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日本開發(fā)SiC新技術(shù)，能將缺陷降至原來的1%
日本開發(fā)SiC新技術(shù)，能將缺陷降至原來的1%
來源:日經(jīng)
SiC與現(xiàn)在的主流半導(dǎo)體基板硅基板相比，節(jié)能性能更高。功率半導(dǎo)體是為實(shí)現(xiàn)脫碳社會有望普及的純電動汽車（EV）及電力控制等不可或缺的元器件，SiC是功率半導(dǎo)體最合適的材料。
不過與硅相比，難以制造原子整齊排列的高品質(zhì)結(jié)晶。制造結(jié)晶時(shí)，有很多需要調(diào)整的地方。比如：溫度、作為材料的溶液的濃度以及機(jī)械的結(jié)構(gòu)等。難以找到良好的條件，確立將結(jié)晶尺寸增大到30厘米的技術(shù)用了幾十年。
研究團(tuán)隊(duì)利用AI優(yōu)化了多個(gè)項(xiàng)目。宇治原教授表示「讓AI學(xué)習(xí)模擬（模擬實(shí)驗(yàn)）結(jié)果，導(dǎo)出了最佳條件」。經(jīng)過4年的開發(fā)，可以制造能產(chǎn)業(yè)利用的約15厘米的尺寸了。
試制的SiC結(jié)晶比現(xiàn)有結(jié)晶的缺陷數(shù)量大幅減少。宇治原教授表示「有缺陷的話，半導(dǎo)體的性能就不穩(wěn)定，成品率差」。宇治原教授成立了生產(chǎn)銷售SiC結(jié)晶的名古屋大學(xué)創(chuàng)辦的初創(chuàng)企業(yè)「UJ-Crystal」，計(jì)劃實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
采用SiC基板的半導(dǎo)體已在美國特斯拉部分主打純電動汽車「Model3」中負(fù)責(zé)馬達(dá)控制等的逆變器上采用。豐田也在2020年底推出的燃料電池車「MIRAI」的新款車上采用了電裝生產(chǎn)的SiC。
初次以外，日本還在SiC的其他方面取得突破
日本產(chǎn)業(yè)研究所：速度快12倍的拋光技術(shù)
在你今年八月，日本產(chǎn)業(yè)研究所表示，他們團(tuán)隊(duì)可以實(shí)現(xiàn)SiC晶圓的高速整平開發(fā)封裝技術(shù)。特別是在低速的鏡面加工中，獲得了比以前快12倍的拋光速度。按照他們所說，其建立了一種新的批量式加工技術(shù)，可與片式加工方法的鏡面磨削工藝相媲美。
報(bào)道指出，碳化硅晶圓極難加工。因?yàn)樗且环N硬而脆的材料。迄今為止，碳化硅鬼片的平整化都是通過研磨或拋光來進(jìn)行的。前者為單晶圓型，量產(chǎn)效率較差。后者是批處理類型，可以一次處理多張晶圓，但由于加工速度比硅片量產(chǎn)加工要慢，所以需要單位時(shí)間加工片數(shù)的6倍以上。SiC晶圓的直徑從6英寸增加到8英寸。未來，隨著市場規(guī)模的擴(kuò)大，量產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，需要能夠更高效地生產(chǎn)碳化硅晶圓的加工技術(shù)。
用于壓平晶圓、包裹或以拋光為代表的拋光技術(shù)被稱為適合批量生產(chǎn)的批量加工技術(shù)。用于拋光高硬度碳化硅由于即使使用金剛石漿液（以下簡稱“漿液”）拋光速度也不會增加，因此需要依靠單硅片加工直到鏡面加工（表面粗糙度Ra=1nm）。在拋光過程中，根據(jù)普雷斯頓的經(jīng)驗(yàn)法則，可以通過增加拋光平臺的旋轉(zhuǎn)速度和加工壓力來提高拋光速度。但存在的問題是，研磨液被平臺的離心力切割，摩擦熱難以繼續(xù)拋光，無法提高拋光速度。因此，我們試圖通過生產(chǎn)一種固定磨粒平臺來解決這些問題，其中將金剛石磨石成型為平臺，并將其與高速拋光設(shè)備相結(jié)合。（圖1）
在超過200rpm的平臺旋轉(zhuǎn)速度下，使用金屬平臺和漿料的加工變得困難。另一方面，當(dāng)使用固定磨粒平臺時(shí)，確認(rèn)即使在700rpm下平臺旋轉(zhuǎn)速度和拋光速度也是成比例的。這比使用漿料的典型加工條件（例如負(fù)載200g/cm2，轉(zhuǎn)速：50rpm）快約12倍，達(dá)到與傳統(tǒng)磨削相當(dāng)?shù)乃俣取?br/>
此外，高速拋光的SiC晶圓的Ra約為0.5nm，實(shí)現(xiàn)了與傳統(tǒng)鏡面研磨工藝相同的表面質(zhì)量。(圖3)從這些結(jié)果可以看出固定磨粒平臺和高速拋光裝置組合的優(yōu)越性。
此外，與使用漿料的拋光不同，由于僅使用水作為處理液，因此環(huán)境負(fù)荷小，并且通過控制供給的水量能夠在充分冷卻平臺的同時(shí)確保拋光效率的優(yōu)點(diǎn)也得到了證明。
使用平臺的拋光主要通過平臺的處理壓力和轉(zhuǎn)數(shù)來控制處理速度，因此可以同時(shí)處理多個(gè)晶圓的批處理類型。圖4表示同時(shí)加工多個(gè)SiC晶圓時(shí)的平臺轉(zhuǎn)速與研磨速度的關(guān)系。確認(rèn)了即使晶圓數(shù)量增加和處理面積增加也可以保持拋光效率。通過增加每批處理的晶圓數(shù)量可以顯著縮短每個(gè)晶圓的處理時(shí)間。此外，通過使用抑制磨損的高硬度磨石，與磨削相比，可以降低磨石的磨損成本，因此在大直徑SiC晶圓的量產(chǎn)過程中，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速和低成本。
該團(tuán)隊(duì)表示，擬將本次研發(fā)的拋光技術(shù)引入先進(jìn)電力電子研究中心的6英寸兼容SiC晶圓集成加工工藝，并應(yīng)用于同一研究中心的功率器件開發(fā)，促進(jìn)技術(shù)示范。
