SiC વેફર પ્રોસેસિંગ ટેકનોલોજીની વર્તમાન સ્થિતિ અને વલણો

ત્રીજી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર સબસ્ટ્રેટ સામગ્રી તરીકે,સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC)સિંગલ ક્રિસ્ટલ ઉચ્ચ-આવર્તન અને ઉચ્ચ-શક્તિવાળા ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોના ઉત્પાદનમાં વ્યાપક એપ્લિકેશન સંભાવનાઓ ધરાવે છે. SiC ની પ્રોસેસિંગ ટેકનોલોજી ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા સબસ્ટ્રેટ સામગ્રીના ઉત્પાદનમાં નિર્ણાયક ભૂમિકા ભજવે છે. આ લેખ ચીન અને વિદેશમાં SiC પ્રોસેસિંગ ટેકનોલોજી પર સંશોધનની વર્તમાન સ્થિતિનો પરિચય આપે છે, કટીંગ, ગ્રાઇન્ડીંગ અને પોલિશિંગ પ્રક્રિયાઓની પદ્ધતિઓનું વિશ્લેષણ અને તુલના કરે છે, તેમજ વેફર ફ્લેટનેસ અને સપાટીની ખરબચડીતાના વલણોનું વિશ્લેષણ કરે છે. તે SiC વેફર પ્રોસેસિંગમાં હાલના પડકારો પણ દર્શાવે છે અને ભવિષ્યના વિકાસ દિશાઓની ચર્ચા કરે છે.

સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC)વેફર્સ ત્રીજી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર ઉપકરણો માટે મહત્વપૂર્ણ પાયાની સામગ્રી છે અને માઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક્સ, પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને સેમિકન્ડક્ટર લાઇટિંગ જેવા ક્ષેત્રોમાં નોંધપાત્ર મહત્વ અને બજાર સંભાવના ધરાવે છે. અત્યંત ઉચ્ચ કઠિનતા અને રાસાયણિક સ્થિરતાને કારણેSiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ્સ, પરંપરાગત સેમિકન્ડક્ટર પ્રોસેસિંગ પદ્ધતિઓ તેમના મશીનિંગ માટે સંપૂર્ણપણે યોગ્ય નથી. ઘણી આંતરરાષ્ટ્રીય કંપનીઓએ SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ્સની તકનીકી રીતે માંગણી કરતી પ્રક્રિયા પર વ્યાપક સંશોધન કર્યું હોવા છતાં, સંબંધિત તકનીકોને સખત ગુપ્ત રાખવામાં આવે છે.

તાજેતરના વર્ષોમાં, ચીને SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ મટિરિયલ્સ અને ડિવાઇસના વિકાસમાં પ્રયાસો વધાર્યા છે. જોકે, દેશમાં SiC ડિવાઇસ ટેક્નોલોજીનો વિકાસ હાલમાં પ્રોસેસિંગ ટેક્નોલોજી અને વેફર ગુણવત્તામાં મર્યાદાઓ દ્વારા મર્યાદિત છે. તેથી, ચીન માટે SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ સબસ્ટ્રેટની ગુણવત્તા વધારવા અને તેમના વ્યવહારુ ઉપયોગ અને મોટા પાયે ઉત્પાદનને પ્રાપ્ત કરવા માટે SiC પ્રોસેસિંગ ક્ષમતાઓમાં સુધારો કરવો જરૂરી છે.

મુખ્ય પ્રક્રિયાના પગલાંમાં શામેલ છે: કટીંગ → બરછટ ગ્રાઇન્ડીંગ → ફાઇન ગ્રાઇન્ડીંગ → રફ પોલિશિંગ (મિકેનિકલ પોલિશિંગ) → ફાઇન પોલિશિંગ (કેમિકલ યાંત્રિક પોલિશિંગ, CMP) → નિરીક્ષણ.

SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ્સનું કટિંગ

ની પ્રક્રિયામાંSiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ્સ, કટીંગ એ પહેલું અને ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ પગલું છે. કટીંગ પ્રક્રિયામાંથી પરિણમતા વેફરના ધનુષ્ય, વાર્પ અને કુલ જાડાઈ ભિન્નતા (TTV) અનુગામી ગ્રાઇન્ડીંગ અને પોલિશિંગ કામગીરીની ગુણવત્તા અને અસરકારકતા નક્કી કરે છે.

કટીંગ ટૂલ્સને આકાર દ્વારા ડાયમંડ ઇનર ડાયામીટર (ID) કરવત, બાહ્ય વ્યાસ (OD) કરવત, બેન્ડ કરવત અને વાયર કરવતમાં વર્ગીકૃત કરી શકાય છે. વાયર કરવતને, બદલામાં, તેમના ગતિ પ્રકાર દ્વારા રેસિપ્રોકેટિંગ અને લૂપ (એન્ડલેસ) વાયર સિસ્ટમમાં વર્ગીકૃત કરી શકાય છે. ઘર્ષકના કટીંગ મિકેનિઝમના આધારે, વાયર કરવત કાપવાની તકનીકોને બે પ્રકારમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: ફ્રી ઘર્ષક વાયર કરવત અને ફિક્સ્ડ ઘર્ષક ડાયમંડ વાયર કરવત.

૧.૧ પરંપરાગત કાપવાની પદ્ધતિઓ

બાહ્ય વ્યાસ (OD) કરવતની કાપવાની ઊંડાઈ બ્લેડના વ્યાસ દ્વારા મર્યાદિત હોય છે. કાપવાની પ્રક્રિયા દરમિયાન, બ્લેડ કંપન અને વિચલન માટે સંવેદનશીલ હોય છે, જેના પરિણામે અવાજનું સ્તર ઊંચું હોય છે અને કઠોરતા ઓછી હોય છે. આંતરિક વ્યાસ (ID) કરવત બ્લેડના આંતરિક પરિઘ પર હીરાના ઘર્ષકનો ઉપયોગ કટીંગ ધાર તરીકે કરે છે. આ બ્લેડ 0.2 મીમી જેટલા પાતળા હોઈ શકે છે. કાપતી વખતે, ID બ્લેડ ઊંચી ઝડપે ફરે છે જ્યારે કાપવાની સામગ્રી બ્લેડના કેન્દ્રની સાપેક્ષમાં રેડિયલી ફરે છે, આ સંબંધિત ગતિ દ્વારા કાપણી પ્રાપ્ત કરે છે.

ડાયમંડ બેન્ડ આરીને વારંવાર સ્ટોપ અને રિવર્સલની જરૂર પડે છે, અને કાપવાની ગતિ ખૂબ ઓછી હોય છે - સામાન્ય રીતે 2 મીટર/સેકન્ડથી વધુ હોતી નથી. તેઓ નોંધપાત્ર યાંત્રિક ઘસારો અને ઊંચા જાળવણી ખર્ચથી પણ પીડાય છે. સો બ્લેડની પહોળાઈને કારણે, કટીંગ ત્રિજ્યા ખૂબ નાની હોઈ શકતી નથી, અને મલ્ટી-સ્લાઈસ કટીંગ શક્ય નથી. આ પરંપરાગત સોઇંગ ટૂલ્સ બેઝની કઠોરતા દ્વારા મર્યાદિત છે અને વક્ર કાપ કરી શકતા નથી અથવા મર્યાદિત વળાંક ત્રિજ્યા ધરાવે છે. તેઓ ફક્ત સીધા કાપવા સક્ષમ છે, પહોળા કર્ફ ઉત્પન્ન કરે છે, ઓછો ઉપજ દર ધરાવે છે, અને તેથી કાપવા માટે અયોગ્ય છે.SiC સ્ફટિકો.

