O carboneto de silício tem características muito estáveis, de modo que pode funcionar de maneira estável em alguns ambientes hostis. Por causa das ligações químicas estáveis, o limite técnico para a produção de carboneto de silício é muito alto. As condições de crescimento dos lingotes de cristal de carboneto de silício são severas, exigindo ambiente de crescimento de alta temperatura (~ 2600 ℃) e alta pressão (> 350MPa); a velocidade de crescimento do cristal é lenta, a capacidade de produção é limitada e a qualidade é relativamente instável. Limitado pelo tamanho do forno de crescimento de wafer, o tamanho do lingote de cristal é restrito. O carboneto de silício é um material duro e quebradiço. A dureza é secundária à do diamante. O corte é difícil e a precisão de retificação é difícil de controlar. Portanto, o processo de fabricação do wafer de carboneto de silício, fatiando o lingote de carboneto de silício é muito difícil.

1. Requisitos da indústria paraCarboneto de silício BolachaProdução

Requisitos da indústria correspondentes são apresentados para o processo de fabricação de wafer de carboneto de silício:

Processo	Parâmetros	Requisitos
Crescimento de cristal único	Tamanho	＞ 4 polegadas
	Forma de cristal	4H-SiC
	Densidade de microtúbulos	＜ 2 / cm2
	Resistividade	0,015 ~ 0,03Ω * cm (tipo N condutor)
		10 ^ 5 Ω * cm (semi-isolado)
Requisitos de processamento	TTV	＜ 15 μm
	Arco	＜ 40 μm
	Urdidura	＜ 60 μm
	Ra	＜ 0,3 nm

* As bolachas de carboneto de silício (SiC) produzidas por Xiamen Powerway Advanced Materials Co., Ltd.(abreviação de PAM-XIAMEN) atendem aos requisitos da indústria. Para obter mais detalhes, visite:https://www.powerwaywafer.com/sic-wafer/sic-wafer-substrate.html.

Os parâmetros de TTV, arco, deformação e Ra na tabela acima não são tão fáceis de alcançar. Os motivos são listados a seguir:

A própria qualidade do cristal determina o processamento subsequente;

A dureza do carboneto de silício é de 9,2, que só pode ser processado com diamante;

Se você simplesmente usar o processamento de diamante, muita tensão causará danos aos substratos de wafer de carboneto de silício.

2. Wafer de carboneto de silícioProcesso de manufatura

Pelas razões acima, todo o processo de fabricação do wafer de carboneto de silício é projetado conforme mostrado na Figura abaixo:

O corte multi-fio de fio diamantado é usado para controlar empenamento, arco e TTV; a retificação de dupla face é usada para remover a camada de dano de corte e aumentar a urdidura, arco, TTV e LTV; O polimento frente e verso é usado para reduzir a aspereza em menos de 2 nm. O polimento químico-mecânico é usado para melhorar a qualidade da superfície, tornar a rugosidade ＜ 0,2 nm e sem arranhões. A limpeza do wafer de SiC e a embalagem do wafer de SiC não requerem pegajosidade sob luz forte.

Todos os procedimentos geram a tecnologia chave correspondente de processamento de wafer de SiC:

# Técnica

# Multi-wire saw

# Controlar warp / bow / TTV / LTV

# CMP

# Limpeza de wafer

O processo de fabricação da pastilha de carboneto de silício é descrito em detalhes abaixo.

2,1Corte em cubos de lingote de carboneto de silício por Corte Multifio

Para evitar empenamento, a espessura do wafer após o corte é de 350um. Geralmente, ele será diluído após ser fabricado em um chip.

2,2Carboneto de silício WaferEsmerilhamento

Use pasta de diamante para moagem. O tamanho da partícula do pó de diamante na pasta afeta a taxa de remoção e a camada de dano superficial. Usar o método que combina a moagem grossa com um tamanho de partícula maior e a moagem fina com um tamanho de partícula menor pode obter melhores resultados de moagem. O disco de desbaste é um disco de cobre / vidro de resina e o disco de desbaste fino é um disco de estanho.

A pressão de moagem e a velocidade do disco de moagem também afetam a qualidade de moagem do wafer de SiC:

quando a pressão de moagem é alta, a velocidade de moagem é rápida, mas o valor TTV aumentará de acordo;

quando a pressão é pequena, a velocidade de moagem torna-se mais lenta;

aumentar a velocidade do disco de moagem dentro de uma certa faixa pode melhorar a taxa de remoção, mas quanto maior a velocidade, pior é o nivelamento da superfície do substrato.

A pressão de moagem é geralmente controlada a 0,5-0,8 kN (0,025 MPa), a velocidade da cabeça de moagem é 60-80 r / min e a velocidade do disco de moagem é de cerca de 60 r / min.

O disco de retificação precisa ser afiado durante o processo de retificação para garantir a taxa de remoção do substrato de cristal único de carboneto de silício. O sistema de dressagem do disco de moagem pode tornar o líquido de moagem uniformemente distribuído e garantir o efeito de remoção de moagem. Quando a taxa de remoção do disco abrasivo é diminuída e a taxa de remoção não pode ser garantida pelo dressamento online, o disco abrasivo precisa ser cortado offline.

