По мере того как производство карбида кремния переходит к более крупным диаметрам пластин, качество края становится все более важным. Для пластины SiC диаметром 200 мм недостаточно оценивать только диаметр, толщину, TTV, коробление, деформацию и шероховатость поверхности. Состояние периметра пластины может напрямую влиять на стабильность обработки, эпитаксиальную обработку, очистку, литографию, утоньшение пластины и выход годных устройств на последующих этапах.Пластина может иметь превосходную полированную центральную поверхность, но при этом содержать сколы по краю, микротрещины или подповерхностные повреждения по скосу. Эти дефекты могут стать источниками частиц или точками зарождения механических отказов во время последующей обработки.По этой причине покупатели подложек SiC диаметром 200 мм должны включать геометрию скоса, исключение края, пределы сколов края и требования к инспекции края в спецификацию пластины, а не рассматривать край как второстепенную характеристику.

Почему качество края становится более важным при диаметре 200 мм

Увеличение диаметра пластины улучшает количество устройств, которые могут быть обработаны на одной пластине, но также увеличивает механические требования и требования к контролю процесса, предъявляемые к подложке.

Пластина SiC диаметром 200 мм должна проходить через несколько автоматизированных систем, включая:

Кассеты для пластин и обработка, совместимая с FOUP

Роботизированная передача пластин

• Оборудование для очистки
• Эпитаксиальные реакторы
• Системы инспекции
• Оборудование для шлифовки и утоньшения задней поверхности
• Литографические и покрывающие процессы
• Во время этих операций край пластины подвергается многократному механическому контакту и термическим циклам.
• Даже относительно небольшие дефекты края поэтому могут стать важными.

Типичные риски, связанные с краем, включают:

Локальные сколы

Радиальные микротрещины

• Царапины на скосе
• Резкие переходы края
• Подповерхностные трещины
• Свободные частицы
• Загрязнение края
• Неправильная геометрия края
• Дефектов поверхности, исходящих из области края
• 1. Геометрия скоса

Внешний периметр полупроводниковой пластины обычно имеет форму, а не острый угол в 90 градусов.

Эта формованная область обычно называется скосом, профилем края или контуром края.

Цель формирования края — снизить концентрацию механических напряжений и сделать пластину более устойчивой к сколам во время обработки и эксплуатации.

Методология SEMI по тестированию контура края пластины отмечает, что формирование контура края помогает уменьшить сколы и может также уменьшить проблемы, такие как краевая корона при эпитаксии и краевая пленка фоторезиста.

Для пластин SiC геометрия скоса особенно важна, поскольку SiC чрезвычайно тверд, но относительно хрупок при механической обработке.

Важные параметры скоса

Спецификация на покупку пластины может потребовать определения:

Ширина скоса

Радиус края

• Угол скоса
• Переход на лицевой стороне
• Переход на обратной стороне
• Симметрия края
• Постоянство профиля края
• Геометрию перехода
• Качество поверхности скоса
• Не существует единой идеальной геометрии скоса для каждого процесса.
• Соответствующий профиль зависит от таких факторов, как:

Окончательная толщина пластины

Требования к эпитаксии

• Конструкция зажимного устройства
• Метод обработки пластины
• Планируемая шлифовка задней поверхности
• Исключение края устройства
• Совместимость с автоматизацией
• По этой причине искушенные покупатели должны избегать указания только «стандартного скоса».
• Там, где геометрия края критична, в спецификацию покупки следует включить согласованный чертеж профиля края или метод инспекции.

2. Исключение края

Исключение края (EE) определяет периферийную область пластины, которая исключается из определенных требований к поверхности или геометрии.

В терминологии SEMI исключение края — это, по сути, расстояние между границей фиксированной области качества и номинальным периметром пластины.

Это различие важно, поскольку свойства пластины часто меняются вблизи края.

Примеры включают:

Локальное изменение толщины

Спад края

• Отметки полировки края
• Концентрация частиц
• Изменение толщины эпитаксиального слоя
• Неоднородность покрытия резистом
• Краевая пленка
• Локальные дефекты поверхности
• Следовательно, покупатель не должен просто указывать:
• TTV ≤ X мкм

Более полная спецификация должна уточнять, где измеряется TTV и какое исключение края применяется.

Тот же принцип применим к:

Плоскостность

Коробление

• Деформация
• Деформация
• Профиль края
• Упаковка
• Однородность толщины эпитаксиального слоя
• Геометрия вблизи края стала настолько важной, что SEMI M67 определяет специализированные метрики, такие как ESFQR, ESFQD и ESBIR, для оценки геометрии пластины вблизи периметра.
• 3. Сколы края

Сколы края — один из наиболее заметных дефектов края пластины.