૧.૨ ફ્રી એબ્રેસિવ વાયર સો મલ્ટી-વાયર કટીંગ

ફ્રી એબ્રેસિવ વાયર સો સ્લાઇસિંગ ટેકનિક વાયરની ઝડપી ગતિવિધિનો ઉપયોગ કરીને સ્લરી કફમાં લઈ જાય છે, જેનાથી સામગ્રી દૂર થઈ શકે છે. તે મુખ્યત્વે પારસ્પરિક રચનાનો ઉપયોગ કરે છે અને હાલમાં સિંગલ-ક્રિસ્ટલ સિલિકોનના કાર્યક્ષમ મલ્ટિ-વેફર કટીંગ માટે એક પરિપક્વ અને વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતી પદ્ધતિ છે. જો કે, SiC કટીંગમાં તેનો ઉપયોગ ઓછો વ્યાપકપણે અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે.

ફ્રી એબ્રેસિવ વાયર સો 300 μm કરતા ઓછી જાડાઈવાળા વેફર્સને પ્રોસેસ કરી શકે છે. તેઓ ઓછા કર્ફ લોસ આપે છે, ભાગ્યે જ ચીપિંગનું કારણ બને છે અને સપાટીની ગુણવત્તા પ્રમાણમાં સારી બનાવે છે. જોકે, સામગ્રી દૂર કરવાની પદ્ધતિને કારણે - ઘર્ષક પદાર્થોના રોલિંગ અને ઇન્ડેન્ટેશન પર આધારિત - વેફર સપાટી પર નોંધપાત્ર શેષ તાણ, માઇક્રોક્રેક્સ અને ઊંડા નુકસાન સ્તરો વિકસિત થાય છે. આ વેફર વોર્પિંગ તરફ દોરી જાય છે, સપાટી પ્રોફાઇલ ચોકસાઈને નિયંત્રિત કરવાનું મુશ્કેલ બનાવે છે, અને અનુગામી પ્રક્રિયા પગલાં પર ભાર વધારે છે.

કાપવાની કામગીરી સ્લરીથી ખૂબ પ્રભાવિત થાય છે; ઘર્ષણની તીક્ષ્ણતા અને સ્લરીનું પ્રમાણ જાળવવું જરૂરી છે. સ્લરી ટ્રીટમેન્ટ અને રિસાયક્લિંગ ખર્ચાળ છે. મોટા કદના ઇંગોટ્સ કાપતી વખતે, ઘર્ષણને ઊંડા અને લાંબા કર્ફમાં પ્રવેશવામાં મુશ્કેલી પડે છે. સમાન ઘર્ષણના અનાજના કદ હેઠળ, કર્ફનું નુકસાન ફિક્સ્ડ-ઘર્ષણ વાયર કરવત કરતા વધારે હોય છે.

૧.૩ ફિક્સ્ડ એબ્રેસિવ ડાયમંડ વાયર સો મલ્ટી-વાયર કટીંગ

ફિક્સ્ડ એબ્રેસિવ ડાયમંડ વાયર આરી સામાન્ય રીતે ઇલેક્ટ્રોપ્લેટિંગ, સિન્ટરિંગ અથવા રેઝિન બોન્ડિંગ પદ્ધતિઓ દ્વારા સ્ટીલ વાયર સબસ્ટ્રેટ પર હીરાના કણોને એમ્બેડ કરીને બનાવવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રોપ્લેટેડ ડાયમંડ વાયર આરી સાંકડી કર્ફ, સારી સ્લાઇસ ગુણવત્તા, ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા, ઓછી દૂષણ અને ઉચ્ચ-કઠિનતા સામગ્રી કાપવાની ક્ષમતા જેવા ફાયદા પ્રદાન કરે છે.

રિસીપ્રોકેટિંગ ઇલેક્ટ્રોપ્લેટેડ ડાયમંડ વાયર સો હાલમાં SiC કાપવા માટે સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી પદ્ધતિ છે. આકૃતિ 1 (અહીં બતાવેલ નથી) આ તકનીકનો ઉપયોગ કરીને કાપવામાં આવેલા SiC વેફર્સની સપાટીની સપાટતા દર્શાવે છે. જેમ જેમ કટીંગ આગળ વધે છે તેમ તેમ વેફર વોરપેજ વધે છે. આનું કારણ એ છે કે વાયર અને સામગ્રી વચ્ચેનો સંપર્ક વિસ્તાર વધે છે જેમ જેમ વાયર નીચે તરફ જાય છે, પ્રતિકાર અને વાયર વાઇબ્રેશન વધે છે. જ્યારે વાયર વેફરના મહત્તમ વ્યાસ સુધી પહોંચે છે, ત્યારે વાઇબ્રેશન તેની ટોચ પર હોય છે, જેના પરિણામે મહત્તમ વોરપેજ થાય છે.

કાપવાના પછીના તબક્કામાં, વાયરને પ્રવેગ, સ્થિર ગતિ, ધીમી ગતિ, બંધ થવા અને ઉલટાવી દેવાને કારણે, શીતક સાથે કાટમાળ દૂર કરવામાં મુશ્કેલીઓ સાથે, વેફરની સપાટીની ગુણવત્તા બગડે છે. વાયર ઉલટાવી દેવા અને ગતિમાં વધઘટ, તેમજ વાયર પર મોટા હીરાના કણો, સપાટી પરના ખંજવાળના મુખ્ય કારણો છે.

૧.૪ કોલ્ડ સેપરેશન ટેકનોલોજી

SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ્સનું કોલ્ડ સેપરેશન એ ત્રીજી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલ પ્રોસેસિંગના ક્ષેત્રમાં એક નવીન પ્રક્રિયા છે. તાજેતરના વર્ષોમાં, ઉપજ સુધારવા અને મટિરિયલ નુકસાન ઘટાડવામાં તેના નોંધપાત્ર ફાયદાઓને કારણે તેણે નોંધપાત્ર ધ્યાન ખેંચ્યું છે. આ ટેકનોલોજીનું ત્રણ પાસાઓથી વિશ્લેષણ કરી શકાય છે: કાર્યકારી સિદ્ધાંત, પ્રક્રિયા પ્રવાહ અને મુખ્ય ફાયદા.

સ્ફટિક દિશા નિર્ધારણ અને બાહ્ય વ્યાસ ગ્રાઇન્ડીંગ: પ્રક્રિયા કરતા પહેલા, SiC ઇન્ગોટનું સ્ફટિક દિશા નિર્ધારિત કરવું આવશ્યક છે. ત્યારબાદ બાહ્ય વ્યાસ ગ્રાઇન્ડીંગ દ્વારા ઇન્ગોટને નળાકાર માળખામાં (સામાન્ય રીતે SiC પક કહેવાય છે) આકાર આપવામાં આવે છે. આ પગલું અનુગામી દિશાત્મક કટીંગ અને સ્લાઇસિંગ માટે પાયો નાખે છે.

મલ્ટી-વાયર કટીંગ: આ પદ્ધતિ નળાકાર પિંડને કાપવા માટે કટીંગ વાયર સાથે જોડાયેલા ઘર્ષક કણોનો ઉપયોગ કરે છે. જો કે, તે નોંધપાત્ર કર્ફ નુકશાન અને સપાટી અસમાનતાની સમસ્યાઓથી પીડાય છે.

