مزایای عملکرد نیمه هادی های کاربید سیلیکون (SiC) مدت هاست که مورد توافق صنعت بوده است. چیزی که امروزه واقعاً پذیرش حجم بیشتر آنها را محدود می کند، هنوز هزینه و قابلیت تولید است. با این حال، هنگامی که تولید مقیاسپذیر با موفقیت ایجاد شود و هزینهها همچنان کاهش یابد، پتانسیل رشد این بازار به سرعت آزاد خواهد شد. بهویژه در زمینه ارتقای مداوم خودروهای انرژی جدید، ذخیرهسازی انرژی فتوولتائیک، شمعهای شارژ، منابع برق صنعتی، و منابع تغذیه بالا{3} و رو به رشد سریع در مراکز داده هوش مصنوعی، توسعه نیمههادیهای SiC دیگر تنها یک انتخاب برای پیشرفت فناوری نیست، بلکه یک ضرورت عملی برای افزایش بهرهوری انرژی برای افزایش انرژی است. به دلیل تبدیل توان کارآمدتر، تحمل دمای بالا و ولتاژ بالا، قابلیت اطمینان سیستم بالاتر، و پتانسیل فعال کردن کوچک سازی دستگاه و چگالی توان بالاتر، نیمه هادی های SiC در حال تغییر شکل چشم انداز رقابتی برای کاربردهای توان بالا هستند.
چرا باید روی 200 میلی متر تمرکز کنیم؟
زیرا برای SiC، 200 میلی متر فقط یک ارتقاء ابعادی نیست. نشان دهنده نقطه عطف به سمت صنعتی شدن است. مساحت قابل استفاده یک ویفر 200 میلی متری تقریباً 1.78 برابر ویفر 150 میلی متری است. تحت فرض عملکرد خوب و کنترل فرآیند، این امر خروجی بالاتر در هر ویفر و هزینه واحد کمتر را تسهیل می کند.
در همان زمان، 200 میلی متر با تجهیزات بالغ و اکوسیستم های فرآیندی همسو می شود. Infineon از آن به عنوان "بزرگتر و کارآمدتر" یاد می کند - که در آن "کارآمدتر" نه تنها به عملکرد خود دستگاه، بلکه مهمتر از آن به بهبود کارایی تولید و کارایی هزینه اشاره دارد. تامین کننده بین المللی مواد SiC Coherent همچنین تاکید می کند که به بهبود بهره وری و کاهش هزینه های دستگاه کمک می کند. این صنعت بارها و بارها 200 میلی متر را نه به خاطر "ساخت ابعاد بزرگتر" به خودی خود، بلکه برای سوق دادن SiC از اعتبار سنجی فناوری به مرحله ای با هزینه کمتر، مقیاس بزرگتر و تولید انبوه با راندمان بالاتر برجسته می کند. با این حال، باید به رسمیت شناخته شود که 200 میلی متر نه تنها مزایای منطقه را به همراه دارد، بلکه موانع تولید بیشتری را نیز به همراه دارد. اندازههای ویفر بزرگتر الزامات سختتری را برای کنترل عیب، یکنواختی ضخامت، سطوح تاب خوردگی، کیفیت سطح و پنجرههای فرآیند همپایی بعدی اعمال میکنند. Wolfspeed، در اعلامیه تجاری سازی 200 میلی متری خود، به طور خاص مشخصات پارامترهای بهبود یافته ویفرهای لخت 350 میکرومتری و ارزش بهبود دوپینگ و یکنواختی ضخامت در اپیتاکسی 200 میلی متری را برای عملکرد ماسفت برجسته کرد. این بدان معناست که رقابت 200 میلی متری، نبردی بر سر بازده، هزینه و توانایی ساخت است. هر کسی که بتواند کیفیت ویفر را در ابعاد بزرگتر به طور پایدار کنترل کند، عملکرد را به طور مداوم بهبود بخشد و هزینه واحد را کاهش دهد، موقعیت بهتری برای تبدیل ظرفیت 200 میلی متری به سهم بازار و سودآوری خواهد داشت.
