أخبار التكنولوجيا

يوفر التلميع بالبلازما SiC بديلاً مستدامًا ومنخفض التكلفة لـ CMP


مع تزايد الطلب على كربيد السيليكون (SiC)، والذي تسارع من خلال زيادة محولات الجر للسيارات الكهربائية (EV) وتطبيقات تحويل الطاقة الأخرى، يتزايد التركيز على جانب العرض. على عكس السيليكون (Si)، فإن نمو البلورات هو عملية بطيئة ومكلفة تعتمد على التسامي في درجات الحرارة العالية مع العديد من التحديات. في حين أن معظم تصنيع SiC اليوم يتم على رقائق بحجم 150 مم، فإن العديد من الشركات تتجه نحو أحجام رقائق بحجم 200 مم. وهذا من شأنه أن يتيح خفض التكاليف على المدى الطويل. في هذه المقالة، سنسلط الضوء على طريقة محتملة أخرى لخفض التكلفة المستقبلية في معالجة SiC. يتضمن ذلك تلميع رقائق SiC بالبلازما في عدة مراحل من تدفق تصنيع الجهاز، كعملية بديلة أو مكملة للتلميع الكيميائي الميكانيكي التقليدي (CMP).

إعداد السطح قبل برنامج التحصين الموسع

عادة ما يتبع النمو البلوري لـ SiC شريحة وطحن لإنشاء الركائز الفعلية. صلابة SiC تجعل هذه العملية صعبة. يمكن أن يؤدي التقطيع الأكثر تقدمًا المعتمد على الليزر إلى تقليل خسائر الشق مقارنة بالمناشير متعددة الأسلاك وملاط الماس. تحتوي الركائز المنتجة في هذه المرحلة على عيوب سطحية وتحت سطحية يجب إزالتها. وهذا يضمن أن نمو epi اللاحق، الذي يشكل الجزء الأكبر من جزء أشباه الموصلات من الجهاز، به عيوب قليلة بسبب انتشار الخلل من الركيزة. تؤثر العيوب على إنتاجية الجهاز (وبالتالي التكلفة) والموثوقية. CMP هي عملية التسجيل (POR) المستخدمة لتحسين جودة سطح ما قبل برنامج التحصين الموسع.

قامت شركة Oxford Instruments Plasma Technology، ومقرها بالقرب من بريستول بالمملكة المتحدة، والتي تشكل جزءًا من شركة Oxford Instruments plc، بتطوير عملية البلازما البولندية الجافة. تم الإعلان عن ذلك لأول مرة في المؤتمر الدولي حول كربيد السيليكون والمواد ذات الصلة، في عام 2022. تم تصميم عملية الحفر الجاف بدون تلامس الحاصلة على براءة اختراع لتعزيز جودة الكريستال وتقليل عمليات التنظيف والتلميع الرطبة مع تقليل التكلفة وتعقيد التصنيع من تصنيع جهاز SiC بالكامل. تدفق. يستخدم طلاء البلازما كيمياء خاصة وظروف الطاقة/الضغط، التي تستهدف وتزيل المواد المعيبة والضعيفة الترابط في السطح وتحت السطح. يكون سطح ما بعد البلازما الناتج خاليًا من العيوب إلى حد كبير وجاهزًا لتسهيل ترسيب epi عالي الجودة، أو العمليات اللاحقة الأخرى بتأثير بيئي أقل بكثير من CMP.

