Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Nowe metody polerowania układów SiC poprawiają jakość układów

ghost666 09 Dec 2022 12:17 324 0
  • Proces wytwarzania dowolnego półprzewodnika można podzielić na pięć głównych faz: wzrost kryształów, krojenie i szlifowanie, polerowanie, epitaksja (epi) i wytwarzanie urządzeń. Trzeci krok, który ogólnie nazwaliśmy: „polerowaniem”, to ostatnia faza produkcji podłoża (substratu, tzw. wafla). Ten etap jest szczególnie ważny, gdyż trzeba atomowo wygładzić jego powierzchnię, uzyskując wysoki poziom płaskości, niezbędny do późniejszej obróbki. Chociaż od pewnego czasu najczęściej stosowaną techniką jest chemiczne polerowanie mechaniczne (CMP), nowo wprowadzona technologia — suche trawienie z wykorzystaniem polerowania plazmowego (Plasma Polish Dry Etch PPDE), staje się ważną alternatywą. Została ona zaproponowana przez Oxford Instruments Plasma Technology, jednostkę biznesową Oxford Instruments Plc., i może przezwyciężyć niektóre ograniczenia oferowane przez CMP.

    Na Międzynarodowej Konferencji na temat Węglika Krzemu i Materiałów Pokrewnych (ICSCRM), która odbyła się w dniach 11-16 września 2022 roku w Davos w Szwajcarii, firma Oxford Instruments zaprezentowała swój nowy proces Plasma Polish dla podłoży z węglika krzemu (SiC). Przedstawiono go jako bezpośredni zamiennik konwencjonalnej technologii CMP. Polerowanie plazmowe ma na celu dokładne dopasowanie się do tej luki popytowej, w której obecnie znajduje się CMP.

    Suche trawienie i polerowanie plazmowe

    Ten artykuł koncentruje się na technologii PPDE opracowanej przez Oxford Instruments, markę założoną pod koniec lat pięćdziesiątych jako spin-out z Uniwersytetu Oksfordzkiego. Obecnie firma ta dostarcza zaawansowane technologicznie produkty i usługi wielu wiodącym światowym podmiotom i społecznościom naukowo-badawczym. „Powiedziałbym, że prawie 50% naszej działalności w Plasma Technology skupia się na korporacyjnych badaniach i rozwoju oraz uniwersytetach” — powiedział Brian Dlugosch, wiceprezes ds. strategicznych rynków produkcyjnych w Oxford Instruments Plasma Technology. „Jednak pozostałe 50% naszej działalności opiera się na obsłudze klientów produkcyjnych, bo wyraźnie zmierzamy w kierunku wytwórstwa, ponieważ nasze złożone rozwiązania zyskują na popularności na szybko rozwijających się obszarach zbytu zależnych od zaawansowanych materiałów”. Według Dlugoscha, węglik krzemu jest jednym z produktów, dla których Oxford Instruments poszukuje klientów produkcyjnych, ze względu na duże zapotrzebowanie rynku na ten półprzewodnik i wynikające z niego skalowanie procesu wytwórczego. Według analiz, prognoza podaży 6-calowych (150 mm) wafli w branży motoryzacyjnej rośnie z wyraźną luką popytową, co jest prawdziwym wyzwaniem dla całego sektora elektronicznego. Rozwiązanie jest obecne na poziomie wafli 150 mm, ale cały sprzęt jest kompatybilny z produkcją 200 mm. Opatentowane przez firmę podejście zapewnia gładką i wolną od uszkodzeń powierzchnię i podłoże z SiC. To osiągnięcie jest niezbędne do umożliwienia wzrostu epitaksjalnego o niskiej gęstości defektów. „CMP ma ograniczenia, które mogą spowolnić przyjęcie SiC w urządzeniach wykorzystywanych w elektromobilności i zrównoważonej energetyce. Polerowanie plazmowe może przezwyciężyć te bariery i zwiększyć skalę, aby zaspokoić potrzeby tych szybko rozwijających się rynków” — podsumował Dlugosch.

    Technika polerowania plazmowego jest skalowalna, zapewniając takie same wyniki dla podłoży SiC, niezależnie od rozmiaru wafla. Umożliwia to zastosowanie standardowych w branży technik obsługi, monitorowania i kontroli płytek półprzewodnikowych, które skracają czas kontaktu, jednocześnie zwiększając wydajność i efektywność procesu. Oprócz braku skalowalności, CMP ma pewne inne ograniczenia związane z dużymi kosztami środowiskowymi i ostatecznie wysokimi wydatkami operacyjnymi, w tym z koniecznością utylizacji produktów ubocznych procesu. Surowce dla CMP są drogie w zakupie i w utylizacji oraz wymagają ekstremalnego zużycia wody. Prawie 40% wykorzystania tego zasobu w zakładzie produkcji półprzewodników jest związane z CMP. Co więcej, nacisk fizyczny, jaki CMP wywiera na wafel, oznacza, że ​​mogą wystąpić problemy z pękaniem substratu na skutek tego procesu. „Pierwszą korzyścią z zastosowania Plasma Polish jest redukcja wydatków” — wskazał Dlugosch. „W porównaniu do CMP, koszt polerowania plazmowego, w przeliczeniu na wafel jest niższy, zużywa się mniej środków chemicznych i materiałów eksploatacyjnych, a stabilność procesu jest znacznie poprawiona”.