લેસર કટીંગ ટેકનોલોજી: સ્ફટિકની અંદર એક સુધારેલ સ્તર બનાવવા માટે લેસરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જેમાંથી પાતળા ટુકડાઓ અલગ કરી શકાય છે. આ અભિગમ સામગ્રીના નુકસાનને ઘટાડે છે અને પ્રક્રિયા કાર્યક્ષમતામાં વધારો કરે છે, જે તેને SiC વેફર કટીંગ માટે એક આશાસ્પદ નવી દિશા બનાવે છે.

કટીંગ પ્રક્રિયા ઑપ્ટિમાઇઝેશન

ફિક્સ્ડ એબ્રેસિવ મલ્ટી-વાયર કટીંગ: આ હાલમાં મુખ્ય પ્રવાહની ટેકનોલોજી છે, જે SiC ની ઉચ્ચ કઠિનતા લાક્ષણિકતાઓ માટે યોગ્ય છે.

ઇલેક્ટ્રિકલ ડિસ્ચાર્જ મશીનિંગ (EDM) અને કોલ્ડ સેપરેશન ટેકનોલોજી: આ પદ્ધતિઓ ચોક્કસ જરૂરિયાતોને અનુરૂપ વૈવિધ્યસભર ઉકેલો પૂરા પાડે છે.

પોલિશિંગ પ્રક્રિયા: સામગ્રી દૂર કરવાના દર અને સપાટીના નુકસાનને સંતુલિત કરવું જરૂરી છે. સપાટીની એકરૂપતા સુધારવા માટે કેમિકલ મિકેનિકલ પોલિશિંગ (CMP) નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

રીઅલ-ટાઇમ મોનિટરિંગ: સપાટીની ખરબચડીતાને રીઅલ-ટાઇમમાં મોનિટર કરવા માટે ઓનલાઈન નિરીક્ષણ તકનીકો રજૂ કરવામાં આવી છે.

લેસર સ્લાઇસિંગ: આ તકનીક કૃમિના નુકસાનને ઘટાડે છે અને પ્રક્રિયા ચક્રને ટૂંકાવે છે, જોકે થર્મલ અસરગ્રસ્ત ઝોન એક પડકાર રહે છે.

હાઇબ્રિડ પ્રોસેસિંગ ટેકનોલોજી: યાંત્રિક અને રાસાયણિક પદ્ધતિઓનું સંયોજન પ્રક્રિયા કાર્યક્ષમતામાં વધારો કરે છે.

આ ટેકનોલોજી પહેલાથી જ ઔદ્યોગિક ઉપયોગ પ્રાપ્ત કરી ચૂકી છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઇન્ફિનેને SILTECTRA હસ્તગત કરી અને હવે તે 8-ઇંચ વેફરના મોટા પાયે ઉત્પાદનને ટેકો આપતા મુખ્ય પેટન્ટ ધરાવે છે. ચીનમાં, ડેલોંગ લેસર જેવી કંપનીઓએ 6-ઇંચ વેફર પ્રોસેસિંગ માટે પ્રતિ ઇન્ગોટ 30 વેફરની આઉટપુટ કાર્યક્ષમતા પ્રાપ્ત કરી છે, જે પરંપરાગત પદ્ધતિઓ કરતાં 40% સુધારો દર્શાવે છે.

જેમ જેમ સ્થાનિક સાધનોનું ઉત્પાદન ઝડપી બને છે, તેમ તેમ આ ટેકનોલોજી SiC સબસ્ટ્રેટ પ્રોસેસિંગ માટે મુખ્ય પ્રવાહનો ઉકેલ બનવાની અપેક્ષા છે. સેમિકન્ડક્ટર સામગ્રીના વધતા વ્યાસ સાથે, પરંપરાગત કટીંગ પદ્ધતિઓ અપ્રચલિત થઈ ગઈ છે. વર્તમાન વિકલ્પોમાં, રેસિપ્રોકેટિંગ ડાયમંડ વાયર સો ટેકનોલોજી સૌથી આશાસ્પદ એપ્લિકેશન સંભાવનાઓ દર્શાવે છે. લેસર કટીંગ, એક ઉભરતી તકનીક તરીકે, નોંધપાત્ર ફાયદા પ્રદાન કરે છે અને ભવિષ્યમાં તે પ્રાથમિક કટીંગ પદ્ધતિ બનવાની અપેક્ષા છે.

૨,SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ ગ્રાઇન્ડીંગ

ત્રીજી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર્સના પ્રતિનિધિ તરીકે, સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC) તેના વિશાળ બેન્ડગેપ, ઉચ્ચ બ્રેકડાઉન ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર, ઉચ્ચ સંતૃપ્તિ ઇલેક્ટ્રોન ડ્રિફ્ટ વેગ અને ઉત્તમ થર્મલ વાહકતાને કારણે નોંધપાત્ર ફાયદા પ્રદાન કરે છે. આ ગુણધર્મો SiC ને ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ એપ્લિકેશન્સમાં ખાસ કરીને ફાયદાકારક બનાવે છે (દા.ત., 1200V વાતાવરણ). SiC સબસ્ટ્રેટ્સ માટે પ્રોસેસિંગ ટેકનોલોજી એ ઉપકરણ બનાવટનો મૂળભૂત ભાગ છે. સબસ્ટ્રેટની સપાટીની ગુણવત્તા અને ચોકસાઇ એપિટેક્સિયલ સ્તરની ગુણવત્તા અને અંતિમ ઉપકરણના પ્રદર્શનને સીધી અસર કરે છે.

ગ્રાઇન્ડીંગ પ્રક્રિયાનો મુખ્ય હેતુ કાપણી દરમિયાન સપાટીના કરવતના નિશાન અને નુકસાનના સ્તરોને દૂર કરવાનો છે, અને કાપવાની પ્રક્રિયા દ્વારા પ્રેરિત વિકૃતિને સુધારવાનો છે. SiC ની અત્યંત ઊંચી કઠિનતાને કારણે, ગ્રાઇન્ડીંગ માટે બોરોન કાર્બાઇડ અથવા હીરા જેવા સખત ઘર્ષકનો ઉપયોગ જરૂરી છે. પરંપરાગત ગ્રાઇન્ડીંગને સામાન્ય રીતે બરછટ ગ્રાઇન્ડીંગ અને બારીક ગ્રાઇન્ડીંગમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે.

૨.૧ બરછટ અને બારીક પીસવું

ઘર્ષક કણોના કદના આધારે ગ્રાઇન્ડીંગનું વર્ગીકરણ કરી શકાય છે:

બરછટ ગ્રાઇન્ડીંગ: કાપણી દરમિયાન કરવતના નિશાન અને નુકસાન પામેલા સ્તરોને દૂર કરવા માટે મુખ્યત્વે મોટા ઘર્ષક પદાર્થોનો ઉપયોગ થાય છે, જેનાથી પ્રક્રિયા કાર્યક્ષમતામાં સુધારો થાય છે.

બારીક ગ્રાઇન્ડીંગ: બરછટ ગ્રાઇન્ડીંગથી બચેલા નુકસાનના સ્તરને દૂર કરવા, સપાટીની ખરબચડી ઘટાડવા અને સપાટીની ગુણવત્તા વધારવા માટે બારીક ઘર્ષકનો ઉપયોગ કરે છે.

