8英寸襯底的超精密加工：現(xiàn)狀與展望
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此前，在行家說三代半組織的《8英寸SiC產(chǎn)業(yè)協(xié)同》系列訪談當中提到，8英寸碳化硅襯底加工和6英寸相比較，用時和成本將大幅提高。根據(jù)合盛新材的觀點，8英寸切磨拋用時預(yù)計將增加3-5天，成本增加提高600元以上。這主要因為8英寸碳化硅襯底表面的WARP、BOW、TTV等指標相應(yīng)加工條件需要更加精細，工藝設(shè)計難度更大，導(dǎo)致加工難度增大、加工周期增長。
8英寸SiC襯底，如今尚未進入量產(chǎn)驗證階段，這是因為從6英寸到8英寸，不同的工藝路線、設(shè)備及耗材，往往也需要重新設(shè)計及磨合，以進一步控制成本。8英寸碳化硅晶圓由于尺寸擴大，減薄厚度、光滑度、良率更加難以控制，要實現(xiàn)切割損耗小、并且切割出厚度均勻、翹曲度小的高質(zhì)量SiC晶片，仍是目前面臨的重要技術(shù)難點。
我們也對行業(yè)內(nèi)部分專家做了調(diào)研，8英寸在加工段，仍面臨以下問題：
大尺寸襯底的均勻性：隨著襯底尺寸的增加，保持整個襯底表面的均勻性變得更加困難。這包括平整度、厚度一致性和表面粗糙度。
高表面質(zhì)量：SiC襯底對表面質(zhì)量的要求極高，需要實現(xiàn)原子級的表面粗糙度，同時要控制和減少次表面損傷。
材料去除率（MRR）：SiC的硬度和脆性導(dǎo)致其去除率較低，這會影響加工效率和成本。
加工損傷：在加工過程中容易產(chǎn)生微裂紋、位錯和其他形式的損傷，這些損傷可能會影響器件的性能。
化學機械拋光（CMP）的挑戰(zhàn)：CMP是實現(xiàn)高平整度和低表面粗糙度的關(guān)鍵步驟，但對于大尺寸SiC襯底，CMP過程中的均勻性和可重復(fù)性難以保證。
熱管理：在加工過程中，SiC襯底可能會因為摩擦和切削力而產(chǎn)生熱量，需要有效的冷卻和熱管理策略來防止熱損傷。
加工設(shè)備的能力：現(xiàn)有的加工設(shè)備可能需要升級或改進以適應(yīng)8英寸襯底的加工，包括提高設(shè)備的剛性和穩(wěn)定性。
加工參數(shù)的優(yōu)化：找到最佳的加工參數(shù)，如切削速度、進給率和切削深度，對于提高加工質(zhì)量和效率至關(guān)重要。
材料特性的理解：SiC的不同晶體取向和相變對加工過程有重要影響，需要深入理解這些特性以優(yōu)化加工策略。
近日，大連理工大學高性能精密制造國家重點實驗室的王浩翔, 康仁科, 董志剛, 高尚等科研人員，發(fā)布了一份論文材料去除機理和超精密加工技術(shù)兩個部分介紹了SiC的研究進展，詳細介紹了國內(nèi)外SiC的材料去除與損傷形成機理以及研磨、拋光技術(shù)、超精密磨削技術(shù)的研究進展。分析表明，不同學者對SiC的去除機理研究存在一定的差異。另外，缺乏合理的表面完整性理論模型，阻礙了SiC晶片磨削高效、低損傷的工藝參數(shù)選取。
在單晶SiC超精密加工方面，現(xiàn)階段較為成熟的加工方法主要經(jīng)過雙面研磨、單面研磨和化學機械拋光三個步驟，每個步驟的加工效率和表面完整性影響最終產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和廢品率。隨著SiC晶片尺寸不斷增大，利用工件旋轉(zhuǎn)磨削原理的超精密磨削技術(shù)作為一種高效、低損傷的SiC晶片加工方法應(yīng)運而生，有望取代傳統(tǒng)的研磨加工。
接下倆我們來看一下這篇論文。
論文中提出的技術(shù)觀點對于優(yōu)化8英寸SiC襯底的制造加工具有重要意義。以下是這些技術(shù)觀點如何幫助解決8英寸SiC襯底制造中的加工難點：
- 雙面研磨和單面研磨：通過改進雙面研磨和單面研磨的工藝參數(shù)，可以提高晶片的平整度和均勻性，同時減少表面和次表面損傷。這對于8英寸襯底尤為重要，因為更大的尺寸意味著在加工過程中更難保持一致性。
- 化學機械拋光（CMP）：通過優(yōu)化CMP過程，可以進一步提高襯底的表面質(zhì)量和平整度。使用合適的拋光漿料和優(yōu)化的拋光參數(shù)，可以實現(xiàn)原子級平滑的表面，這對于8英寸襯底的高性能應(yīng)用至關(guān)重要。
- 超精密磨削技術(shù)：采用超精密磨削技術(shù)可以減少加工過程中的損傷，提高加工效率。這種技術(shù)利用工件旋轉(zhuǎn)磨削原理，可以更精確地控制材料去除率和表面完整性，這對于制造大尺寸SiC襯底非常有幫助。
- 材料去除和損傷形成機制的理解：深入理解材料去除和損傷形成機制可以幫助優(yōu)化加工參數(shù)，減少加工過程中的不期望損傷。例如，通過控制切削深度和載荷，可以抑制微裂紋的產(chǎn)生和擴展。
- 表面完整性預(yù)測模型：開發(fā)和使用表面完整性預(yù)測模型可以幫助預(yù)測和控制加工過程中的表面和次表面損傷。這對于制造高質(zhì)量的8英寸SiC襯底至關(guān)重要，因為這些襯底將用于高性能電子器件。
- 加工設(shè)備的發(fā)展：論文中提到了國內(nèi)外在超精密磨削設(shè)備方面的發(fā)展，這對于8英寸SiC襯底的制造尤為重要。擁有先進的加工設(shè)備可以提高加工效率和質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。
- 加工參數(shù)優(yōu)化：通過系統(tǒng)地研究不同加工參數(shù)對材料去除率（MRR）、表面粗糙度和次表面損傷深度的影響，可以為8英寸SiC襯底的加工提供優(yōu)化的參數(shù)設(shè)置。
- 新型拋光技術(shù)：論文中提到的新型拋光技術(shù)，如電化學機械拋光（ECMP）、激光輔助拋光（LAP）和紫外輔助拋光（UAP），可以作為傳統(tǒng)CMP的替代或補充，以實現(xiàn)更高效和更低損傷的加工。
通過將這些技術(shù)觀點應(yīng)用于8英寸SiC襯底的制造過程，可以提高加工質(zhì)量、降低成本，并最終實現(xiàn)更高效、更經(jīng)濟的SiC襯底生產(chǎn)。這對于滿足不斷增長的SiC襯底市場需求和推動第三代半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。
來源：碳化硅芯觀察
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