4614
近年來，8英寸SiC技術突破明顯加快，據“行家說三代半”調研發(fā)現，全球已有29家企業(yè)實現了8英寸SiC單晶生長的研發(fā)突破，其中包括19家中國企業(yè)。
但是，有一些SiC企業(yè)向我們透露，目前生長8英寸SiC單晶的技術已經逐漸成熟，但在磨拋等后道工序還存在技術難點，目前業(yè)內8英寸SiC襯底磨拋良率僅為40-50%。
8英寸SiC襯底磨拋環(huán)節(jié)會面臨哪些難題？磨拋時間和成本將會增加多少？值得注意的是，3M公司近期推出了針對8英寸SiC襯底的磨拋方案，據稱能進一步提高良率水平。那么，3M公司的磨拋方案如何實現降本增效？以下，我們將一一解讀。
剖析8英寸SiC磨拋難點：
用時增加50%、成本增加500元……
某頭部襯底廠商在接受調研時透露，過去一年SiC在電動車主驅上的滲透非常迅猛，從而導致市場對8英寸SiC襯底的需求更為迫切，6英寸&8英寸轉換的時機也大大提前，海外客戶的意向幾乎都集中在8英寸SiC襯底方面。
3M公司也表示，中國主要的SiC襯底制造企業(yè)，近年來都在加大力度研發(fā)和投資8英寸SiC賽道，逐漸追趕上歐美龍頭大廠。然而，大部分企業(yè)還存在良率過低的問題，主要表現在碎片率較高，面型度較差和存在表面劃傷，另外磨拋等關鍵制程還存在耗材成本和設備投資較高、生產效率較低等問題，綜合來看，業(yè)內8英寸SiC襯底磨拋良率也僅為40-50%。
據此來看，磨拋工藝或將成為國內8英寸SiC企業(yè)規(guī)模量產的“攔路虎”。對此，不少業(yè)內廠商表示，目前來看，磨拋工藝并不能直接從6英寸過渡到8英寸，一方面是出于產出效率和良率的考量，另一方面是磨拋用時和成本也隨之增加。
經過調研，“行家說三代半”發(fā)現，國內針對6英寸SiC襯底的磨拋工藝較為成熟，主要有雙拋和減薄兩種路線，主流SiC襯底供應商大多采用雙拋工藝，既是因為沿襲4英寸SiC襯底的工藝習慣，也是因為減薄工藝的成本和穩(wěn)定性更難控制。
然而，對于8英寸SiC襯底，國內廠商尚未確定哪種工藝路線更加合適，主要因為：
整體尺寸增加，磨拋環(huán)節(jié)更容易受到應力影響，良率不易控制，磨拋機臺需要擴徑以保證產能；
厚度越來越薄，向6英寸看齊，磨拋要求提高；有業(yè)內人士透露，采用相同工藝對350μm厚度襯底片進行加工后，與500μm厚度襯底片相比WARP（全局幾何畸變程度）較大，會影響后續(xù)的外延生長環(huán)節(jié)；
如采用激光剝離技術，襯底片切割時損傷層容易加深且不穩(wěn)定，一般在50μm左右，磨拋負擔較大，如采用減薄砂輪，損耗比例為1:1；
如采用雙拋工藝，仍需要4臺設備，工序多且綜合成本較高，采用減薄工藝的話，雖然能減少工序，但減薄砂輪價格較高，損耗較快，且減薄過程中襯底片處于真空條件下，不利于BOW（整體彎曲程度）、WARP的修復。
除此之外，8英寸SiC襯底的磨拋用時、成本也將大幅提高：
以雙拋工藝為例，6英寸SiC襯底磨拋用時一般為7小時左右，8英寸SiC襯底預計用時將增加50%左右；
相比6英寸SiC襯底，預計8英寸SiC襯底磨拋成本將增加500、600元左右，其中拋光液用量將增加50%-100%。
作為磨拋方案專業(yè)供應商，3M公司認為，要解決8英寸SiC襯底的磨拋難題，除了要更新工藝設備外，關鍵還在于選擇合適的磨拋耗材，以幫助解決大尺寸襯底加工的面型度、厚度均勻性、去除效率、表面劃傷等問題，同時還能適當減少磨拋用時和成本。
3M推出8英寸磨拋方案
最快可節(jié)省4.5小時
近日，3M公司針對8英寸SiC襯底磨拋工藝，推出了金字塔系列磨拋材料，具有去除效率高、穩(wěn)定性強、壽命長等優(yōu)點，采用該系列材料磨拋后的8英寸SiC襯底片在RA（表面平均粗糙度）、TTV（厚度最大差值）、BOW、WARP等關鍵參數方面表現優(yōu)異，對比傳統磨拋方案可節(jié)省1小時至4.5小時。
目前，3M公司的磨拋方案已廣泛應用于中國SiC頭部襯底企業(yè)，并跟國內主要的設備制造商建立緊密合作；這次推出8英寸SiC襯底磨拋方案，志在為更多發(fā)展8英寸的SiC企業(yè)提供有益助力，在磨拋環(huán)節(jié)上減少成本，增加效率。
