Poiché la produzione di carburo di silicio si sposta verso diametri di wafer sempre più grandi, la qualità dei bordi diventa sempre più importante. Per un 200mmWafer SiC, non è sufficiente valutare solo diametro, spessore, TTV, arco, ordito e rugosità superficiale. Le condizioni del perimetro del wafer possono influenzare direttamente la stabilità di movimentazione, la lavorazione epitassiale, la pulizia, la litografia, l'assottigliamento del wafer e la resa del dispositivo a valle.

Un wafer può avere un'eccellente superficie centrale lucidata pur continuando a contenere scheggiature sui bordi, microfessure o danni al sottosuolo attorno alla smussatura. Questi difetti possono diventare fonti di particelle o punti di inizio di guasti meccanici durante la lavorazione successiva.

Per questo motivo, gli acquirenti di substrati SiC da 200 mm dovrebbero includere la geometria del bisello, l'esclusione dei bordi, i limiti di scheggiatura e i requisiti di ispezione dei bordi nelle specifiche del wafer anziché considerare il bordo come una caratteristica secondaria.

Perché la qualità dei bordi diventa più importante a 200 mm

L'aumento del diametro del wafer migliora il numero di dispositivi che possono essere elaborati per wafer, ma aumenta anche i requisiti meccanici e di controllo del processo posti sul substrato.

Un wafer SiC da 200 mm deve passare attraverso più sistemi automatizzati, tra cui:

• Cassette wafer e movimentazione compatibile con FOUP
• Trasferimento robotico dei wafer
• Attrezzature per la pulizia
• Reattori epitassia
• Sistemi di ispezione
• Attrezzature per la macinazione e l'assottigliamento
• Processi di litografia e rivestimento

Durante queste operazioni, il bordo del wafer è sottoposto a ripetuti contatti meccanici e cicli termici.

Anche i difetti sui bordi relativamente piccoli possono quindi diventare importanti.

I rischi tipici legati ai bordi includono:

• Cippatura locale
• Microfessure radiali
• Graffi smussati
• Transizioni di bordi netti
• Crepe nel sottosuolo
• Particelle sciolte
• Contaminazione dei bordi
• Geometria del bordo irregolare

Il lavoro di SEMI sulle specifiche dei wafer SiC monocristallini lucidati ha incluso in particolare caratteristiche fisiche come la forma dei bordi, la planarità, l'orientamento e i difetti mentre l'industria si è spostata verso substrati da 200 mm.

1. Geometria dello smusso

Il perimetro esterno di un wafer semiconduttore ha normalmente la forma di un angolo acuto di 90 gradi anziché lasciato.

Questa regione sagomata viene comunemente chiamata smusso, profilo del bordo o contorno del bordo.

Lo scopo della modellatura dei bordi è ridurre la concentrazione di stress meccanici e rendere il wafer più resistente alla scheggiatura durante la manipolazione e la lavorazione.

La metodologia di test del contorno del bordo del wafer di SEMI rileva che il contorno del bordo aiuta a ridurre la scheggiatura e può anche ridurre problemi come la corona del bordo epitassiale e il bordo del fotoresist.

Per i wafer SiC, la geometria del cono è particolarmente importante perché il SiC è estremamente duro ma relativamente fragile durante la lavorazione meccanica.

Parametri importanti della smussatura

Potrebbe essere necessario definire una specifica di acquisto del wafer:

• Larghezza smusso
• Raggio del bordo
• Angolo smussato
• Transizione frontale
• Transizione sul lato posteriore
• Simmetria dei bordi
• Consistenza del profilo del bordo
• Geometria dell'intaglio
• Finitura superficiale smussata

Non esiste un’unica geometria del bisello ideale per ogni processo.

Il profilo appropriato dipende da fattori quali:

• Spessore finale del wafer
• Requisiti dell'epitassia
• Design del mandrino
• Metodo di gestione dei wafer
• Backgrind pianificato
• Esclusione del bordo del dispositivo
• Compatibilità con l'automazione

Per questo motivo, gli acquirenti sofisticati dovrebbero evitare di specificare solo la "smussatura standard".