2,3SiC WaferPolimento por Química mecânica durante o processo de fabricação de bolachas de carboneto de silício

Usando ação mecânica (pressão) e química / oxidação (peróxido de hidrogênio, valor de pH) para trabalhar em conjunto para tornar a superfície lisa e limpa. O equilíbrio entre a ação química e a ação mecânica deve receber mais atenção. O tipo de fluido de polimento, almofada de polimento, pressão de polimento, velocidade do disco de polimento e muitas outras condições irão determinar a qualidade do polimento:

1. Influência da concentração da solução de polimento: quanto maior a concentração da solução de polimento, mais forte é a capacidade de remoção do polimento. No entanto, a rugosidade da superfície do substrato aumentará, a qualidade da superfície diminuirá. A concentração diminui, a capacidade de remoção do polimento diminuirá e a eficiência será baixa;
2. As almofadas de polimento mais duras podem obter um melhor nivelamento, e as almofadas de polimento mais macias podem obter uma superfície com menos defeitos;
3. Aumentar a pressão de polimento ou a velocidade de rotação pode melhorar a taxa de remoção de material, mas, ao mesmo tempo, aumentará a rugosidade da superfície do material e a camada de dano sub-superficial, o que afetará a qualidade da superfície.

Quando a quantidade de remoção é muito grande, devido à alta dureza do material de carboneto de silício, as partículas abrasivas do rebolo são gradualmente arredondadas e opacas sob a ação de fricção e extrusão. Resíduos de esmerilhamento embutidos nos poros da superfície do rebolo causarão o bloqueio do rebolo de diamante, resultando em uma diminuição na capacidade de esmerilhamento e na eficiência do rebolo, e irregularidade na superfície da peça de trabalho.

Para resolver esse problema, o processo de moagem de wafer de SiC foi aprimorado e o processo de dressagem online de pedra de óleo foi adicionado. Por um lado, pode remover os detritos abrasivos obstruídos na superfície do rebolo e fazer com que as partículas abrasivas se projetem para a superfície; por outro lado, quando o rebolo fica cego, ele pode ser afiado novamente por afiação, facilitando o processo de desbaste e corte.

Espessura máxima de corte = 2 * velocidade da peça / (velocidade do rebolo * número do tamanho de partícula do rebolo) * √ (alimentação radial / diâmetro do rebolo)

Quanto menor for o avanço do rebolo, melhor será a rugosidade da superfície da peça de trabalho e maior será a precisão da superfície. Durante o processo de usinagem, você pode escolher o avanço adequado de acordo com a rugosidade da superfície a ser alcançada.

O processo geral de moagem é dividido em: estágio de alimentação em alta velocidade, estágio de alimentação vazio, estágio P1, estágio P2, estágio P3 e estágio de retorno de alta velocidade.

A quantidade de remoção de material pode ser obtida através da medição da qualidade dos wafers de silício antes e depois do polimento pela balança eletrônica de precisão Sartorius CP225D. As características morfológicas da superfície das bolachas de carboneto de silício são analisadas pelo microscópio óptico Olympus OLS4100. Meça a rugosidade da superfície do wafer de carboneto de silício pelo Zygo Newview5022 Surface Profiler e pegue 3 pontos iguais no círculo de 1/2 diâmetro do wafer para medir o valor médio. Após o polimento fino, a rugosidade da superfície do wafer de carboneto de silício é medida pelo microscópio de força atômica XE-200.

2.4 Wafer de carboneto de silícioLimpeza

As etapas do carboneto de silício de limpeza RCA são:

1. Use acetona (C3H6O) para limpeza ultrassônica de 15min;
2. Use água deionizada por 3 vezes de limpeza ultrassônica, 10 minutos cada vez;
3. Após ferver uma solução de H2O2 + NH3H2O: H2O com uma relação de volume de 1: 1: 5 por 15 minutos, limpe o wafer (a concentração de H2O2 é 30%);
4. Use água deionizada por 3 vezes de limpeza ultrassônica, 10 minutos cada vez;
5. Após ferver uma solução de H2O2 + HCl: H2O com uma proporção de volume de 1: 1: 5 por 15 minutos, limpe o wafer (a concentração de HCl é 37%);
6. Use água deionizada por 3 vezes de limpeza ultrassônica, 10 minutos cada vez;
7. Depois de retirar o wafer, seque-o com nitrogênio de alta pureza

O tratamento RCA pode efetivamente remover a camada de contaminação e outras impurezas remanescentes na superfície da pastilha de carboneto de silício após o recozimento e não afetará a estrutura da superfície da pastilha de carboneto de silício.

A PAM-XIAMEN obedece estritamente ao processo de fabricação de wafer de carboneto de silício, com o objetivo de fornecer aos clientes wafer de carboneto de silício de alta qualidade.

Para obter mais informações, entre em contato conosco pelo e-mail victorchan@powerwaywafer.com e powerwaymaterial@gmail.com.