該環(huán)節(jié)良率僅有50%，8英寸SiC如何破局？

近年來(lái)，8英寸SiC技術(shù)突破明顯加快，據(jù)“行家說(shuō)三代半”調(diào)研發(fā)現(xiàn)，全球已有29家企業(yè)實(shí)現(xiàn)了8英寸SiC單晶生長(zhǎng)的研發(fā)突破，其中包括19家中國(guó)企業(yè)。

但是，有一些SiC企業(yè)向我們透露，目前生長(zhǎng)8英寸SiC單晶的技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，但在磨拋等后道工序還存在技術(shù)難點(diǎn)，目前業(yè)內(nèi)8英寸SiC襯底磨拋良率僅為40-50%。

8英寸SiC襯底磨拋環(huán)節(jié)會(huì)面臨哪些難題？磨拋時(shí)間和成本將會(huì)增加多少？值得注意的是，3M公司近期推出了針對(duì)8英寸SiC襯底的磨拋方案，據(jù)稱能進(jìn)一步提高良率水平。那么，3M公司的磨拋方案如何實(shí)現(xiàn)降本增效？以下，我們將一一解讀。

剖析8英寸SiC磨拋難點(diǎn)：

用時(shí)增加50%、成本增加500元……

某頭部襯底廠商在接受調(diào)研時(shí)透露，過(guò)去一年SiC在電動(dòng)車主驅(qū)上的滲透非常迅猛，從而導(dǎo)致市場(chǎng)對(duì)8英寸SiC襯底的需求更為迫切，6英寸&8英寸轉(zhuǎn)換的時(shí)機(jī)也大大提前，海外客戶的意向幾乎都集中在8英寸SiC襯底方面。

3M公司也表示，中國(guó)主要的SiC襯底制造企業(yè)，近年來(lái)都在加大力度研發(fā)和投資8英寸SiC賽道，逐漸追趕上歐美龍頭大廠。然而，大部分企業(yè)還存在良率過(guò)低的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在碎片率較高，面型度較差和存在表面劃傷，另外磨拋等關(guān)鍵制程還存在耗材成本和設(shè)備投資較高、生產(chǎn)效率較低等問(wèn)題，綜合來(lái)看，業(yè)內(nèi)8英寸SiC襯底磨拋良率也僅為40-50%。

據(jù)此來(lái)看，磨拋工藝或?qū)⒊蔀閲?guó)內(nèi)8英寸SiC企業(yè)規(guī)模量產(chǎn)的“攔路虎”。對(duì)此，不少業(yè)內(nèi)廠商表示，目前來(lái)看，磨拋工藝并不能直接從6英寸過(guò)渡到8英寸，一方面是出于產(chǎn)出效率和良率的考量，另一方面是磨拋用時(shí)和成本也隨之增加。

經(jīng)過(guò)調(diào)研，“行家說(shuō)三代半”發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)針對(duì)6英寸SiC襯底的磨拋工藝較為成熟，主要有雙拋和減薄兩種路線，主流SiC襯底供應(yīng)商大多采用雙拋工藝，既是因?yàn)檠匾u4英寸SiC襯底的工藝習(xí)慣，也是因?yàn)闇p薄工藝的成本和穩(wěn)定性更難控制。

然而，對(duì)于8英寸SiC襯底，國(guó)內(nèi)廠商尚未確定哪種工藝路線更加合適，主要因?yàn)椋?/p>

整體尺寸增加，磨拋環(huán)節(jié)更容易受到應(yīng)力影響，良率不易控制，磨拋機(jī)臺(tái)需要擴(kuò)徑以保證產(chǎn)能；

厚度越來(lái)越薄，向6英寸看齊，磨拋要求提高；有業(yè)內(nèi)人士透露，采用相同工藝對(duì)350μm厚度襯底片進(jìn)行加工后，與500μm厚度襯底片相比WARP（全局幾何畸變程度）較大，會(huì)影響后續(xù)的外延生長(zhǎng)環(huán)節(jié)；