Laddove la geometria del bordo sia critica, nelle specifiche di acquisto dovrebbe essere incluso un disegno del profilo del bordo o un metodo di ispezione concordato.

2. Esclusione dei bordi

L'esclusione dei bordi (EE) definisce la regione periferica del wafer che è esclusa da determinati requisiti di superficie o geometria.

Nella terminologia SEMI, l'esclusione del bordo è essenzialmente la distanza tra il confine dell'area di qualità fissa e il perimetro nominale del wafer.

Questa distinzione è importante perché le proprietà del wafer spesso cambiano in prossimità del bordo.

Gli esempi includono:

• Variazione locale dello spessore
• Roll-off superficiale
• Segni di lucidatura dei bordi
• Concentrazione di particelle
• Variazione dello spessore epitassiale
• Resistere alla non uniformità del rivestimento
• Cordone del bordo
• Difetti superficiali locali

Di conseguenza, un acquirente non dovrebbe semplicemente specificare:

TTV ≤ X µm

Una specifica più completa dovrebbe chiarire dove viene misurato il TTV e quale esclusione dei bordi viene applicata.

Lo stesso principio vale per:

• Planarità
• Arco
• Ordito
• Rugosità superficiale
• Ispezione delle particelle
• Ispezione dei difetti
• Uniformità dello spessore epitassiale

La geometria del bordo vicino è diventata abbastanza importante che SEMI M67 definisce metriche specializzate come ESFQR, ESFQD ed ESBIR per valutare la geometria del wafer vicino al perimetro.

3. Scheggiatura dei bordi

La scheggiatura dei bordi è uno dei difetti più visibili sui bordi dei wafer.

Può verificarsi durante:

• Affettatura di cristalli
• Rettifica dei bordi
• Lappatura
• Lucidatura
• Pulizia
• Trasporto dei wafer
• Caricamento della cassetta
• Backgrind
• Movimentazione meccanica

Inizialmente una scheggiatura può sembrare solo un difetto estetico, ma il suo significato dipende dalla sua profondità, larghezza, posizione e se la fessura si estende dalla regione scheggiata.

Per i wafer di produzione, gli acquirenti dovrebbero quindi evitare specifiche come:

Nessuna scheggiatura grave dei bordi.

Questa formulazione è difficile da verificare oggettivamente.

Una RFQ migliore dovrebbe definire criteri di accettazione misurabili, come ad esempio:

• Larghezza massima del truciolo
• Profondità massima del truciolo
• Numero massimo di chip
• Se i trucioli possono penetrare nella superficie lucidata
• Se sono ammesse crepe radiali
• Ingrandimento d'ispezione
• Regioni marginali critiche e non critiche

Perché i chip piccoli possono essere importanti

Un bordo danneggiato può diventare un punto di concentrazione dello stress.

Durante il successivo carico termico o meccanico, una fessura esistente può estendersi ulteriormente nel wafer.

Il rischio diventa particolarmente importante durante:

• Epitassia ad alta temperatura
• Trattamento termico rapido
• Assottigliamento dei wafer
• Tagliare a cubetti
• Incollaggio dei wafer
• Movimentazione automatizzata ad alta velocità

L'approccio più sicuro è quindi quello di valutare sia la scheggiatura visibile che la possibilità di microfessurazioni associate.

4. Danni al sottosuolo attorno al bordo SiC

Uno dei problemi di qualità più difficili è il danno al sottosuolo, o SSD.

Il bordo di un wafer può apparire liscio sotto una normale ispezione visiva mentre il materiale danneggiato rimane sotto la superficie.

La ricerca sulla lavorazione del SiC ha dimostrato che la rettifica può produrre modalità di danno tra cui cavità di scheggiatura e crepe laterali o mediane nel sottosuolo. La ricerca sul 4H-SiC ha inoltre dimostrato che la molatura e la lucidatura possono lasciare danni al sottosuolo su scala nanometrica che non sono completamente rappresentati dalle normali misurazioni della rugosità superficiale.