ઘણા સ્થાનિક SiC સબસ્ટ્રેટ ઉત્પાદકો મોટા પાયે ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરે છે. એક સામાન્ય પદ્ધતિમાં કાસ્ટ આયર્ન પ્લેટ અને મોનોક્રિસ્ટલાઇન ડાયમંડ સ્લરીનો ઉપયોગ કરીને ડબલ-સાઇડેડ ગ્રાઇન્ડીંગનો સમાવેશ થાય છે. આ પ્રક્રિયા વાયર સોઇંગ દ્વારા બાકી રહેલા નુકસાન સ્તરને અસરકારક રીતે દૂર કરે છે, વેફર આકાર સુધારે છે અને TTV (કુલ જાડાઈ ભિન્નતા), ધનુષ્ય અને વાર્પ ઘટાડે છે. સામગ્રી દૂર કરવાનો દર સ્થિર છે, સામાન્ય રીતે 0.8–1.2 μm/મિનિટ સુધી પહોંચે છે. જો કે, પરિણામી વેફર સપાટી પ્રમાણમાં ઊંચી ખરબચડી સાથે મેટ છે - સામાન્ય રીતે 50 nm ની આસપાસ - જે અનુગામી પોલિશિંગ પગલાં પર વધુ માંગ લાદે છે.

૨.૨ સિંગલ-સાઇડેડ ગ્રાઇન્ડીંગ

એક બાજુ ગ્રાઇન્ડીંગ એક સમયે વેફરની ફક્ત એક જ બાજુ પર પ્રક્રિયા કરે છે. આ પ્રક્રિયા દરમિયાન, વેફરને સ્ટીલ પ્લેટ પર મીણથી લગાવવામાં આવે છે. લાગુ દબાણ હેઠળ, સબસ્ટ્રેટ થોડો વિકૃતિમાંથી પસાર થાય છે, અને ઉપરની સપાટી સપાટ થાય છે. ગ્રાઇન્ડીંગ પછી, નીચેની સપાટી સમતળ કરવામાં આવે છે. જ્યારે દબાણ દૂર કરવામાં આવે છે, ત્યારે ઉપરની સપાટી તેના મૂળ આકારમાં પાછી આવે છે, જે પહેલાથી જ જમીન પર રહેલી નીચેની સપાટીને પણ અસર કરે છે - જેના કારણે બંને બાજુઓ વિકૃત થાય છે અને સપાટતામાં ઘટાડો થાય છે.

વધુમાં, ગ્રાઇન્ડીંગ પ્લેટ ટૂંકા સમયમાં અંતર્મુખ બની શકે છે, જેના કારણે વેફર બહિર્મુખ બની જાય છે. પ્લેટની સપાટતા જાળવવા માટે, વારંવાર ડ્રેસિંગ જરૂરી છે. ઓછી કાર્યક્ષમતા અને નબળી વેફર સપાટતાને કારણે, સિંગલ-સાઇડ ગ્રાઇન્ડીંગ મોટા પાયે ઉત્પાદન માટે યોગ્ય નથી.

સામાન્ય રીતે, #8000 ગ્રાઇન્ડીંગ વ્હીલ્સનો ઉપયોગ બારીક ગ્રાઇન્ડીંગ માટે થાય છે. જાપાનમાં, આ પ્રક્રિયા પ્રમાણમાં પરિપક્વ છે અને #30000 પોલિશિંગ વ્હીલ્સનો પણ ઉપયોગ કરે છે. આનાથી પ્રોસેસ્ડ વેફર્સની સપાટીની ખરબચડી 2 nm થી નીચે પહોંચે છે, જેનાથી વેફર વધારાની પ્રક્રિયા વિના અંતિમ CMP (કેમિકલ મિકેનિકલ પોલિશિંગ) માટે તૈયાર થાય છે.

૨.૩ એકતરફી થિનિંગ ટેકનોલોજી

ડાયમંડ સિંગલ-સાઇડેડ થિનિંગ ટેકનોલોજી એ સિંગલ-સાઇડ ગ્રાઇન્ડીંગની એક નવીન પદ્ધતિ છે. આકૃતિ 5 માં દર્શાવ્યા મુજબ (અહીં બતાવેલ નથી), આ પ્રક્રિયામાં ડાયમંડ-બોન્ડેડ ગ્રાઇન્ડીંગ પ્લેટનો ઉપયોગ થાય છે. વેફર વેક્યુમ શોષણ દ્વારા નિશ્ચિત કરવામાં આવે છે, જ્યારે વેફર અને ડાયમંડ ગ્રાઇન્ડીંગ વ્હીલ બંને એક સાથે ફરે છે. ગ્રાઇન્ડીંગ વ્હીલ ધીમે ધીમે નીચે તરફ ખસે છે જેથી વેફરને લક્ષ્ય જાડાઈ સુધી પાતળું કરી શકાય. એક બાજુ પૂર્ણ થયા પછી, બીજી બાજુ પ્રક્રિયા કરવા માટે વેફરને ફ્લિપ કરવામાં આવે છે.

પાતળા થયા પછી, 100 મીમી વેફર આ પ્રાપ્ત કરી શકે છે:

5 μm કરતાં ઓછી

ટીટીવી < 2 μm

સપાટીની ખરબચડી < 1 nm

આ સિંગલ-વેફર પ્રોસેસિંગ પદ્ધતિ ઉચ્ચ સ્થિરતા, ઉત્તમ સુસંગતતા અને ઉચ્ચ સામગ્રી દૂર કરવાનો દર પ્રદાન કરે છે. પરંપરાગત ડબલ-સાઇડેડ ગ્રાઇન્ડીંગની તુલનામાં, આ તકનીક ગ્રાઇન્ડીંગ કાર્યક્ષમતામાં 50% થી વધુ સુધારો કરે છે.

૨.૪ ડબલ-સાઇડેડ ગ્રાઇન્ડીંગ

બે બાજુવાળા ગ્રાઇન્ડીંગમાં સબસ્ટ્રેટની બંને બાજુઓને એકસાથે ગ્રાઇન્ડ કરવા માટે ઉપરની અને નીચેની ગ્રાઇન્ડીંગ પ્લેટનો ઉપયોગ થાય છે, જે બંને બાજુ ઉત્તમ સપાટીની ગુણવત્તા સુનિશ્ચિત કરે છે.

પ્રક્રિયા દરમિયાન, ગ્રાઇન્ડીંગ પ્લેટો પહેલા વર્કપીસના ઉચ્ચતમ બિંદુઓ પર દબાણ લાવે છે, જેના કારણે વિકૃતિ થાય છે અને તે બિંદુઓ પર ધીમે ધીમે સામગ્રી દૂર થાય છે. જેમ જેમ ઊંચા સ્થળો સમતળ થાય છે, તેમ તેમ સબસ્ટ્રેટ પરનું દબાણ ધીમે ધીમે વધુ એકસમાન બને છે, જેના પરિણામે સમગ્ર સપાટી પર સતત વિકૃતિ થાય છે. આ ઉપલા અને નીચલા બંને સપાટીઓને સમાન રીતે ગ્રાઉન્ડ કરવાની મંજૂરી આપે છે. એકવાર ગ્રાઇન્ડીંગ પૂર્ણ થઈ જાય અને દબાણ મુક્ત થઈ જાય, પછી સબસ્ટ્રેટનો દરેક ભાગ સમાન દબાણને કારણે એકસરખો થઈ જાય છે. આ ન્યૂનતમ વાર્પિંગ અને સારી સપાટતા તરફ દોરી જાય છે.