Они могут возникать во время:

Резки кристалла

Шлифовки края

• Притирки
• Полировки
• Очистки
• Транспортировки пластины
• Загрузки в кассету
• Шлифовки задней поверхности
• Механической обработки
• Скол может изначально казаться только косметическим дефектом, но его значимость зависит от его глубины, ширины, расположения и того, распространяется ли трещина из области скола.
• Для производственных пластин покупатели поэтому должны избегать таких спецификаций, как:

Отсутствие серьезных сколов края.

Это формулировка, которую трудно объективно проверить.

Лучший запрос на коммерческое предложение должен определять измеримые критерии приемки, такие как:

Максимальная ширина скола

Максимальная глубина скола

• Максимальное количество сколов
• Могут ли сколы проникать на полированную поверхность
• Допускаются ли радиальные трещины
• Увеличение при инспекции
• Критические и некритические области края
• Почему маленькие сколы могут иметь значение
• Поврежденный край может стать точкой концентрации напряжений.

Во время последующей термической или механической нагрузки существующая трещина может распространиться дальше в пластину.

Риск становится особенно важным во время:

Высокотемпературной эпитаксии

Быстрой термической обработки

• Утоньшения пластины
• Резки
• Склейки пластин
• Автоматизированной высокоскоростной обработки
• Поэтому самый безопасный подход — оценить как видимый скол, так и возможность связанных с ним микротрещин.
• 4. Подповерхностные повреждения по краю SiC

Одна из наиболее сложных проблем качества — подповерхностные повреждения, или SSD.

Край пластины может выглядеть гладким при обычном визуальном осмотре, в то время как поврежденный материал остается под поверхностью.

Исследования обработки SiC показали, что шлифовка может вызывать режимы повреждений, включая ямки от сколов и подповерхностные боковые или медианные трещины. Исследования 4H-SiC также продемонстрировали, что шлифовка и полировка могут оставлять наноразмерные подповерхностные повреждения, которые не полностью представлены обычными измерениями шероховатости поверхности.

Потенциальные формы SSD включают:

Микротрещины

Остаточные механические напряжения

• Повреждение кристаллической решетки
• Дислокации
• Локальные разрушенные области
• Что вызывает SSD?
• Важные переменные включают:

Размер зерна шлифовального круга

Скорость подачи

• Давление шлифовки
• Скорость вращения круга
• Глубина удаления материала
• Условия охлаждения
• Процесс полировки
• Глубина удаления CMP
• Более грубая или более агрессивная механическая обработка обычно создает более глубокий слой повреждений, который впоследствии должен быть удален или уменьшен.
• Вот почему зеркальный вид сам по себе не может доказать, что край пластины обладает отличной механической целостностью.

5. Качество края и эпитаксиальная обработка

Качество края становится особенно важным, когда подложка SiC будет использоваться для гомоэпитаксиального роста.

Плохая геометрия края может способствовать осложнениям процесса вблизи периметра пластины, включая:

Краевая корона

Локальное изменение толщины эпитаксиального слоя

• Образование частиц
• Неоднородные эффекты газового потока
• Распространение дефектов края
• Производитель устройства может намеренно исключить часть периметра пластины из используемой области устройства, но чрезмерное повреждение края может распространиться за пределы запланированной зоны исключения.
• Для подложки SiC, готовой к эпитаксии, запрос на коммерческое предложение поэтому должен учитывать взаимосвязь между:

физический скос → исключение края → используемая область → эпитаксиальное исключение → выход годных устройств

а не рассматривать эти пункты независимо.

6. Входящий контроль для пластин SiC диаметром 200 мм

Для дорогостоящих подложек SiC диаметром 200 мм входящий контроль должен использовать структурированную последовательность.

Шаг 1: Инспекция упаковки

Перед вскрытием контейнера для пластин проверьте:

Состояние транспортной коробки

Признаки удара или толчка

• Защита от влаги
• Состояние кассеты или коробки для пластин
• Движение пластин внутри держателя
• Это помогает отличить повреждения при транспортировке от производственных дефектов.
• Шаг 2: Идентификация пластины

Подтвердите:

Диаметр

Толщина

• Проводимость
• Поверхность
• Угол отклонения от оси
• Si-грань / C-грань
• Номер партии
• Идентификатор пластины
• Прослеживаемость становится особенно важной, когда повреждения края неоднократно обнаруживаются в одной и той же производственной партии.
• Шаг 3: Визуальный осмотр края

Осмотрите полный периметр на предмет:

Сколов

Трещин

• Царапин
• Инспекция скоса
• Остатков
• Частиц на краю
• Аномальной геометрии скоса
• Условия инспекции должны быть стандартизированы.
• Шаг 4: Увеличенный осмотр края

Оптическое увеличение может использоваться там, где необходимо обнаружить более мелкие дефекты.