Le potenziali forme di SSD includono:

• Microfessure
• Sollecitazione meccanica residua
• Danni al reticolo cristallino
• Dislocazioni
• Regioni locali fratturate

Quali sono le cause dell'SSD?

Le variabili importanti includono:

• Granulometria della mola
• Velocità di avanzamento
• Pressione di macinazione
• Velocità della ruota
• Profondità di asportazione del materiale
• Condizioni di raffreddamento
• Processo di lucidatura
• Profondità di rimozione CMP

Una lavorazione meccanica più grossolana o più aggressiva generalmente crea uno strato di danno più profondo che deve successivamente essere rimosso o ridotto.

Questo è il motivo per cui l'aspetto a specchio da solo non può dimostrare che il bordo del wafer abbia un'eccellente integrità meccanica.

5. Qualità del bordo e lavorazione epitassiale

La qualità dei bordi diventa particolarmente importante quando verrà utilizzato un substrato SiC per la crescita omoepitassiale.

Una geometria del bordo inadeguata può contribuire a complicazioni di processo vicino al perimetro del wafer, tra cui:

• Corona del bordo
• Variazione locale dello spessore epitassiale
• Formazione di particelle
• Effetti del flusso di gas non uniforme
• Propagazione dei difetti dei bordi

Il produttore del dispositivo può intenzionalmente escludere parte del perimetro del wafer dall'area utilizzabile del dispositivo, ma un danno eccessivo ai bordi può estendersi oltre la zona di esclusione prevista.

Per un substrato SiC pronto per l’epitassia, la richiesta di offerta dovrebbe quindi considerare la relazione tra:

bisello fisico → esclusione bordo → area utilizzabile → esclusione epitassiale → resa dispositivo

piuttosto che trattare questi elementi in modo indipendente.

6. Ispezione in entrata per wafer SiC da 200 mm

Per substrati SiC di alto valore da 200 mm, l'ispezione in entrata dovrebbe utilizzare una sequenza strutturata.

Passaggio 1: ispezione dell'imballaggio

Prima di aprire il contenitore del wafer, ispezionare:

• Condizioni della scatola di spedizione
• Segnali di shock o impatto
• Protezione dall'umidità
• Condizioni della cassetta o della scatola del wafer
• Movimento del wafer all'interno del supporto

Ciò aiuta a distinguere i danni dovuti al trasporto dai difetti di fabbricazione.

Passaggio 2: identificazione del wafer

Confermare:

• Diametro
• Spessore
• Tipo di conduttività
• Orientamento del cristallo
• Angolo fuori asse
• Si-faccia/C-faccia
• Numero di lotto
• ID del wafer

La tracciabilità diventa particolarmente importante quando si riscontrano ripetutamente danni ai bordi all'interno dello stesso lotto di produzione.

Passaggio 3: ispezione visiva del bordo

Ispezionare la circonferenza completa per:

• Patatine fritte
• Crepe
• Graffi
• Macchie
• Residui
• Particelle di bordo
• Geometria dello smusso anomala

Le condizioni di ispezione dovrebbero essere standardizzate.

Passaggio 4: ispezione del bordo ingrandito

L'ingrandimento ottico può essere utilizzato quando è necessario rilevare difetti più piccoli.

Particolare attenzione dovrebbe essere prestata a:

• Confini del chip
• Crepe radiali
• Zona tacca
• Transizione dello smusso anteriore
• Transizione smusso posteriore

La regione del notch merita particolare attenzione perché la geometria locale è diversa dal perimetro circolare del wafer.

Passaggio 5: misurazione del profilo del bordo

Ove richiesto, misurare:

• Geometria dello smusso
• Contorno del bordo
• Simmetria dei bordi
• Roll-off del bordo
• Geometria della transizione

SEMI M73 fornisce una metodologia per estrarre le caratteristiche dai profili misurati dei bordi dei wafer, riflettendo la crescente importanza del controllo quantitativo della forma dei bordi nell'elaborazione avanzata dei wafer.