ગ્રાઇન્ડીંગ પછી વેફરની સપાટીની ખરબચડી ઘર્ષક કણોના કદ પર આધાર રાખે છે - નાના કણો સરળ સપાટી ઉત્પન્ન કરે છે. ડબલ-સાઇડ ગ્રાઇન્ડીંગ માટે 5 μm ઘર્ષકનો ઉપયોગ કરતી વખતે, વેફર સપાટતા અને જાડાઈના તફાવતને 5 μm ની અંદર નિયંત્રિત કરી શકાય છે. એટોમિક ફોર્સ માઇક્રોસ્કોપી (AFM) માપન સપાટીની ખરબચડી (Rq) લગભગ 100 nm દર્શાવે છે, જેમાં ગ્રાઇન્ડીંગ ખાડાઓ 380 nm સુધી ઊંડા હોય છે અને ઘર્ષક ક્રિયાને કારણે દૃશ્યમાન રેખીય નિશાનો હોય છે.

વધુ અદ્યતન પદ્ધતિમાં પોલીક્રિસ્ટલાઇન ડાયમંડ સ્લરી સાથે પોલીયુરેથીન ફોમ પેડ્સનો ઉપયોગ કરીને ડબલ-સાઇડેડ ગ્રાઇન્ડીંગનો સમાવેશ થાય છે. આ પ્રક્રિયા ખૂબ જ ઓછી સપાટીની ખરબચડી સાથે વેફર્સનું ઉત્પાદન કરે છે, જે Ra < 3 nm પ્રાપ્ત કરે છે, જે SiC સબસ્ટ્રેટના અનુગામી પોલિશિંગ માટે ખૂબ ફાયદાકારક છે.

જોકે, સપાટી પર ખંજવાળ એક વણઉકેલાયેલ મુદ્દો રહે છે. વધુમાં, આ પ્રક્રિયામાં વપરાતા પોલીક્રિસ્ટલાઇન હીરાનું ઉત્પાદન વિસ્ફોટક સંશ્લેષણ દ્વારા કરવામાં આવે છે, જે તકનીકી રીતે પડકારજનક છે, ઓછી માત્રામાં ઉત્પાદન આપે છે અને અત્યંત ખર્ચાળ છે.

SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ્સનું પોલિશિંગ

સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC) વેફર્સ પર ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળી પોલિશ્ડ સપાટી પ્રાપ્ત કરવા માટે, પોલિશિંગ દ્વારા ગ્રાઇન્ડીંગ ખાડાઓ અને નેનોમીટર-સ્કેલ સપાટીના અનડ્યુલેશન્સને સંપૂર્ણપણે દૂર કરવા આવશ્યક છે. ધ્યેય એ છે કે કોઈ દૂષણ અથવા અધોગતિ વિના, કોઈ સપાટીને નુકસાન ન થાય અને કોઈ અવશેષ સપાટી તણાવ ન હોય તેવી સરળ, ખામી-મુક્ત સપાટી ઉત્પન્ન કરવી.

૩.૧ SiC વેફરનું મિકેનિકલ પોલિશિંગ અને CMP

SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ ઇન્ગોટના વિકાસ પછી, સપાટીની ખામીઓ તેને એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ માટે સીધા ઉપયોગમાં લેવાથી અટકાવે છે. તેથી, વધુ પ્રક્રિયા જરૂરી છે. ઇન્ગોટને પહેલા ગોળાકાર દ્વારા પ્રમાણભૂત નળાકાર સ્વરૂપમાં આકાર આપવામાં આવે છે, પછી વાયર કટીંગનો ઉપયોગ કરીને વેફરમાં કાપવામાં આવે છે, ત્યારબાદ ક્રિસ્ટલોગ્રાફિક ઓરિએન્ટેશન વેરિફિકેશન કરવામાં આવે છે. પોલિશિંગ એ વેફર ગુણવત્તા સુધારવા, ક્રિસ્ટલ વૃદ્ધિ ખામીઓ અને અગાઉના પ્રક્રિયા પગલાંને કારણે સંભવિત સપાટીના નુકસાનને સંબોધવા માટે એક મહત્વપૂર્ણ પગલું છે.

SiC પર સપાટીના નુકસાનના સ્તરોને દૂર કરવા માટે ચાર મુખ્ય પદ્ધતિઓ છે:

યાંત્રિક પોલિશિંગ: સરળ પણ સ્ક્રેચ છોડી દે છે; શરૂઆતના પોલિશિંગ માટે યોગ્ય.

કેમિકલ મિકેનિકલ પોલિશિંગ (CMP): કેમિકલ એચિંગ દ્વારા સ્ક્રેચ દૂર કરે છે; ચોકસાઇ પોલિશિંગ માટે યોગ્ય.

હાઇડ્રોજન એચિંગ: જટિલ સાધનોની જરૂર પડે છે, જેનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે HTCVD પ્રક્રિયાઓમાં થાય છે.

પ્લાઝ્મા-સહાયિત પોલિશિંગ: જટિલ અને ભાગ્યે જ વપરાય છે.

યાંત્રિક પોલિશિંગથી સ્ક્રેચ થાય છે, જ્યારે રાસાયણિક પોલિશિંગથી અસમાન એચિંગ થઈ શકે છે. CMP બંને ફાયદાઓને જોડે છે અને એક કાર્યક્ષમ, ખર્ચ-અસરકારક ઉકેલ પ્રદાન કરે છે.

CMP કાર્યકારી સિદ્ધાંત

CMP ફરતા પોલિશિંગ પેડ સામે ચોક્કસ દબાણ હેઠળ વેફરને ફેરવીને કાર્ય કરે છે. આ સંબંધિત ગતિ, સ્લરીમાં નેનો-કદના ઘર્ષક પદાર્થોમાંથી યાંત્રિક ઘર્ષણ અને પ્રતિક્રિયાશીલ એજન્ટોની રાસાયણિક ક્રિયા સાથે જોડાયેલી, સપાટીનું આયોજન પ્રાપ્ત કરે છે.

વપરાયેલી મુખ્ય સામગ્રી:

પોલિશિંગ સ્લરી: ઘર્ષક અને રાસાયણિક રીએજન્ટ્સ ધરાવે છે.

પોલિશિંગ પેડ: ઉપયોગ દરમિયાન ઘસાઈ જાય છે, જેનાથી છિદ્રોનું કદ અને સ્લરી ડિલિવરી કાર્યક્ષમતા ઘટે છે. ખરબચડીપણું પુનઃસ્થાપિત કરવા માટે નિયમિત ડ્રેસિંગ, સામાન્ય રીતે ડાયમંડ ડ્રેસરનો ઉપયોગ કરવો જરૂરી છે.

લાક્ષણિક CMP પ્રક્રિયા

ઘર્ષક: 0.5 μm ડાયમંડ સ્લરી

લક્ષ્ય સપાટીની ખરબચડીતા: ~0.7 nm

કેમિકલ મિકેનિકલ પોલિશિંગ:

પોલિશિંગ સાધનો: AP-810 સિંગલ-સાઇડેડ પોલિશર

દબાણ: 200 ગ્રામ/સેમી²

પ્લેટ સ્પીડ: ૫૦ આરપીએમ

સિરામિક હોલ્ડર ઝડપ: 38 આરપીએમ

સ્લરી રચના:

SiO₂ (30 wt%, pH = 10.15)

૦–૭૦ wt% H₂O₂ (૩૦ wt%, રીએજન્ટ ગ્રેડ)

5 wt% KOH અને 1 wt% HNO₃ નો ઉપયોગ કરીને pH ને 8.5 પર સમાયોજિત કરો.