    Procesy chemiczno-mechaniczne obciążają podłoże, co zwiększa utratę i pękanie substratów. Gdy cząsteczki ocierają się o SiC, na powierzchni pozostają rysy. Plasma Polish to bezkontaktowa metoda selektywnego usuwania uszkodzonego SiC z powierzchni przy zachowaniu dobrej jej jakości. Inne zalety PPDE to niższy koszt na wafel, mniejsze zużycie środków chemicznych i materiałów eksploatacyjnych oraz lepsza stabilność procesu i MTBC.

    Jednym z kluczowych aspektów zrozumienia tego, co dzieje się na powierzchni płytki i ciut pod nią, jest to, że gładsze niekoniecznie oznacza lepsze. CMP bardzo dobrze planaryzuje płaszczyznę SiC i pozostawia płaską topografię. Jednak nie zawsze jest skuteczne w zwalczaniu uszkodzeń podpowierzchniowych. I odwrotnie, polerowanie plazmowe selektywnie namierza wadliwy i uszkodzony materiał, który jest słabo związany i łatwiej trawi w takich obszarach. Ten ostatni aspekt jest podkreślony na diagramach na rysunku 1. To, co pozostaje, niekoniecznie jest gładsze, ale jawi się kryształem wyższej jakości.

    Nowe metody polerowania układów SiC poprawiają jakość układów
    Rys.1. Porównanie finalnej jakości wyglansowanego kryształu w ramach CMP i polerowania plazmowego.


    Walidacja procesu

    Firma Oxford Instruments zweryfikowała swój proces Plasma Polish w dwóch krokach. Pierwszy z nich polegał na walidacji właściwości epi-warstwy metodą KOH etch, Candela i chropowatości powierzchni do epitaksji. Drugi krok obejmował sprawdzenie podłoży polerowanych plazmowo poprzez wykonanie urządzeń we współpracy z partnerem Clas-SiC Wafer Fab. Działając w swojej fabryce w Szkocji, marka Clas-SiC otrzymała wafle utworzone zarówno z CMP, jak i PPDE i oceniła ich jakość, przepuszczając je przez tę samą linię urządzeń do produkcji diod i tranzystorów MOSFET. Zakwalifikowano całe wafle z 1200-woltowych układów MOSFET SiC, uzyskując parametryczne wyniki i wydajność porównywalną, a może nawet nieco lepszą, z waflami przygotowanymi na CMP. Ostatecznie ocena przeprowadzona przez Clas-SiC wykazała, że warstwy epitaksjalne wyhodowane na podłożach PPDE mają takie same właściwości, jak te z CMP. A urządzenia MOSFET uwidoczniły zbliżone parametry. Firma Oxford Instruments podzieliła się na ostatniej konferencji ICSCRM danymi o własnościach pełnej płytki uzyskanej przez Clas-SiC. „Wierzymy, że nasze rozwiązanie oferuje znaczące korzyści względem CMP, jako opcja przyjazna dla środowiska o niższych kosztach i potencjalnie wyższej wydajności” — dodał Dlugosch.

    Podłoża SiC są obecnie niedostępne ze względu na duży popyt. Półprzewodniki o szerokiej przerwie wzbronionej produkowane na takich podłożach są również bardzo poszukiwane. Potrzebne są nowe rozwiązania, ponieważ oczekuje się, że ta luka produkcyjna będzie rosnąć wykładniczo. Jako że szybko rozwijające się rynki pojazdów elektrycznych i zrównoważonej energii wykorzystują coraz więcej takich złożonych półprzewodników w swoich zastosowaniach. Polerowanie plazmowe, według Oxford Instruments, jest substytutem CMP typu: „plug-and-play”, który od razu obniża koszt na wafel przy zmniejszonych wydatkach operacyjnych. Jednak jest również kluczową technologią umożliwiającą przyspieszenie przejścia technologii produkcji do podłóż 200 mm. „Zwalidowaliśmy i uruchomiliśmy czystszą, bardziej ekologiczną i tańszą alternatywę dla CMP, która może pomóc przezwyciężyć ograniczenia techniczne CMP i zdynamizować adopcję SiC w niektórych naprawdę ekscytujących zastosowaniach” — powiedział Dlugosch.

    Aby każdy samochód na drodze był elektryczny, pojazdy tego typu o większym zasięgu powinny być nie tylko normą, ale akumulatory muszą stać się tańsze i szybsze w ładowaniu. Ponieważ krzem osiąga swoje teoretyczne granice, przemysł przechodzi na SiC w energoelektronice ze względu na jego szerszą przerwę wzbronioną, wyższe pole elektryczne przebicia i przewodność cieplną. MOSFET-y oparte na SiC rzeczywiście uzyskują niższe straty, większe częstotliwości przełączania i gęstości mocy niż komponenty krzemowe, co przekłada się na podbicie sprawności całego systemu napędowego.

    Źródło: https://www.eetimes.com/plasma-polish-dry-etch-brings-next-level-sic-quality/

    Cool? Ranking DIY
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 11500 posts with rating 9721, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.