Passaggio 6: ispezione della geometria

Il rapporto di ispezione dovrebbe includere anche i parametri concordati sulla geometria del wafer, come ad esempio:

• Spessore
• TTV
• Arco
• Ordito
• Piattezza globale
• Planarità quasi del bordo

Non si dovrebbe presumere automaticamente che la geometria del bordo vicino si comporti in modo identico all'area centrale del wafer.

Passaggio 7: ispezione della superficie e delle particelle

Infine, ispezionare la relazione tra la smussatura e la superficie lucida del wafer.

Controlla:

• Particelle rilasciate da danni ai bordi
• Residui di lucidatura
• Contaminazione dei bordi
• Graffi che entrano nell'area attiva
• Difetti superficiali che hanno origine vicino al bordo

7. Articoli RFQ consigliati per wafer SiC da 200 mm

Una pratica RFQ può contenere i seguenti elementi:

Gli esatti valori di accettabilità dovrebbero essere concordati tra fornitore e cliente perché i processi dei dispositivi e i sistemi metrologici sono diversi.

8. Domande da porre a un fornitore di wafer SiC

Prima di acquistare substrati da 200 mm, gli acquirenti potrebbero chiedere:

1. Quale geometria del bisello viene utilizzata per il wafer da 200 mm?
2. Potete fornire un disegno del profilo del bordo?
3. Quale esclusione dei bordi viene utilizzata per l'ispezione TTV e superficiale?
4. Come viene misurata la scheggiatura dei bordi?
5. Le crepe sui bordi radiali sono incluse nei criteri di rifiuto?
6. Quale ingrandimento di ispezione viene utilizzato?
7. La tacca viene controllata separatamente?
8. È possibile fornire dati sulla geometria del bordo vicino?
9. Con ogni lotto viene fornito un rapporto di ispezione?
10. È possibile supportare le specifiche dei bordi personalizzati?

Queste domande sono spesso più utili della semplice richiesta di un wafer generico di "prima qualità".

Conclusione

Man mano che la produzione di SiC avanza verso la produzione di 200 mm, la qualità dei bordi del wafer diventa una parte importante della qualificazione del substrato.

La superficie centrale lucida può ricevere la maggior parte dell'attenzione, ma la geometria del bisello, l'esclusione dei bordi, le scheggiature e i danni nascosti al sottosuolo possono influenzare l'affidabilità della movimentazione, la lavorazione epitassiale, il controllo della contaminazione e l'area utilizzabile del wafer.

Per i team di approvvigionamento, la chiave è sostituire requisiti vaghi come "buona qualità dei bordi" con specifiche misurabili.

Una richiesta di offerta completa per wafer SiC da 200 mm dovrebbe pertanto definire:

geometria dello smusso + esclusione dei bordi + criteri di scheggiatura + accettazione delle crepe + metodo di ispezione + geometria del wafer + requisiti di reporting.

Specifiche chiare rendono più semplice sia per il fornitore di wafer che per il produttore di dispositivi stabilire criteri coerenti di ispezione in entrata e ridurre le controversie durante la qualificazione della produzione.

Domande frequenti

Cos'è l'esclusione dei bordi su un wafer SiC?

L'esclusione del bordo è la regione periferica tra il bordo del wafer e il confine dell'area utilizzata per misurazioni specifiche o valutazione della qualità. Dovrebbe essere chiaramente definito quando si specifica planarità, difetti, particelle o uniformità epitassiale.

Perché la geometria del bisello è importante per i wafer SiC da 200 mm?

Uno smusso adeguatamente controllato riduce la concentrazione delle sollecitazioni sui bordi taglienti e aiuta a limitare le scheggiature durante la movimentazione. Può anche influenzare il comportamento di elaborazione del bordo vicino durante l'epitassia, il rivestimento, la pulizia e la litografia.

Un wafer SiC può superare l'ispezione visiva ma presentare comunque danni ai bordi?

SÌ. Microfessure e danni al sottosuolo possono rimanere al di sotto di una superficie visivamente liscia. Per applicazioni impegnative, potrebbero essere necessari ispezioni ingrandite e controlli metrologici o di processo adeguati.