સ્લરી ફ્લો રેટ: 3 લિટર/મિનિટ, રિસર્ક્યુલેટેડ

આ પ્રક્રિયા અસરકારક રીતે SiC વેફર ગુણવત્તામાં સુધારો કરે છે અને ડાઉનસ્ટ્રીમ પ્રક્રિયાઓ માટેની આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરે છે.

મિકેનિકલ પોલિશિંગમાં ટેકનિકલ પડકારો

SiC, એક વિશાળ બેન્ડગેપ સેમિકન્ડક્ટર તરીકે, ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ઉદ્યોગમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. ઉત્તમ ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો સાથે, SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ્સ ઉચ્ચ તાપમાન, ઉચ્ચ આવર્તન, ઉચ્ચ શક્તિ અને કિરણોત્સર્ગ પ્રતિકાર જેવા આત્યંતિક વાતાવરણ માટે યોગ્ય છે. જો કે, તેનો કઠિન અને બરડ સ્વભાવ ગ્રાઇન્ડીંગ અને પોલિશિંગ માટે મોટા પડકારો રજૂ કરે છે.

અગ્રણી વૈશ્વિક ઉત્પાદકો 6-ઇંચથી 8-ઇંચ વેફર્સ તરફ સંક્રમણ કરી રહ્યા છે, ત્યારે પ્રક્રિયા દરમિયાન ક્રેકીંગ અને વેફરને નુકસાન જેવા મુદ્દાઓ વધુ પ્રબળ બન્યા છે, જે ઉપજને નોંધપાત્ર રીતે અસર કરે છે. 8-ઇંચ SiC સબસ્ટ્રેટના તકનીકી પડકારોનો સામનો કરવો એ હવે ઉદ્યોગની પ્રગતિ માટે એક મુખ્ય માપદંડ છે.

8-ઇંચના યુગમાં, SiC વેફર પ્રોસેસિંગ અનેક પડકારોનો સામનો કરે છે:

પ્રતિ બેચ ચિપ આઉટપુટ વધારવા, ધાર નુકશાન ઘટાડવા અને ઉત્પાદન ખર્ચ ઘટાડવા માટે વેફર સ્કેલિંગ જરૂરી છે - ખાસ કરીને ઇલેક્ટ્રિક વાહન એપ્લિકેશન્સમાં વધતી માંગને ધ્યાનમાં રાખીને.

8-ઇંચના SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ્સનો વિકાસ પરિપક્વ થયો છે, પરંતુ ગ્રાઇન્ડીંગ અને પોલિશિંગ જેવી બેક-એન્ડ પ્રક્રિયાઓ હજુ પણ અવરોધોનો સામનો કરે છે, જેના પરિણામે ઓછી ઉપજ (માત્ર 40-50%) મળે છે.

મોટા વેફર વધુ જટિલ દબાણ વિતરણનો અનુભવ કરે છે, જેના કારણે પોલિશિંગ તણાવ અને ઉપજ સુસંગતતાનું સંચાલન કરવામાં મુશ્કેલી વધે છે.

8-ઇંચના વેફરની જાડાઈ 6-ઇંચના વેફર જેટલી થઈ રહી છે, તેમ છતાં તણાવ અને વાર્પિંગને કારણે હેન્ડલિંગ દરમિયાન તેમને નુકસાન થવાની સંભાવના વધુ હોય છે.

કટીંગ સંબંધિત તણાવ, વોરપેજ અને ક્રેકીંગ ઘટાડવા માટે, લેસર કટીંગનો ઉપયોગ વધુને વધુ થઈ રહ્યો છે. જોકે:

લાંબી-તરંગલંબાઇવાળા લેસરો થર્મલ નુકસાન પહોંચાડે છે.

ટૂંકી-તરંગલંબાઇવાળા લેસરો ભારે કાટમાળ ઉત્પન્ન કરે છે અને નુકસાનના સ્તરને વધુ ઊંડો બનાવે છે, જેનાથી પોલિશિંગની જટિલતા વધે છે.

SiC માટે મિકેનિકલ પોલિશિંગ વર્કફ્લો

સામાન્ય પ્રક્રિયા પ્રવાહમાં શામેલ છે:

ઓરિએન્ટેશન કટીંગ

બરછટ પીસવું

બારીક પીસવું

યાંત્રિક પોલિશિંગ

અંતિમ પગલા તરીકે કેમિકલ મિકેનિકલ પોલિશિંગ (CMP)

CMP પદ્ધતિની પસંદગી, પ્રક્રિયા રૂટ ડિઝાઇન અને પરિમાણોનું ઑપ્ટિમાઇઝેશન મહત્વપૂર્ણ છે. સેમિકન્ડક્ટર ઉત્પાદનમાં, CMP એ અતિ-સરળ, ખામી-મુક્ત અને નુકસાન-મુક્ત સપાટીઓ સાથે SiC વેફર્સનું ઉત્પાદન કરવા માટે નિર્ણાયક પગલું છે, જે ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા એપિટેક્સિયલ વૃદ્ધિ માટે જરૂરી છે.

(a) ક્રુસિબલમાંથી SiC પિંડ દૂર કરો;

(b) બાહ્ય વ્યાસ ગ્રાઇન્ડીંગનો ઉપયોગ કરીને પ્રારંભિક આકાર આપો;

(c) સંરેખણ ફ્લેટ અથવા ખાંચોનો ઉપયોગ કરીને સ્ફટિક દિશા નક્કી કરો;

(d) મલ્ટી-વાયર સોઇંગનો ઉપયોગ કરીને પિંડને પાતળા વેફરમાં કાપો;

(e) ગ્રાઇન્ડીંગ અને પોલિશિંગ સ્ટેપ્સ દ્વારા અરીસા જેવી સપાટીની સરળતા પ્રાપ્ત કરો.

પ્રક્રિયાના પગલાંઓની શ્રેણી પૂર્ણ કર્યા પછી, SiC વેફરની બાહ્ય ધાર ઘણીવાર તીક્ષ્ણ બની જાય છે, જે હેન્ડલિંગ અથવા ઉપયોગ દરમિયાન ચીપિંગનું જોખમ વધારે છે. આવી નાજુકતા ટાળવા માટે, ધારને ગ્રાઇન્ડીંગ કરવું જરૂરી છે.

પરંપરાગત સ્લાઇસિંગ પ્રક્રિયાઓ ઉપરાંત, SiC વેફર્સ તૈયાર કરવા માટેની એક નવીન પદ્ધતિમાં બોન્ડિંગ ટેકનોલોજીનો સમાવેશ થાય છે. આ અભિગમ પાતળા SiC સિંગલ-ક્રિસ્ટલ સ્તરને વિજાતીય સબસ્ટ્રેટ (સહાયક સબસ્ટ્રેટ) સાથે જોડીને વેફર ફેબ્રિકેશનને સક્ષમ બનાવે છે.