如采用激光剝離技術(shù)，襯底片切割時(shí)損傷層容易加深且不穩(wěn)定，一般在50μm左右，磨拋負(fù)擔(dān)較大，如采用減薄砂輪，損耗比例為1:1；

如采用雙拋工藝，仍需要4臺(tái)設(shè)備，工序多且綜合成本較高，采用減薄工藝的話，雖然能減少工序，但減薄砂輪價(jià)格較高，損耗較快，且減薄過(guò)程中襯底片處于真空條件下，不利于BOW（整體彎曲程度）、WARP的修復(fù)。

除此之外，8英寸SiC襯底的磨拋用時(shí)、成本也將大幅提高：

以雙拋工藝為例，6英寸SiC襯底磨拋用時(shí)一般為7小時(shí)左右，8英寸SiC襯底預(yù)計(jì)用時(shí)將增加50%左右；

相比6英寸SiC襯底，預(yù)計(jì)8英寸SiC襯底磨拋成本將增加500、600元左右，其中拋光液用量將增加50%-100%。

作為磨拋方案專業(yè)供應(yīng)商，3M公司認(rèn)為，要解決8英寸SiC襯底的磨拋難題，除了要更新工藝設(shè)備外，關(guān)鍵還在于選擇合適的磨拋耗材，以幫助解決大尺寸襯底加工的面型度、厚度均勻性、去除效率、表面劃傷等問(wèn)題，同時(shí)還能適當(dāng)減少磨拋用時(shí)和成本。

3M推出8英寸磨拋方案

最快可節(jié)省4.5小時(shí)

近日，3M公司針對(duì)8英寸SiC襯底磨拋工藝，推出了金字塔系列磨拋材料，具有去除效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，采用該系列材料磨拋后的8英寸SiC襯底片在RA（表面平均粗糙度）、TTV（厚度最大差值）、BOW、WARP等關(guān)鍵參數(shù)方面表現(xiàn)優(yōu)異，對(duì)比傳統(tǒng)磨拋方案可節(jié)省1小時(shí)至4.5小時(shí)。

目前，3M公司的磨拋方案已廣泛應(yīng)用于中國(guó)SiC頭部襯底企業(yè)，并跟國(guó)內(nèi)主要的設(shè)備制造商建立緊密合作；這次推出8英寸SiC襯底磨拋方案，志在為更多發(fā)展8英寸的SiC企業(yè)提供有益助力，在磨拋環(huán)節(jié)上減少成本，增加效率。

實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的底氣在于，3M公司針對(duì)8英寸SiC襯底的粗磨、精磨和拋光環(huán)節(jié)，在磨拋材料上分別進(jìn)行專項(xiàng)升級(jí)，對(duì)比傳統(tǒng)磨拋耗材，進(jìn)一步保證了8英寸SiC襯底在磨拋過(guò)程中的良率和效率：

粗磨環(huán)節(jié)——速率1.5μm/分鐘以上, 晶圓粗糙度18nm以下

過(guò)去，SiC襯底粗磨一般采用鑄鐵盤+單晶金剛石研磨液進(jìn)行雙面研磨，去除速率僅為0.8-1.2μm/分鐘，去除時(shí)間約要40 分鐘，且襯底表面加工后粗糙度較大，一般在50nm左右，后續(xù)精磨和拋光用時(shí)和成本也隨之提高。

而8英寸的粗磨難度和要求無(wú)疑更大，為此，3M公司開(kāi)發(fā)了金字塔研磨墊和團(tuán)聚金剛石磨料：金字塔研磨墊具有獨(dú)特的外觀設(shè)計(jì)，能大大降低8英寸晶圓的破片風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)具有增強(qiáng)的硬度，能確保研磨的高速率和穩(wěn)定性；團(tuán)聚金剛石研磨漿料，針對(duì)配方的濃度、研磨團(tuán)聚技術(shù)進(jìn)行升級(jí)，確保在晶圓尺寸增大的情況下，研磨速率和外觀保持一致的水準(zhǔn)。

目前，3M公司 8英寸SiC襯底的晶圓粗磨，能達(dá)到1.5μm/分鐘以上的去除效率，晶圓粗糙度在18nm以下的目標(biāo)，同時(shí)保持面型度BOW在15μm、WRAP在30μm左右、平整度在1μm左右的水平。

