kimyasal dayanıklılığa sahiptir.

Bununla birlikte, aynı zamanda şunları da ifade eder:

• Geleneksel kimyasal cilalama yöntemleri daha az etkilidir
• Daha gelişmiş cilalama teknikleri gereklidir
• İşleme süresi artıyor

2SiC Wafer Üretim Süreci Özetleri

Tipik bir SiC wafer üretim süreci birkaç ana aşamayı içerir:

1SiC Kristal Büyüme

Yüksek kaliteli SiC kristalleri aşağıdaki yöntemlerle üretilir:

• Fiziksel Buhar Taşımacılığı (PVT)
• Yüksek sıcaklıklı kimyasal buhar çökümü (HTCVD)

Sonuçta oluşan kristale SiC topu denir.

2. Wafer dilimleme

SiC topu, aşağıdakiler kullanılarak ince levhalara kesilir:

• Elmas tel testere
• Lazer destekli kesim
• Gelişmiş dilimleme teknolojileri

Zorluklar şunları içerir:

• Maddi kayıp
• Kırma hasarı
• Yüzey düzensizlikleri

3. öğütme

Döşeme, testere hasarını kaldırır ve wafer kalınlığını ayarlar.

4. Yıkama ve cilalama

Bu süreçler iyileştirir:

• Düzlük
• Yüzey kabalığı
• Kristal kalitesi

5Denetim ve Temizlik

Son denetim aşağıdakileri değerlendirir:

• Kusur yoğunluğu
• Yüzey kabalığı
• Kalınlık eşitliği
• Kristal kusurları

3. SiC Wafer öğütme süreci

3.1 Döşeme Amacı

Dilimlendikten sonra, SiC levhaları genellikle şunlara sahiptir:

• Büyük yüzey kabalığı
• Testere izleri
• Yeraltı çatlakları
• Kalınlık değişimi

Döşeme, hasarlı katmanları çıkarır ve wafer'i cilalamaya hazırlar.

3.2 Ezme yöntemleri

Mekanik öğütme

Mekanik öğütme, SiC malzemesini çıkarmak için elmas öğütme tekerlekleri kullanır.

Tipik parametreler şunlardır:

• Dökme basıncı
• Tekerlek hızı
• Besleme oranı
• Elmas parçacık boyutu

Avantajları:

• Yüksek malzeme çıkarma oranı
• Kalınlık düzeltmesi için uygundur
• Olgun sanayi süreci

Zorluklar:

• Mekanik gerginlik yaratır.
• Yeraltı hasarına neden olur.
• Ek cilalama aşamaları gerektirir.

3.3 Elmas Sıvı Seçimi

SiC son derece sert olduğundan, elmas abrazifler yaygın olarak kullanılır.

Sıkıştırıcı boyutu aşağıdakileri etkiler:

Kaba Elmas Parçacıkları

Avantajları:

• Daha yüksek çıkarma oranı

Dezavantajları:

• Daha fazla yüzey hasarı.

İnce Elmas Parçacıkları

Avantajları:

• Daha iyi yüzey kalitesi

Dezavantajları:

• Düşük verimlilik

Üreticiler üretkenlik ve yüzey bütünlüğünü dengelemelidir.

4SiC Wafer Polişleme Teknolojisi

Düzelttikten sonra, SiC levhaları yarı iletken sınıfı yüzeyler elde etmek için cilalanmaya ihtiyaç duyar.

Hedef gereksinimler genellikle şunları içerir:

• Nanometre düzeyinde yüzey kabalığı
• Düşük kusur yoğunluğu
• Mükemmel düzlük
• Yüzey altındaki hasar minimum

4.1 Mekanik cilalama

Mekanik cilalama, yüzey malzemesini yavaş yavaş çıkarmak için abrazif parçacıklar kullanır.

Genel abrasifler şunlardır:

• Elmas çamurları
• Kolloidal silikon
• Alümina parçacıkları

Avantajları:

• Basit bir işlem
• İyi yüzey işleme yeteneği

Sınırlar:

• Çizik çıkarabilir.
• Yavaş malzeme çıkarma hızı

4.2 Kimyasal Mekanik Poliş (CMP)

CMP mekanik aşınmayı ve kimyasal reaksiyonları birleştirir.

Süreç aşağıdakileri kullanır:

• Kimyasal çamur
• Polişleme tabanı
• Kontrollü basınç

Kimyasal reaksiyonlar SiC yüzeyini yumuşatır ve mekanik olarak çıkarılmasını sağlar.

Avantajları:

• Mükemmel yüzey kalitesi
• Düşük kabalık
• Yarım iletken uygulamaları için uygundur

Zorluklar:

• Yavaş çıkarma hızı
• Zorlu kimyasal optimizasyon
• Yüksek süreç maliyeti

4.3 Plazma ve Gelişmiş Poliş Teknolojileri

SiC işleme sınırlamalarını aşmak için yeni yaklaşımlar geliştirilmektedir.

Örnek olarak:

Plazma Destekli Poliş

SiC yüzeyini değiştirmek için plazma aktivasyonunu kullanır.

