Dopo la crescita, ilmonocristallo di carburo di silicioè un lingotto di cristallo con difetti superficiali, che non può essere utilizzato direttamente per l'epitassia. Pertanto, richiede una lucidatura chimico-meccanica sul carburo di silicio. Tra le lavorazioni, la sferonizzazione trasforma il lingotto di cristallo in un cilindro standard; il taglio del filo taglierà il lingotto in wafer; varie caratterizzazioni assicurano la direzione della lavorazione e la lucidatura serve a migliorare la qualità del wafer.

La superficie del wafer verrà danneggiata. Il danno è causato dai difetti della crescita del cristallo originale e dal danno nelle fasi di lavorazione precedenti. Per i danni parziali, esistono quattro metodi per risolverli: ignorare, sostituire, riparare e rimuovere. Indipendentemente dallo strato danneggiato sulla superficie del carburo di silicio, ciò influirà sulla resa del dispositivo; sostituire il chip non è una scelta saggia, perché influirà sulla tua reputazione nel settore; Le riparazioni infatti stanno tornando a crescere e non esiste ormai una soluzione a basso costo; e la rimozione è un'opzione fattibile. Utilizzare un determinato materiale per migliorare la qualità complessiva del materiale.

Esistono quattro metodi per rimuovere lo strato danneggiato sulla superficie del SiC:

1. Lucidatura meccanica, semplice ma lascia graffi, adatta per la lucidatura iniziale;
2. Lucidatura chimico-meccanica su carburo di silicio, che introduce corrosione chimica per rimuovere graffi, adatta per lucidatura fine;
3. Incisione con idrogeno, attrezzatura complicata, spesso utilizzata nel processo HTCVD;
4. Lucidatura assistita dal plasma, attrezzatura complicata, non comunemente utilizzata.

Perché scegliere la lucidatura chimico-meccanica per wafer SiC?

La lucidatura meccanica pura produrrà il wafer con graffi, la lucidatura chimica pura produrrà il cristallo con corrosione non uniforme e la lucidatura chimico-meccanica sul carburo di silicio produrrà il wafer di alta qualità e a un prezzo competitivo. Il principio di funzionamento del CMP: il wafer rotante/wafer di silicio esegue un movimento relativo sul tampone di lucidatura rotante con una certa pressione e i requisiti di planarizzazione sono raggiunti dalla combinazione degli effetti di macinazione meccanica del nano-abrasivo nel liquido lucidante e del effetti chimici di vari reagenti chimici.

I materiali utilizzati in questo processo includono principalmente fluidi lucidanti e tamponi lucidanti. Dopo aver utilizzato il tampone per lucidatura, il wafer si deformerà. La superficie diventa liscia, i pori si riducono e si ostruiscono, riducendo così la velocità di lucidatura. La cialda deve essere rifilata per ripristinarne la ruvidità e migliorare la capacità di travaso del fluido lucidante. Generalmente, per la rifinitura viene utilizzato un ravvivatore diamantato.

La lucidatura meccanica pura causerà graffi sulla superficie, mentre la lucidatura chimica pura produrrà corrosione non uniforme.

I dettagli della lucidatura meccanica sono i seguenti:

Innanzitutto, utilizzare direttamente la lucidatura meccanica SiO2. La qualità della superficie è misurata dalla Candela di Kla Tencor-10 con una precisione di 300 nm e dal microscopio a forza atomica (AFM) CSPM4000 con una precisione di 0,01 nm. La profondità del graffio può essere misurata a 9,78 nm.

Il contenuto di ossigeno superficiale e la profondità di penetrazione vengono analizzati mediante uno strumento di spettroscopia fotoelettronica a raggi X K-Alpha (XPS): il campione standard è un campione SiO2 standard di sputtering He+ e la velocità di sputtering è di 25 nm/min; il campione è un campione SiC sputtering He+. La durezza del SiC è maggiore di quella del SiO2, quindi la velocità di sputtering è inferiore a 25 nm/min. Dopo 0,25 minuti di sputtering, il segnale dell'ossigeno è pari a zero, quindi la profondità di penetrazione è inferiore a 25 nm/min*0,25 min=6,25 nm. La profondità di penetrazione è inferiore alla profondità del graffio, indicando che il graffio è causato da un'azione meccanica, piuttosto che dall'ossidazione.

In secondo luogo, allo stesso modo, se si utilizza il perossido di idrogeno per lucidare direttamente, verranno aggiunti dei graffi. Il diagramma AFM è mostrato come segue. Il motivo è che la corrosione chimica è anisotropa e accelera la corrosione dei cristalli con grande energia superficiale.

Se si effettua solo l'immersione in acqua ossigenata, i difetti e i graffi risulteranno ampliati. Dopo l'immersione, la rugosità superficiale del wafer è aumentata da 0,06 nm a 0,14 nm. Il diagramma AFM è mostrato come segue e l'angolo in alto a destra è prima dell'ammollo:

Come eseguire una tipica lucidatura chimico-meccanica sul carburo di silicio?

Sapendo che è necessaria la lucidatura chimica + meccanica, la tipica lucidatura chimico-meccanica sul carburo di silicio è la seguente:

Il primo passo è la lucidatura meccanica.

Utilizzare una soluzione lucidante diamantata da 0,5 um di diametro per lucidare la ruvidità della superficie a 0,7 nm.

Il secondo passaggio è la lucidatura chimico-meccanica.

1. Lucidatrice: lucidatrice monolaterale AP-810;
2. La pressione di lucidatura è di 200 g/cm2;
3. La velocità di rotazione della piastra principale è 50 giri/min;
4. La velocità del disco ceramico è di 38 giri/min;
5. Composizione del liquido lucidante: basato su SiO2 (30% in peso, pH=10,15), aggiungere lo 0-70% in peso di perossido di idrogeno (30% in peso, grado premium puro) e infine regolare il pH=8,5 con KOH (5% in peso) e HNO3 (1% in peso) ;
6. La portata del liquido lucidante è di 3 l/min e viene riciclato.

Infatti, diversi parametri sono regolabili e occorre selezionare le condizioni adatte per il wafer e la macchina:

1. Liquido opzionale per lucidatura meccanica: SiO2, Al2O3, biossido di cerio;
2. Liquido lucidante chimico opzionale: permanganato di potassio, perossido di idrogeno, catalizzatore Pt, catalizzatore Fe;
3. Tampone di lucidatura opzionale: nylon, poliuretano;
4. Acidità e alcalinità: KOH, HNO3;
5. Azione meccanica: pressione, velocità, posizione, tempo, temperatura.

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