精磨環(huán)節(jié)——速率0.2μm/分鐘以上，晶圓粗糙度1.5nm以下

3M公司介紹，相比較其它小尺寸的晶圓，8英寸的晶圓面積更大，所以精磨工序的加工的難度也更大。主要表現(xiàn)在晶圓表面劃傷、面型差、崩邊角等。

傳統(tǒng)的SiC精磨采用聚氨酯墊+多晶金剛石研磨液，加工后的SiC襯底片RA<3nm，但可能存在劃傷不良等問(wèn)題，且其采用的是爆炸法工藝制備的多晶金剛石，不僅生產(chǎn)難度大，產(chǎn)量低，價(jià)格成本較高昂。

針對(duì)該問(wèn)題，3M公司的8英寸SiC襯底精磨方案突破了傳統(tǒng)多晶工藝制造難度大，容易造成產(chǎn)品劃傷等的技術(shù)障礙，創(chuàng)新地使用金字塔微復(fù)制工藝，使研磨漿料在研磨過(guò)程中異常穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高；此外，配套使用的研磨墊產(chǎn)品硬度適中，既能減少研磨過(guò)程中的崩邊風(fēng)險(xiǎn)，又能減少深劃傷的出現(xiàn)。

目前3M公司 針對(duì)8英寸SiC襯底的精磨能達(dá)到0.2μm/分鐘以上的去除效率，晶圓粗糙度在1.5nm以下的水平，同時(shí)面型度BOW在5μm、WRAP在10μm左右。

拋光環(huán)節(jié)——精拋后襯底表面Ra<2nm，Rv<28nm

據(jù)“行家說(shuō)三代半”調(diào)研發(fā)現(xiàn)，常規(guī)CMP（化學(xué)機(jī)械拋光）的去除效率僅為每小時(shí)幾微米，粗拋、精拋預(yù)計(jì)用時(shí)為6小時(shí)左右，此外，拋光材料約占SiC原材料成本的7%，拋光液成本占拋光環(huán)節(jié)成本比例較大，從而導(dǎo)致SiC襯底的CMP通常存在加工成本高和產(chǎn)量低的問(wèn)題，在8英寸上，這一問(wèn)題將更加突出。

對(duì)此，3M公司表示，目前提高CMP效率的一種有效思路是，在Pre-CMP環(huán)節(jié)提高SiC襯底的表面質(zhì)量，以減少CMP消耗時(shí)間。目前，通過(guò)針對(duì)8英寸SiC襯底研磨漿料和研磨墊的工藝創(chuàng)新，他們已經(jīng)在Pre-CMP環(huán)節(jié)穩(wěn)定保證SiC襯底面型水平，同時(shí)做到降低損傷層和粗糙度，以降低CMP的工藝時(shí)間。

與此同時(shí)，3M公司還針對(duì)SiC 襯底CMP工藝研發(fā)了Trizact? 研磨盤 T系列、鉆石研磨盤 C系列。前者采用CVD鉆石涂層技術(shù)和微復(fù)制技術(shù)，可幫助降低研磨盤磨損率多達(dá) 4 倍，在切削速率更高的同時(shí)使用壽命更長(zhǎng)；后者具有鉆石附著性能的燒結(jié)磨料工藝，相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，在平坦度控制方面改善了40%，可進(jìn)一步減少襯底片微觀和宏觀劃傷缺陷。

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用3M公司CMP方案精拋過(guò)后的8英寸SiC襯底R(shí)A<2nm，RV<28nm，參數(shù)水平較為穩(wěn)定。

據(jù)介紹，此次針對(duì)8英寸SiC襯底推出磨拋創(chuàng)新方案，僅僅是3M公司解決SiC產(chǎn)業(yè)難題的其中一環(huán)。未來(lái)3M公司還將針對(duì)6、8英寸SiC襯底粗磨、精磨、CMP等工藝推出更加高效、節(jié)約、環(huán)保的新方案，為SiC產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供更多助力。