આકૃતિ 3 પ્રક્રિયા પ્રવાહ દર્શાવે છે:

સૌપ્રથમ, હાઇડ્રોજન આયન ઇમ્પ્લાન્ટેશન અથવા સમાન તકનીકો દ્વારા SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલની સપાટી પર ચોક્કસ ઊંડાઈએ ડિલેમિનેશન સ્તર બનાવવામાં આવે છે. ત્યારબાદ પ્રોસેસ્ડ SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલને ફ્લેટ સપોર્ટિંગ સબસ્ટ્રેટ સાથે જોડવામાં આવે છે અને દબાણ અને ગરમીનો સામનો કરવો પડે છે. આનાથી SiC સિંગલ-ક્રિસ્ટલ સ્તરને સપોર્ટિંગ સબસ્ટ્રેટ પર સફળ ટ્રાન્સફર અને અલગ કરવાની મંજૂરી મળે છે.

અલગ કરાયેલ SiC સ્તર જરૂરી સપાટતા પ્રાપ્ત કરવા માટે સપાટીની સારવારમાંથી પસાર થાય છે અને અનુગામી બંધન પ્રક્રિયાઓમાં તેનો ફરીથી ઉપયોગ કરી શકાય છે. SiC સ્ફટિકોના પરંપરાગત સ્લાઇસિંગની તુલનામાં, આ તકનીક ખર્ચાળ સામગ્રીની માંગ ઘટાડે છે. જોકે તકનીકી પડકારો બાકી છે, સંશોધન અને વિકાસ ઓછા ખર્ચે વેફર ઉત્પાદનને સક્ષમ બનાવવા માટે સક્રિયપણે આગળ વધી રહ્યા છે.

SiC ની ઉચ્ચ કઠિનતા અને રાસાયણિક સ્થિરતાને કારણે - જે તેને ઓરડાના તાપમાને પ્રતિક્રિયાઓ સામે પ્રતિરોધક બનાવે છે - બારીક ગ્રાઇન્ડીંગ ખાડાઓ દૂર કરવા, સપાટીને નુકસાન ઘટાડવા, સ્ક્રેચમુદ્દે, ખાડા અને નારંગીની છાલની ખામીઓ દૂર કરવા, સપાટીની ખરબચડી ઘટાડવા, સપાટતા સુધારવા અને સપાટીની ગુણવત્તા વધારવા માટે યાંત્રિક પોલિશિંગ જરૂરી છે.

ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળી પોલિશ્ડ સપાટી પ્રાપ્ત કરવા માટે, તે જરૂરી છે:

ઘર્ષક પ્રકારોને સમાયોજિત કરો,

કણોનું કદ ઘટાડો,

પ્રક્રિયા પરિમાણોને ઑપ્ટિમાઇઝ કરો,

પૂરતી કઠિનતાવાળા પોલિશિંગ મટિરિયલ અને પેડ પસંદ કરો.

આકૃતિ 7 દર્શાવે છે કે 1 μm ઘર્ષક સાથે ડબલ-સાઇડેડ પોલિશિંગ 10 μm ની અંદર સપાટતા અને જાડાઈના તફાવતને નિયંત્રિત કરી શકે છે, અને સપાટીની ખરબચડીને લગભગ 0.25 nm સુધી ઘટાડી શકે છે.

૩.૨ કેમિકલ મિકેનિકલ પોલિશિંગ (CMP)

કેમિકલ મિકેનિકલ પોલિશિંગ (CMP) અલ્ટ્રાફાઇન કણ ઘર્ષણને રાસાયણિક એચિંગ સાથે જોડીને પ્રક્રિયા કરવામાં આવતી સામગ્રી પર એક સરળ, સમતલ સપાટી બનાવે છે. મૂળભૂત સિદ્ધાંત છે:

પોલિશિંગ સ્લરી અને વેફર સપાટી વચ્ચે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા થાય છે, જે નરમ પડ બનાવે છે.

ઘર્ષક કણો અને નરમ પડ વચ્ચેના ઘર્ષણથી સામગ્રી દૂર થાય છે.

સીએમપીના ફાયદા:

સંપૂર્ણપણે યાંત્રિક અથવા રાસાયણિક પોલિશિંગની ખામીઓને દૂર કરે છે,

વૈશ્વિક અને સ્થાનિક બંને આયોજન પ્રાપ્ત કરે છે,

ઉચ્ચ સપાટતા અને ઓછી ખરબચડી સપાટીઓ ઉત્પન્ન કરે છે,

સપાટી કે સપાટીના નીચેના ભાગને કોઈ નુકસાન થતું નથી.

વિગતવાર:

દબાણ હેઠળ પોલિશિંગ પેડની સાપેક્ષમાં વેફર ફરે છે.

સ્લરીમાં રહેલા નેનોમીટર-સ્કેલ ઘર્ષક (દા.ત., SiO₂) શીયરિંગ, Si–C સહસંયોજક બંધનોને નબળા પાડવા અને સામગ્રી દૂર કરવામાં વધારો કરવામાં ભાગ લે છે.

CMP તકનીકોના પ્રકારો:

મફત ઘર્ષક પોલિશિંગ: ઘર્ષક પદાર્થો (દા.ત., SiO₂) સ્લરીમાં લટકાવવામાં આવે છે. સામગ્રી દૂર કરવા માટે ત્રણ-બોડી ઘર્ષણ (વેફર-પેડ-ઘર્ષક)નો ઉપયોગ થાય છે. એકરૂપતા સુધારવા માટે ઘર્ષક કદ (સામાન્ય રીતે 60-200 nm), pH અને તાપમાન ચોક્કસ રીતે નિયંત્રિત કરવું આવશ્યક છે.

ફિક્સ્ડ એબ્રેસિવ પોલિશિંગ: એબ્રેસિવ્સને પોલિશિંગ પેડમાં એમ્બેડ કરવામાં આવે છે જેથી એકત્રીકરણ અટકાવી શકાય - ઉચ્ચ-ચોકસાઇ પ્રક્રિયા માટે આદર્શ.

પોલિશિંગ પછીની સફાઈ:

પોલિશ્ડ વેફર આમાંથી પસાર થાય છે:

રાસાયણિક સફાઈ (DI પાણી અને સ્લરી અવશેષો દૂર કરવા સહિત),

DI પાણીથી કોગળા કરવા, અને

ગરમ નાઇટ્રોજન સૂકવણી

સપાટીના દૂષણોને ઘટાડવા માટે.

સપાટીની ગુણવત્તા અને કામગીરી

સપાટીની ખરબચડીતાને Ra < 0.3 nm સુધી ઘટાડી શકાય છે, જે સેમિકન્ડક્ટર એપિટાક્સી જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરે છે.

ગ્લોબલ પ્લાનરાઇઝેશન: રાસાયણિક નરમાઈ અને યાંત્રિક દૂર કરવાના મિશ્રણથી સ્ક્રેચ અને અસમાન એચિંગ ઓછું થાય છે, જે શુદ્ધ યાંત્રિક અથવા રાસાયણિક પદ્ધતિઓ કરતાં વધુ સારું પ્રદર્શન કરે છે.

ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા: SiC જેવા કઠણ અને બરડ પદાર્થો માટે યોગ્ય, જેમાં સામગ્રી દૂર કરવાનો દર 200 nm/h થી વધુ છે.

અન્ય ઉભરતી પોલિશિંગ તકનીકો

CMP ઉપરાંત, વૈકલ્પિક પદ્ધતિઓનો પ્રસ્તાવ મૂકવામાં આવ્યો છે, જેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:

ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પોલિશિંગ, ઉત્પ્રેરક-સહાયિત પોલિશિંગ અથવા એચિંગ, અને

ટ્રાઇબોકેમિકલ પોલિશિંગ.