實現這一目標的底氣在于，3M公司針對8英寸SiC襯底的粗磨、精磨和拋光環(huán)節(jié)，在磨拋材料上分別進行專項升級，對比傳統磨拋耗材，進一步保證了8英寸SiC襯底在磨拋過程中的良率和效率：
粗磨環(huán)節(jié)——速率1.5μm/分鐘以上, 晶圓粗糙度18nm以下
過去，SiC襯底粗磨一般采用鑄鐵盤+單晶金剛石研磨液進行雙面研磨，去除速率僅為0.8-1.2μm/分鐘，去除時間約要40 分鐘，且襯底表面加工后粗糙度較大，一般在50nm左右，后續(xù)精磨和拋光用時和成本也隨之提高。
而8英寸的粗磨難度和要求無疑更大，為此，3M公司開發(fā)了金字塔研磨墊和團聚金剛石磨料：金字塔研磨墊具有獨特的外觀設計，能大大降低8英寸晶圓的破片風險，同時具有增強的硬度，能確保研磨的高速率和穩(wěn)定性；團聚金剛石研磨漿料，針對配方的濃度、研磨團聚技術進行升級，確保在晶圓尺寸增大的情況下，研磨速率和外觀保持一致的水準。
目前，3M公司 8英寸SiC襯底的晶圓粗磨，能達到1.5μm/分鐘以上的去除效率，晶圓粗糙度在18nm以下的目標，同時保持面型度BOW在15μm、WRAP在30μm左右、平整度在1μm左右的水平。
精磨環(huán)節(jié)——速率0.2μm/分鐘以上，晶圓粗糙度1.5nm以下
3M公司介紹，相比較其它小尺寸的晶圓，8英寸的晶圓面積更大，所以精磨工序的加工的難度也更大。主要表現在晶圓表面劃傷、面型差、崩邊角等。
傳統的SiC精磨采用聚氨酯墊+多晶金剛石研磨液，加工后的SiC襯底片RA<3nm，但可能存在劃傷不良等問題，且其采用的是爆炸法工藝制備的多晶金剛石，不僅生產難度大，產量低，價格成本較高昂。
針對該問題，3M公司的8英寸SiC襯底精磨方案突破了傳統多晶工藝制造難度大，容易造成產品劃傷等的技術障礙，創(chuàng)新地使用金字塔微復制工藝，使研磨漿料在研磨過程中異常穩(wěn)定，生產效率高；此外，配套使用的研磨墊產品硬度適中，既能減少研磨過程中的崩邊風險，又能減少深劃傷的出現。
目前3M公司 針對8英寸SiC襯底的精磨能達到0.2μm/分鐘以上的去除效率，晶圓粗糙度在1.5nm以下的水平，同時面型度BOW在5μm、WRAP在10μm左右。
拋光環(huán)節(jié)——精拋后襯底表面Ra<2nm，Rv<28nm
據“行家說三代半”調研發(fā)現，常規(guī)CMP（化學機械拋光）的去除效率僅為每小時幾微米，粗拋、精拋預計用時為6小時左右，此外，拋光材料約占SiC原材料成本的7%，拋光液成本占拋光環(huán)節(jié)成本比例較大，從而導致SiC襯底的CMP通常存在加工成本高和產量低的問題，在8英寸上，這一問題將更加突出。
對此，3M公司表示，目前提高CMP效率的一種有效思路是，在Pre-CMP環(huán)節(jié)提高SiC襯底的表面質量，以減少CMP消耗時間。目前，通過針對8英寸SiC襯底研磨漿料和研磨墊的工藝創(chuàng)新，他們已經在Pre-CMP環(huán)節(jié)穩(wěn)定保證SiC襯底面型水平，同時做到降低損傷層和粗糙度，以降低CMP的工藝時間。
與此同時，3M公司還針對SiC 襯底CMP工藝研發(fā)了Trizact? 研磨盤 T系列、鉆石研磨盤 C系列。前者采用CVD鉆石涂層技術和微復制技術，可幫助降低研磨盤磨損率多達 4 倍，在切削速率更高的同時使用壽命更長；后者具有鉆石附著性能的燒結磨料工藝，相比于傳統設計，在平坦度控制方面改善了40%，可進一步減少襯底片微觀和宏觀劃傷缺陷。
經過實驗發(fā)現，采用3M公司CMP方案精拋過后的8英寸SiC襯底RA<2nm，RV<28nm，參數水平較為穩(wěn)定。
據介紹，此次針對8英寸SiC襯底推出磨拋創(chuàng)新方案，僅僅是3M公司解決SiC產業(yè)難題的其中一環(huán)。未來3M公司還將針對6、8英寸SiC襯底粗磨、精磨、CMP等工藝推出更加高效、節(jié)約、環(huán)保的新方案，為SiC產業(yè)發(fā)展提供更多助力。
下載ECAD模型