چرا ساینده های دقیق مبتنی بر آلومینا-؟
در این موج رقابت، اهمیت پردازش دقیق ویفر و مهندسی سطح مجدداً بزرگنمایی میشود. برای ویفرها، مراحل پردازش نه تنها بر راندمان حذف مواد تأثیر میگذارد، بلکه مستقیماً کیفیت سطح را تعیین میکند، که به نوبه خود بر اپیتاکسی بعدی، ساخت دستگاه و در نهایت، بازده نهایی تأثیر میگذارد. این چالش به ویژه برای SiC حاد است: سختی بالا، شکنندگی بالا و بی اثری شیمیایی قوی را با هم ترکیب می کند. ادبیات عمومی آن را بهعنوان یک-ماشینکاری-موادی دشوار توصیف میکند که در آن "حذف کارآمد باید با کنترل آسیب کم همراه باشد." دقیقاً به همین دلیل است که فرآیندهای سنگ زنی، لپینگ/صیقل دادن و CMP در تولید ویفر حیاتی هستند. به همین دلیل، مواد کلیدی مورد استفاده در پردازش ویفر SiC در حال گذار از مواد مصرفی کمکی سنتی به متغیرهای حیاتی هستند که بر بازده و هزینه تأثیر میگذارند. برای چنین مواد سخت و شکننده، چالش اصلی برای سیستمهای ساینده همیشه این بوده است: از یک سو، اطمینان از راندمان حذف کافی، و از سوی دیگر، به حداقل رساندن آسیبهای سطحی و زیرسطحی. در مقایسه با روش حذف ملایمتر سیستمهای مبتنی بر سیلیس، آلومینا با سختی بالاتر و قابلیت حذف مکانیکی قویتر، کاربرد عملیتری را در سناریوهای پولیش خشن SiC، پرداخت نیمه تمام{10} و CMP ارائه میکند که در آن بهبود راندمان تاکید شده است. تحقیقات عمومی همچنین نشان می دهد که در حالی که SiO2 به طور گسترده در پرداخت مدار مجتمع معمولی استفاده می شود، اغلب از سختی ناکافی برای SiC رنج می برد، سرعت حذف و راندمان پردازش را محدود می کند. در مقابل، Al2O3 می تواند عمل حذف مکانیکی را افزایش دهد، در نتیجه نرخ حذف مواد در SiC CMP را افزایش می دهد. علاوه بر این، بر اساس اطلاعات جمعآوریشده در طول بازدید از سایتهای صنعت، برخی از کارخانههای ویفر بهطور فعال در جستجوی و آزمایش مواد لایهکشی/براقکننده مبتنی بر آلومینا برای ویفرهای SiC هستند - تأیید میکند که این رویکرد صرفاً نظری نیست، بلکه به تدریج به سمت اعتبارسنجی عملی میرود. البته، باید اذعان داشت که فرصتی که با افزایش 200 میلیمتری SiC به ارمغان میآورد، برای پودرهای آلومینا معمولی سودی نخواهد داشت. ذینفعان واقعی سایندههای دقیق آلومینا هستند که میتوانند وارد اکوسیستم پردازش ویفر شوند، شرایط لازم برای خلوص بالا، توزیع اندازه ذرات باریک، تجمع کم، پایداری پراکندگی بالا و سازگاری با دوغاب را برآورده میکنند. اگر یک قدم جلوتر برویم، آنچه fabs واقعاً واجد شرایط و اعتبار میکند اغلب پودرهای خشک منفرد نیست، بلکه سیستمهای ساینده، فرمولهای دوغاب و راهحلهای پردازش کامل هستند که میتوانند به طور پایدار در پنجره فرآیند مشتری عمل کنند. به عبارت دیگر، آنچه صنعت واقعاً به آن نیاز دارد، فقط آلومینا نیست که «میتواند آسیاب شود»، بلکه سیستمهای ساینده دقیق مبتنی بر آلومینا است که «هم میتوانند کارایی را بهبود بخشند و هم آسیب را کنترل کنند».