જોકે, આ પદ્ધતિઓ હજુ પણ સંશોધન તબક્કામાં છે અને SiC ના પડકારજનક ભૌતિક ગુણધર્મોને કારણે ધીમે ધીમે વિકસિત થઈ છે.

આખરે, SiC પ્રોસેસિંગ એ સપાટીની ગુણવત્તા સુધારવા માટે વોરપેજ અને ખરબચડીપણું ઘટાડવાની ક્રમિક પ્રક્રિયા છે, જ્યાં દરેક તબક્કામાં સપાટતા અને ખરબચડીપણું નિયંત્રણ મહત્વપૂર્ણ છે.

પ્રોસેસિંગ ટેકનોલોજી

વેફર ગ્રાઇન્ડીંગ સ્ટેજ દરમિયાન, વેફરને જરૂરી સપાટતા અને સપાટીની ખરબચડીતા સુધી ગ્રાઇન્ડ કરવા માટે વિવિધ કણોના કદ સાથે હીરા સ્લરીનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. આ પછી પોલિશિંગ કરવામાં આવે છે, જેમાં યાંત્રિક અને રાસાયણિક યાંત્રિક પોલિશિંગ (CMP) તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને નુકસાન-મુક્ત પોલિશ્ડ સિલિકોન કાર્બાઇડ (SiC) વેફર્સ બનાવવામાં આવે છે.

પોલિશ કર્યા પછી, SiC વેફર્સ ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપ અને એક્સ-રે ડિફ્રેક્ટોમીટર જેવા સાધનોનો ઉપયોગ કરીને સખત ગુણવત્તા નિરીક્ષણમાંથી પસાર થાય છે જેથી ખાતરી કરી શકાય કે બધા તકનીકી પરિમાણો જરૂરી ધોરણોને પૂર્ણ કરે છે. અંતે, પોલિશ્ડ વેફર્સ સપાટીના દૂષકોને દૂર કરવા માટે વિશિષ્ટ સફાઈ એજન્ટો અને અતિ શુદ્ધ પાણીનો ઉપયોગ કરીને સાફ કરવામાં આવે છે. ત્યારબાદ તેમને અતિ-ઉચ્ચ શુદ્ધતા નાઇટ્રોજન ગેસ અને સ્પિન ડ્રાયર્સનો ઉપયોગ કરીને સૂકવવામાં આવે છે, જે સમગ્ર ઉત્પાદન પ્રક્રિયા પૂર્ણ કરે છે.

વર્ષોના પ્રયાસો પછી, ચીનમાં SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ પ્રોસેસિંગમાં નોંધપાત્ર પ્રગતિ થઈ છે. સ્થાનિક સ્તરે, 100 mm ડોપ્ડ સેમી-ઇન્સ્યુલેટીંગ 4H-SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ્સ સફળતાપૂર્વક વિકસાવવામાં આવ્યા છે, અને n-ટાઇપ 4H-SiC અને 6H-SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ્સ હવે બેચમાં ઉત્પન્ન કરી શકાય છે. TankeBlue અને TYST જેવી કંપનીઓએ પહેલાથી જ 150 mm SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ્સ વિકસાવી દીધા છે.

SiC વેફર પ્રોસેસિંગ ટેકનોલોજીના સંદર્ભમાં, સ્થાનિક સંસ્થાઓએ ક્રિસ્ટલ સ્લાઇસિંગ, ગ્રાઇન્ડીંગ અને પોલિશિંગ માટે પ્રક્રિયાની સ્થિતિઓ અને માર્ગોની પ્રાથમિક શોધ કરી છે. તેઓ એવા નમૂનાઓ ઉત્પન્ન કરવામાં સક્ષમ છે જે મૂળભૂત રીતે ઉપકરણ ફેબ્રિકેશન માટેની આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરે છે. જો કે, આંતરરાષ્ટ્રીય ધોરણોની તુલનામાં, સ્થાનિક વેફર્સની સપાટી પ્રક્રિયા ગુણવત્તા હજુ પણ નોંધપાત્ર રીતે પાછળ છે. ઘણા મુદ્દાઓ છે:

આંતરરાષ્ટ્રીય SiC સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રિયા તકનીકો ચુસ્તપણે સુરક્ષિત છે અને સરળતાથી સુલભ નથી.

પ્રક્રિયા સુધારણા અને ઑપ્ટિમાઇઝેશન માટે સૈદ્ધાંતિક સંશોધન અને સમર્થનનો અભાવ છે.

વિદેશી સાધનો અને ઘટકોની આયાતનો ખર્ચ ઊંચો છે.

સાધનોની ડિઝાઇન, પ્રક્રિયા ચોકસાઇ અને સામગ્રી પરના સ્થાનિક સંશોધન હજુ પણ આંતરરાષ્ટ્રીય સ્તરની તુલનામાં નોંધપાત્ર અંતર દર્શાવે છે.

હાલમાં, ચીનમાં વપરાતા મોટાભાગના ઉચ્ચ-ચોકસાઇવાળા સાધનો આયાત કરવામાં આવે છે. પરીક્ષણ સાધનો અને પદ્ધતિઓમાં પણ વધુ સુધારાની જરૂર છે.

ત્રીજી પેઢીના સેમિકન્ડક્ટર્સના સતત વિકાસ સાથે, SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ સબસ્ટ્રેટનો વ્યાસ સતત વધી રહ્યો છે, સાથે સપાટી પ્રક્રિયા ગુણવત્તા માટે ઉચ્ચ આવશ્યકતાઓ પણ વધી રહી છે. SiC સિંગલ ક્રિસ્ટલ વૃદ્ધિ પછી વેફર પ્રોસેસિંગ ટેકનોલોજી સૌથી તકનીકી રીતે પડકારજનક પગલાંઓમાંની એક બની ગઈ છે.

પ્રોસેસિંગમાં હાલના પડકારોનો સામનો કરવા માટે, કટીંગ, ગ્રાઇન્ડીંગ અને પોલિશિંગમાં સામેલ પદ્ધતિઓનો વધુ અભ્યાસ કરવો અને SiC વેફર ઉત્પાદન માટે યોગ્ય પ્રક્રિયા પદ્ધતિઓ અને માર્ગો શોધવા જરૂરી છે. તે જ સમયે, ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા સબસ્ટ્રેટનું ઉત્પાદન કરવા માટે અદ્યતન આંતરરાષ્ટ્રીય પ્રોસેસિંગ તકનીકોમાંથી શીખવું અને અત્યાધુનિક અલ્ટ્રા-પ્રિસિઝન મશીનિંગ તકનીકો અને સાધનો અપનાવવા જરૂરી છે.

જેમ જેમ વેફરનું કદ વધે છે તેમ તેમ સ્ફટિક વૃદ્ધિ અને પ્રક્રિયામાં મુશ્કેલી પણ વધે છે. જોકે, ડાઉનસ્ટ્રીમ ઉપકરણોની ઉત્પાદન કાર્યક્ષમતામાં નોંધપાત્ર સુધારો થાય છે, અને એકમ ખર્ચમાં ઘટાડો થાય છે. હાલમાં, વૈશ્વિક સ્તરે મુખ્ય SiC વેફર સપ્લાયર્સ 4 ઇંચથી 6 ઇંચ વ્યાસ સુધીના ઉત્પાદનો ઓફર કરે છે. ક્રી અને II-VI જેવી અગ્રણી કંપનીઓએ 8-ઇંચની SiC વેફર ઉત્પાદન લાઇનના વિકાસ માટે આયોજન શરૂ કરી દીધું છે.