Особое внимание следует уделить:

Границам сколов

Радиальным трещинам

• Области выреза
• Переходу лицевой стороны скоса
• Переходу обратной стороны скоса
• Область выреза заслуживает особого внимания, поскольку локальная геометрия отличается от кругового периметра пластины.
• Шаг 5: Измерение профиля края

При необходимости измерьте:

Геометрию скоса

Контур края

• Симметрию края
• Спад края
• Геометрию перехода
• SEMI M73 предоставляет методологию для извлечения характеристик из измеренных профилей края пластины, отражая растущую важность количественного контроля формы края в передовых процессах обработки пластин.
• Шаг 6: Инспекция геометрии

Отчет об инспекции также должен включать согласованные параметры геометрии пластины, такие как:

Толщина

TTV

• Поверхность
• Коробление
• Деформация
• Профиль края
• Геометрия вблизи края не должна автоматически считаться идентичной центральной области пластины.
• Шаг 7: Инспекция поверхности и частиц

Наконец, проверьте взаимосвязь между скосом и полированной поверхностью пластины.

Проверьте на наличие:

Частиц, высвобожденных из-за повреждения края

Остатков полировки

• Загрязнения края
• Царапин, проникающих в активную область
• Дефектов поверхности, исходящих из области края
• 7. Рекомендуемые пункты запроса на коммерческое предложение для пластин SiC диаметром 200 мм
• Практичный запрос на коммерческое предложение может содержать следующие пункты:

Параметр

Пример информации для указания

Перед покупкой подложек диаметром 200 мм покупатели могут задать следующие вопросы:

Какая геометрия скоса используется для пластины диаметром 200 мм?

Можете ли вы предоставить чертеж профиля края?

1. Какое исключение края используется для инспекции TTV и поверхности?
2. Как измеряются сколы края?
3. Включены ли радиальные трещины края в критерии отказа?
4. Какое увеличение используется при инспекции?
5. Инспектируется ли вырез отдельно?
6. Могут ли быть предоставлены данные о геометрии вблизи края?
7. Поставляется ли отчет об инспекции с каждой партией?
8. Могут ли быть поддержаны индивидуальные спецификации края?
9. Эти вопросы часто более полезны, чем просто запрос на универсальную пластину «первого сорта».
10. Заключение

По мере развития производства SiC до уровня производства пластин диаметром 200 мм качество края пластины становится важной частью квалификации подложки.

Центральная полированная поверхность может привлекать большую часть внимания, но геометрия скоса, исключение края, сколы и скрытые подповерхностные повреждения могут влиять на надежность обработки, эпитаксиальную обработку, контроль загрязнений и используемую площадь пластины.

Для отделов закупок ключевым моментом является замена расплывчатых требований, таких как «хорошее качество края», на измеримые спецификации.

Полный запрос на коммерческое предложение для пластин SiC диаметром 200 мм поэтому должен определять:

геометрия скоса + исключение края + критерии сколов + приемка трещин + метод инспекции + геометрия пластины + требования к отчетности.

Четкие спецификации края облегчают как поставщику пластин, так и производителю устройств установление согласованных критериев входящего контроля и сокращение споров во время квалификации производства.

FAQ

Что такое исключение края на пластине SiC?

Исключение края — это периферийная область между краем пластины и границей области, используемой для указанных измерений или оценки качества. Оно должно быть четко определено при указании плоскостности, дефектов, частиц или однородности эпитаксиального слоя.

Почему геометрия скоса важна для пластин SiC диаметром 200 мм?

Правильно контролируемый скос снижает концентрацию напряжений на острых краях и помогает ограничить сколы во время обработки. Он также может влиять на поведение обработки вблизи края во время эпитаксии, нанесения покрытий, очистки и литографии.

Может ли пластина SiC пройти визуальный осмотр, но при этом содержать повреждения края?

Да. Микротрещины и подповерхностные повреждения могут оставаться под визуально гладкой поверхностью. Для требовательных приложений может потребоваться увеличенный осмотр и соответствующие средства контроля процесса или метрологии.