مزايا تلميع البلازما على CMP

  • كما هو موضح في الشكل 1، يزيل طلاء البلازما العيوب الموجودة تحت السطح والتي قد لا يكون CMP فعالاً في إزالتها. يساعد فحص العيوب والنتائج الكهربائية الموضحة لاحقًا في تأكيد ذلك. وهذا يمكن أن يحسن العائد وبالتالي يقلل من تكلفة القالب.
الشكل 1: تمثيل مرئي يقارن بين تلميع البلازما وCMP لإعداد الركيزة قبل برنامج التحصين الموسع (المصدر: Oxford Instruments)
  • يكون CMP، الذي يحتوي على مكون ميكانيكي، أكثر عرضة لكسر الرقاقة والخدش. علاوة على ذلك، يمكن أن يخلق ضغطًا على الرقاقة مما قد يؤدي إلى مشاكل في خطوات عملية التصنيع اللاحقة.
  • يوفر Plasma Polish بديل تلميع مباشر أقل من CoO في خط معالجة Fab. تقدر شركة Oxford Instruments أنه يتم توفير ما بين 30,000 إلى 150,000 لتر من مادة الملاط لكل أداة CMP سنويًا. CMP هي عملية كثيفة الاستخدام للمياه. تكاليف منصات التلميع، والملاط، والمياه، والتخلص من النفايات السائلة كلها تزيد بشكل كبير عن التكلفة التشغيلية لتشغيل أداة تلميع البلازما. على الرغم من أن التكلفة الرأسمالية الأولية لطلاء البلازما يمكن أن تكون أعلى، إلا أنه من المتوقع حدوث انخفاض بنسبة 60% في إجمالي تكلفة الملكية على الرقائق مقاس 150 مم، مع انخفاض كبير في ثاني أكسيد الكربون المتوقع للرقائق مقاس 200 مم.
  • إن طلاء البلازما غير الملامس قابل للتطوير بسهولة أكبر إلى أحجام الرقاقات الأكبر.
  • يتم تقدير البصمة البيئية المنخفضة باستخدام طلاء البلازما – يستهلك CMP الكثير من المياه النظيفة ويتطلب التخلص من النفايات السائلة الكيميائية السامة. تندرج معالجة غاز العادم في طلاء البلازما ضمن المتطلبات العادية لأدوات الحفر الأخرى في مصنع Fab.
  • يتطلب عدم التماثل في عملية النمو أن تكون رقائق SiC الحالية مقاس 200 مم أكثر سمكًا (~ 500 ميكرومتر) من سمك 350 ميكرومتر الذي يُرى عادةً مع رقائق 150 مم. قد يكون تخفيف هذا الأمر ممكنًا بمرور الوقت ويكون جزءًا من نهج خفض التكلفة (أي زيادة عدد الرقائق/الكرة). في هذا السيناريو، يجب أن تكون عملية تلميع البلازما أكثر قدرة على التعامل مع الرقائق الرقيقة، في حين أن الجانب الميكانيكي لـ CMP سيتطلب ضبطًا دقيقًا لتقليل مخاطر كسر الرقاقة.

الاختبارات والنتائج

خشونة السطح والعيوب

تم إجراء Plasma Polish باستخدام منصة ICP/RIE لمنصة Oxford Instruments PlasmaPro 100 المخصصة على رقائق 4H-SiC. تمت إزالة سمك 2.9 ميكرومتر وقياس خشونة السطح بواسطة مجهر القوة الذرية (AFM). يوضح الشكل 2 (أ) و (ب) صور AFM قبل المعالجة وبعدها. يعمل طلاء البلازما على تحسين خشونة Ra بنسبة 50٪. 12.7 أم ن2 تم إيداع برنامج epi المخدر بعد ذلك بواسطة MOCVD. يوضح الشكل 2 (ج) صورة AFM بعد برنامج التحصين الموسع. تمت مقارنة هذا برقاقة معالجة CMP بنفس برنامج التحصين الموسع. كانت Ra الخاصة برقائق Plasma Polish وCMP بعد epi متشابهة، عند 0.14 نانومتر و0.12 نانومتر على التوالي.