Faydaları:

• Mekanik hasarın azaltılması
• Yüzey kalitesinin iyileştirilmesi

Magnetorheolojik bitirme

Manyetik alanla kontrol edilen cilalama sıvıları kullanıyor.

Faydaları:

• Ultra hassas işleme
• Gelişmiş uygulamalar için uygundur

5SiC Wafers'teki Genel Yüzey Kusurları

Yüzey kalitesi doğrudan yarı iletken cihaz performansını etkiler.

SiC wafer işleme sırasında sıklıkla birkaç kusur ortaya çıkar.

5.1 Çizikler

Çizikler aşağıdakilerden kaynaklanan yaygın kusurlardır:

• Sıvıcı parçacıklar
• Yanlış cilalama koşulları
• Kirlenme

Etkileri:

• Artan sızıntı akımı
• Cihazın güvenilirliğinin azalması

5.2 Mikropipler

Mikropipler, SiC kristallerinden geçen boş çekirdek kusurlarıdır.

Kristal büyümesi sırasında oluşurlar.

Etkisi:

• Elektrik arızası
• Aygıt arızası

Modern SiC imalatı mikro boru yoğunluğunu önemli ölçüde azalttı, ancak bunları kontrol etmek hala önemlidir.

5.3 Bazal düzlem dislokasyonları (BPD)

BPD'ler bazal düzlemlerde bulunan kristal kusurlarıdır.

Aşağıdakilere neden olabilirler:

• Bipolar bozulma
• Cihazın ömrünün azalması

Yüksek performanslı SiC güç cihazları için BPD kontrolü çok önemlidir.

5.4 Döşeme çıkışları

Bu kusurlar kristal boyunca dikey olarak uzanıyor.

Türleri şunlardır:

• Döşeme vida dislokasyonları (TSD)
• Filtrasyon kenarının çıkması (TED)

Aşağıdakileri etkileyebilirler:

• Taşıyıcı hareketliliği
• Cihaz güvenilirliği

5.5 Kenar parçalanması

Kenar parçalanması esas olarak:

• Kesme
• - Süzme.
• İşleme

Sorunların nedeni:

• Düşük wafer gücü
• Kırılma riskinin artması
• Paketleme zorlukları

6Anahtar SiC Wafer Kalite parametreleri

Yüzey Kabalığı (Ra)

Yüzey kabalığı mikroskobik yüzey değişimlerini gösterir.

Aşağı Ra değerleri şunlar için gereklidir:

• Epitaxial büyüme
• Yüksek performanslı cihazlar

Toplam Kalınlık Değişimi (TTV)

TTV, wafer boyunca kalınlık farklılıklarını temsil eder.

Düşük TTV iyileşir:

• Süreç tekdüzeliği
• Cihaz verimi

Ok ve Warp

Yay ve warp wafer eğriliğini tanımlıyor.

Yüksek değerler aşağıdakilere neden olabilir:

• Litografi hizalama sorunları
• Sorunların ele alınması

Kusur yoğunluğu

Önemli kusurlar şunlardır:

• Mikropipler
• Çıkışlar
• Parçacıklar
• Yüzey kusurları

Daha düşük kusur yoğunluğu, cihazın daha yüksek güvenilirliğine yol açar.

7SiC Wafer İşleminde Gelecekteki Gelişim Eğilimleri

7.1 Daha büyük çaplı SiC vafeleri

Endüstri şu noktadan gidiyor:

• 100 mm SiC levhaları
• 150 mm SiC levhaları

Şu yönde:

• 200 mm SiC levhaları

Daha büyük levhalar üretim maliyetini azaltabilir, ancak ek işleme zorlukları yaratır.

7.2 Yapay Zeka Temelli Süreç Optimizasyonu

Yapay zeka giderek daha fazla kullanılıyor:

• Kusur tespiti
• Süreç izleme
• Verim tahminleri

7.3 Gelişmiş Yüzey Mühendisliği

Gelecekteki teknolojiler şunlara odaklanacak:

• Daha hızlı cilalama
• Daha az hasar işleme
• Daha iyi bir kusur kontrolü

Sonuçlar

SiC levhaları, özellikle yüksek güç ve yüksek sıcaklık uygulamalarında, yeni nesil yarı iletken cihazlar için önemli avantajlar sunar.SiC'nin kimyasal istikrarı, wafer işlemini geleneksel silikon üretiminden çok daha zorlaştırıyor..

Düzeltme ve cilalama teknolojileri, yarı iletken sınıfı SiC levhalarının elde edilmesinde kritik bir rol oynar.ve yüzey kabalığı cihaz performansını ve üretim verimini iyileştirmek için gereklidir.

Elektrikli araçlara, yenilenebilir enerji sistemlerine ve gelişmiş güç elektroniklerine olan talep arttıkça,SiC wafer işleme alanındaki yenilikler gelecekteki yarı iletken teknolojilerinin geliştirilmesinde kilit bir faktör olmaya devam edecek.