Výkonnostné výhody polovodičov z karbidu kremíka (SiC) sú už dlho konsenzom v priemysle. To, čo dnes skutočne obmedzuje ich ďalší objem, sú stále náklady a výrobná kapacita. Keď sa však úspešne zavedie škálovaná výroba a náklady budú naďalej klesať, rastový potenciál tohto trhu sa rýchlo uvoľní. Najmä na pozadí neustálych inovácií nových energetických vozidiel, skladovania fotovoltaickej energie, nabíjacích hromad, priemyselných zdrojov napájania a rýchlo rastúcich vysoko{3}}napájacích zdrojov v dátových centrách AI nie je vývoj polovodičov SiC už len voľbou technologického pokroku, ale aj praktickou nevyhnutnosťou na zlepšenie energetickej účinnosti a podporu priemyselnej modernizácie. Vďaka efektívnejšej konverzii energie, silnejšej tolerancii vysokého-teploty a vysokého-napätia, vyššej spoľahlivosti systému a potenciálu umožniť miniaturizáciu zariadení a vyššej hustote výkonu pretvárajú polovodiče SiC konkurenčné prostredie pre aplikácie s vysokým-výkonom.
Prečo sa musíme zamerať na 200 mm?
Pretože pre SiC nie je 200 mm len rozmerovým vylepšením; predstavuje inflexný bod smerom k industrializácii. Úžitková plocha 200 mm plátku je približne 1,78-krát väčšia ako pri 150 mm plátku. Za predpokladu dobrého výťažku a riadenia procesu to umožňuje vyšší výkon na plátok a nižšie jednotkové náklady.
Zároveň je 200 mm v súlade s vyspelými zariadeniami a procesnými ekosystémami. Infineon to označuje ako „väčšie a efektívnejšie“ – pričom „efektívnejšie“ sa netýka iba samotného výkonu zariadenia, ale čo je dôležitejšie, zlepšenia efektívnosti výroby a efektívnosti nákladov. Medzinárodný dodávateľ materiálov SiC Coherent tiež zdôrazňuje, že pomáha zvyšovať produktivitu a znižovať náklady na zariadenia. Priemysel opakovane zdôrazňuje 200 mm nie kvôli „výrobe väčších rozmerov“ ako takých, ale preto, aby posunul SiC od overovania technológie do fázy nižších nákladov, väčšieho rozsahu a vyššej efektívnosti hromadnej výroby. Treba však uznať, že 200 mm prináša nielen plošné výhody, ale aj vyššie výrobné prekážky. Väčšie veľkosti plátkov kladú prísnejšie požiadavky na kontrolu defektov, rovnomernosť hrúbky, úrovne deformácie, kvalitu povrchu a následné okná epitaxného procesu. Wolfspeed vo svojom oznámení o komercializácii 200 mm špecificky zdôraznil vylepšené špecifikácie parametrov 350 μm holých plátkov a hodnotu zlepšeného dopovania a rovnomernosti hrúbky v 200 mm epitaxii pre výťažok MOSFET. To znamená, že súťaž o 200 mm je bojom výnosu, nákladov a výrobnej kapacity. Ten, kto dokáže stabilne kontrolovať kvalitu plátku pri väčších rozmeroch, neustále zlepšovať výnos a znižovať jednotkové náklady, bude mať lepšiu pozíciu na to, aby premietol 200 mm kapacitu na podiel na trhu a ziskovosť.
Prečo presné brúsivá-na báze oxidu hlinitého?
V tejto vlne konkurencie sa znovu zvyšuje dôležitosť presného spracovania plátkov a povrchového inžinierstva. V prípade doštičiek ovplyvňujú kroky spracovania nielen účinnosť odstraňovania materiálu, ale priamo určujú kvalitu povrchu, čo následne ovplyvňuje následnú epitaxiu, výrobu zariadenia a v konečnom dôsledku konečný výťažok. Táto výzva je obzvlášť akútna pre SiC: kombinuje vysokú tvrdosť, vysokú krehkosť a silnú chemickú inertnosť. Verejná literatúra ho charakterizuje ako ťažko{3}}obrobiteľný- materiál, kde „účinné odstraňovanie musí existovať súčasne s nízkou kontrolou poškodenia“. To je presne dôvod, prečo procesy brúsenia, lapovania/leštenia a CMP zostávajú kritické pri výrobe plátkov. Z tohto dôvodu kľúčové materiály používané pri spracovaní doštičiek SiC prechádzajú z tradičných pomocných spotrebných materiálov na kritické premenné ovplyvňujúce výnos a náklady. Pre takéto tvrdé a krehké materiály bola hlavná výzva pre brúsne systémy vždy: na jednej strane zabezpečiť dostatočnú účinnosť odstraňovania a na druhej strane minimalizovať povrchové a podpovrchové poškodenie. V porovnaní s miernejším prístupom k odstraňovaniu systémov na báze oxidu kremičitého- ponúka oxid hlinitý so svojou vyššou tvrdosťou a silnejšími schopnosťami mechanického odstraňovania praktickejšiu aplikačnú hodnotu pri hrubom leštení SiC, polodokončovaní leštení a CMP, kde sa kladie dôraz na zlepšenie účinnosti. Verejný výskum tiež naznačuje, že zatiaľ čo SiO₂ je široko používaný pri konvenčnom leštení integrovaných obvodov, často trpí nedostatočnou tvrdosťou SiC, čo obmedzuje rýchlosť odstraňovania a efektivitu spracovania. Al203, naopak, môže zvýšiť účinok mechanického odstraňovania, čím sa zvyšuje rýchlosť odstraňovania materiálu v SiC CMP. Okrem toho na základe informácií získaných počas návštev priemyselného odvetvia niektoré továrne na výrobu plátkov aktívne hľadajú a testujú lapovacie/leštiace materiály na báze oxidu hlinitého{14} pre plátky SiC – čo potvrdzuje, že tento prístup nie je len teoretický, ale postupne prechádza do praktického overovania. Samozrejme, musíme uznať, že príležitosť, ktorú priniesol nárast{16}}o 200 mm SiC, nebude prínosom pre bežné práškové oxidy hlinité. Skutočnými príjemcami sú presné abrazíva na báze oxidu hlinitého, ktoré môžu vstúpiť do ekosystému spracovania plátkov, spĺňajúce požiadavky na vysokú čistotu, úzku distribúciu veľkosti častíc, nízku aglomeráciu, vysokú stabilitu disperzie a kompatibilitu s kalmi. Ak ideme ešte o krok ďalej, to, čo fabs skutočne kvalifikujú a overujú, často nie sú jednotlivé suché prášky, ale abrazívne systémy, formulácie kalov a kompletné riešenia spracovania, ktoré môžu stabilne fungovať v rámci procesného okna zákazníka. Inými slovami, priemysel skutočne potrebuje nielen oxid hlinitý, ktorý „môže brúsiť“, ale{21}}precízne brúsne systémy na báze oxidu hlinitého, ktoré „môžu zlepšiť účinnosť a kontrolovať poškodenie“.