Когда говорят про оборудование для очистки подложек для материалов вроде SiC или GaN, часто думают, что это просто более стойкие модификации старых систем для кремния. Это первое, с чем приходится спорить на практике. Реальность сложнее: здесь не просто выше температуры или агрессивнее химия. Меняется сама физика процесса, адгезия загрязнений, да и требования к чистоте поверхности на атомарном уровне другие. Многие, кстати, до сих пор пытаются адаптировать установки для SiO?, а потом удивляются низкому выходу годных пластин. Мы в своё время тоже на этом обожглись.
Если с кремнием мы боролись в основном с органическими плёнками и частицами, то с подложками из карбида кремния или нитрида галлия история другая. Материал сам по себе химически инертен, что парадоксальным образом усложняет очистку. Стандартные RCA-процессы часто не ?съедают? специфические оксидные слои, которые образуются на поверхности после механической обработки или эпитаксии. Нужен не просто более сильный реагент, а другой механизм воздействия.
Один из ключевых моментов, который часто упускают из виду — подготовка поверхности перед самой очисткой. С SiC, например, после резки и шлифовки остаётся повреждённый слой, который нужно сначала удалить, иначе вся последующая очистка будет неэффективной. Мы пробовали сухое травление, но столкнулись с проблемой микропластин. Потом перешли на комбинированный метод: мягкое плазменное воздействие с последующей очисткой подложек в растворах на основе окислителей специального состава. Рецептуру пришлось разрабатывать почти с нуля.
Именно здесь пригодился опыт наших специалистов из ООО ?Сычуань Юаньвэй Синьту Полупроводниковые Технологии?. Компания, основанная экспертами с 20-летним стажем, изначально делала ставку на то, что оборудование должно проектироваться не ?под общий рынок?, а под конкретную технологическую задачу. Их подход к проектированию установок для полупроводниковых материалов третьего поколения как раз строился на понимании этой разницы в природе загрязнений.
Сейчас на рынке много предложений, но когда мы выбирали установку несколько лет назад, было неочевидно. Многие производители просто добавляли более стойкие материалы в конструкцию — титан вместо нержавейки, керамические узлы. Но проблема не в коррозии, а в управлении процессом. Для GaN, к примеру, критически важна температура раствора и его динамика в ванне. Перегрев на пару градусов может привести к неконтролируемому травлению поверхности.
В итоге остановились на модульной системе, которую как раз предлагала ООО ?Сычуань Юаньвэй Синьту Полупроводниковые Технологии?. Их установка не была самой дорогой, но в ней была важная деталь — система многозонного контроля температуры и ультразвукового воздействия с регулируемой частотой. Для SiC низкочастотный ультразвук может вызвать кавитационные повреждения, а для GaN, наоборот, он необходим для отрыва субмикронных частиц. Возможность гибко настраивать эти параметры в одном цикле очистки и стала решающим фактором.
На их сайте https://www.ywxtbdt.ru технические решения описаны без лишней помпы, что изначально внушало доверие. Видно, что документацию писали инженеры, а не маркетологи. Там, кстати, хорошо разобраны кейсы по удалению остатков фоторезиста после высокотемпературных процессов на SiC — одна из самых больных тем в производстве силовых приборов.
Любая, даже самая продвинутая установка для очистки — это только половина дела. Вторая половина — это подготовка химии и вода. Казалось бы, банальность. Но для материалов третьего поколения требования к чистоте воды зашкаливают. Даже следы ионов натрия или калия в воде для промывки могут убить всю работу. Мы сначала использовали стандартную деионизированную воду, но столкнулись с проблемой повторного осаждения загрязнений после сушки.
Пришлось внедрять двухконтурную систему промывки: первый контур — с добавлением слабых комплексообразователей для удержания ионов в растворе, второй — финальная промывка ультрачистой водой с сопротивлением выше 18 МОм*см. Это увеличило расходы, но подняло выход годных. Кстати, в оборудовании от ООО ?Сычуань Юаньвэй Синьту? такая возможность была изначально заложена в конструкцию, хотя в базовой конфигурации не акцентировалась. Видимо, расчёт на то, что технологи сами дойдут до этой необходимости.
Ещё один момент — сушка. Горячий азот, стандартный для кремния, может оставить плёнку на гидрофобной поверхности SiC. Пришлось экспериментировать с сушкой в среде инертного газа с добавлением изопропанола в паровой фазе. Тут оборудование показало себя хорошо — система управления позволила точно задавать градиенты температуры и состава газовой среды.
Один из самых сложных случаев, с которым мы столкнулись — удаление повреждённого слоя и остатков углеродной маски после высокодозной имплантации алюминия в SiC. Стандартное плазменное стравливание не подходило — оно оставляло шероховатость. Химическое травление в расплавах солей было слишком агрессивным.
В итоге разработали гибридный процесс на имеющемся оборудовании. Сначала низкоэнергетическая плазменная активация поверхности в аргоне, потом обработка в специальном окислительном растворе при контролируемой температуре 85°C (выше нельзя — начнётся травление по дефектам), и финальный этап — мягкое ультразвуковое воздействие в мегагерцовом диапазоне для удаления остаточных частиц. Ключевым было именно сочетание этапов в одной установке, без перегрузки подложек в воздушной среде.
Этот процесс мы отрабатывали совместно с технологами, и здесь снова пригодилась возможность тонкой настройки каждого модуля. В документации к оборудованию такого готового рецепта, конечно, не было — его пришлось выводить эмпирически, отслеживая состояние поверхности методом АСМ и РФЭС после каждого шага.
Несмотря на прогресс, остаются узкие места. Например, очистка ребра (эджа) подложки. Для силовых приборов это критическая зона, где часто возникают пробои. Большинство установок, включая нашу, плохо справляются с равномерной обработкой кромки. Струйные методы помогают, но создают проблемы с утилизацией химии. Видимо, следующий шаг — это интегрированные системы, где очистка ребра будет отдельным синхронизированным процессом.
Другая задача — переход к пластинам большего диаметра. С 100 мм на 150 мм и далее. Здесь встаёт вопрос не только о размерах ванн, но и о равномерности процессов по всей площади. Для материалов третьего поколения с их высокой стоимостью брак из-за неоднородности очистки становится слишком дорогим. Думаю, следующим поколением оборудования станут системы с активным контролем в реальном времени, возможно, с использованием in-situ спектроскопии.
Опыт работы с текущим оборудованием показывает, что фундамент для этого уже заложен. Модульность и гибкость управления, которые изначально были заложены в решениях от ООО ?Сычуань Юаньвэй Синьту Полупроводниковые Технологии?, позволяют постепенно наращивать функционал. Главное — чтобы производители продолжали диалог с технологами на производстве, а не просто продавали железо. Пока что, судя по сайту ywxtbdt.ru и нашему опыту взаимодействия, они движутся в правильном направлении — их инженеры понимают суть проблем, а не просто собирают установки по чертежам.