تخفيض تكلفة إنتاج الدوائر المتكاملة في عصر التكامل

14.09.2023

إضفاء الطابع الديمقراطي على الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي من خلال نهج بدون تعليمات برمجية

09.12.2023

الاستشعار البصري الذكي بالبكسل – ممارسة الذكاء الاصطناعي على مستوى البكسل

09.12.2023

الشكل 2: صور AFM لـ (أ) الركيزة غير المصقولة التي تظهر خشونة Ra = 1.5 نانومتر، (ب) ما بعد PPDE، تظهر Ra = 0.70 نانومتر، و (ج) نمو ما بعد برنامج التحصين الموسع، مع Ra = 0.14 نانومتر ( المصدر: أكسفورد إنسترومنتس).
الشكل 2: صور AFM لـ (أ) الركيزة غير المصقولة التي تظهر خشونة Ra = 1.5 نانومتر، (ب) طلاء ما بعد البلازما، تظهر Ra = 0.70 نانومتر، و (ج) نمو ما بعد برنامج التحصين الموسع، مع Ra = 0.14 نانومتر (المصدر: أكسفورد إنسترومنتس)

تم بعد ذلك تعيين كثافة العيوب بواسطة عمليات التفتيش على حفر KOH والتلألؤ البصري/الضوئي (PL). ويبين الشكل 3 مقارنة بين خرائط العيوب البصرية. تظهر هذه عددًا أقل من العيوب القاتلة، مثل الحفر الدقيقة والخدوش باستخدام طلاء البلازما، ومساحة إجمالية أعلى قابلة للاستخدام (TUA) على الرقاقة (94%، مقارنة بـ 84% مع CMP).

الشكل 3: خرائط العيوب البصرية/PL تنشر برنامج التحصين الموسع على (أ) CMP، و(ب) رقائق SiC المعالجة PPDE (المصدر: Oxford Instruments).
الشكل 3: خرائط العيوب البصرية/PL تنشر برنامج epi على (أ) CMP، و(ب) رقائق SiC المعالجة بالبلازما البولندية (المصدر: Oxford Instruments)

نتائج الجهاز

قام مسبك Clas-SiC Wafer Fab SiC، ومقره في اسكتلندا، المملكة المتحدة، بتصنيع ثنائيات PIN مدمجة بقدرة 1200 فولت على رقاقات ما بعد برنامج التحصين الموسع من تدفقات عملية Plasma Polish وPOR CMP. تم قياس جهد الانهيار (Vb)، وكذلك تيار التسرب (Ir) عند 600 فولت و1200 فولت. وتم تصنيع وقياس إجمالي 3000 قالب لكل رقاقة. ويقارن الشكل 4 العائد الناتج عن هذه الاختبارات. تظهر النتائج عوائد قابلة للمقارنة في جميع الاختبارات باستخدام رقائق البلازما البولندية مقارنة بـ CMP.

الشكل 4: مقارنة العائد على الثنائيات PIN بين رقائق SiC المعالجة PPDE وCMP (المصدر: Oxford Instruments).
الشكل 4: مقارنة العائد على الثنائيات PIN بين رقائق SiC المعالجة بالبلازما وCMP (المصدر: Oxford Instruments)

تمت أيضًا مقارنة وتمييز 1200 V MOSFETs بالمثل. تم الإبلاغ عن أن النتائج والعوائد البارامترية متشابهة بين الرقائق المعالجة بالبلازما البولندية والمعالجة بـ CMP.

خاتمة

من المتوقع أن يتجاوز الطلب على أجهزة ووحدات SiC العرض في السنوات القادمة. تعد زيادة الطاقة الإنتاجية وخفض تكاليف القوالب من التحديات الرئيسية على جانب العرض. يمكن أن تكون عملية تلميع البلازما من شركة Oxford Instruments جزءًا من مجموعة أوسع من الحلول لهذه التحديات. حققت الشركة تقدمًا كبيرًا مع عملائها في تأهيل طلاء البلازما على ركائزها، مع إجراء تحسينات في كل من العمليات الأولية والنهائية، مما أدى إلى تكلفة الركيزة والفوائد التقنية لعملية التصنيع بأكملها. وقد لوحظ اهتمام كبير بالسوق، وهم يخططون لزيادة الطاقة الإنتاجية للاستجابة للطلب المتزايد.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *