面临SiC制造困境的设备制造商
2022-5-27 0:00:00
碳化硅 (SiC) 衬底芯片已进入（超）快车道。汽车行业需要SiC芯片，以增加电动汽车(EV)的续航里程并缩短充电时间；电信行业希望将SiC芯片应用于6G；可再生能源行业则希望将其用于更有效地发电和储存。
（引用：Yole Développement)
Yole Développement最新数据表明，SiC功率器件市场正以34%的速度快速增长，有望在未来五年突破60亿美元大关。同时Yole表示，碳化硅上的氮化镓（GaN）（主要用于电信和国防工业）正以17%的年复合增长率增长，前景可观。
事实上，SiC能够解决许多问题，尤其是与热量、电压和频率有关问题。但是，SiC的生产也给晶圆和芯片制造商带来诸多麻烦。SiC晶圆不仅生产成本高，且耗时耗能。除此之外，SiC晶圆制造还需要对工艺和设备进行专门的调整。这两种困境给提升SiC产能带来了巨大挑战。
从晶圆开始
首先面对的是晶圆制造挑战。硅晶圆成本不高，因为它源自切成薄片的晶锭，这些晶锭在几个小时内就能加工出来。晶圆加工过程（切片过程）也很快，每个晶锭可生产数百个晶圆。
而生产SiC晶圆需要大约12个步骤：首先是长晶，这一步骤需要在极高温度（太阳温度的1/2）的烤箱中历经数周才能完成，在此步骤中形成形似冰球的晶锭。然后，用金刚石砂轮刀片仔细地从晶锭上切割产生晶圆。良好状态下，可从一个晶锭中获得40至60片晶圆，产量很低。
切割后的SiC晶圆只有硅片一半的厚度，非常脆弱，需要大量加工才能满足设备制造商的严格要求。此外，SiC晶圆颜色透明，传统传感器甚至无法正确感应。设备制造商已将新一代传感器集成至生产设备中，这样能够识别和处理SiC晶圆，同时不破坏晶圆。当然，由于这种晶圆十分脆弱，往往会弯曲，因此需要特殊的材料、工艺和处理设备进行晶圆清洗和抛光。
设备方面
在设备制造过程中对晶圆进行良好保护，有利于获得透明、超薄且昂贵的SiC晶圆。（此外，这种方式不仅对于制造SiC晶圆有利，对GaN-on-SiC碳化硅基氮化镓晶圆同样有利。）
首先，需要应对离子掺杂的挑战。掺杂物不会像在硅中那样扩散到SiC：更倾向于形成凹坑。1800 ℃退火可使其表面碳化。
其次，需要考虑与光刻工艺相关步骤。这些超薄SiC晶片易弯曲，给光学工艺带来挑战。在金属沉积之前，必须将一层光刻胶旋涂到晶圆表面，并对其进行图形化。这一步骤需要使用能够处理弯曲的设备。
那么金属沉积呢？这又是一个挑战。金、镍、铜和银/锡等厚金属层必须以极好的均匀性沉积，同时，不能损坏易碎的晶圆。
金属沉积完成后，必须去除光刻胶。这一步简单吗？当然不。标准过氧化硫混合物 (SPM) 会腐蚀金属。而另一种有效工艺，即，将带有厚光刻胶的晶圆在化学药液槽中浸泡一段时间，然后转移到单腔体中进行清洗和干燥。
是蚀刻吗？请再思考一下。一些金属不能使用特定化学物质进行蚀刻，因此金属图形化是使用光刻胶牺牲层完成。光刻胶牺牲层使用传统方法进行图形化，然后将金属沉积在上面。最后一步，溶解抗蚀剂，去除上面多余金属并留下图形化金属。
走在清洗前沿
作为SiC晶圆和器件制造清洗设备的卓越供应商，盛美上海直面清洗领域的挑战，迎难而上。我们与客户密切合作，共同应对挑战，不断推动设备适应SiC晶圆和器件制造的特殊性。盛美上海所有支持SiC生产的工具都配备了先进的传感器，因此可以很好地识别和仔细处理SiC晶圆。
在晶圆制造设备中，我们还为化学机械研磨（post-CMP）后清洗设备配备双面软刷及清洗步骤。这有利于去除晶圆抛光后的所有研磨液和SiC残留物。
我们应用于各种器件制造步骤中的清洗设备还配备了应对SiC晶圆易弯曲、透明特点的处理系统。具体包括：
● 涂胶设备和显影设备，可处理光刻胶涂层和显影的所有迫切需求
● Ultra C GIII，可以优异的均匀性沉积厚金属层，且不会损坏薄片晶圆
● 去胶设备设计成将槽式模块和单片去胶工艺集成到同一设备，用于在金属沉积后光刻胶去除
● Smart Megasonix 系统可以去除抗蚀剂及表面的多余金属，同时留下图形化金属。在SiC晶圆生产应用中，该系统可进一步适用于具有相应溶剂的单晶圆腔体，此种溶剂可进行过滤和回收。最后用去离子水 (DIW) 冲洗，并进行干燥。
● Ultra C SAPS II/V 设备可选配二流体氮气雾化水清洗，或盛美上海自主研发的 Smart Megasonix技术，可使用 dHF、SC1 和 SC2 进行清洗
随着SiC芯片需求不断增大，提高产能将变得愈加重要。在盛美上海，我们已准备好迎接挑战。我们即将推出专用于SiC晶圆清洗的新设备。请保持关注！
