A medida que la fabricación de carburo de silicio avanza hacia diámetros de oblea más grandes, la calidad de los bordes se vuelve cada vez más importante. Para 200mmOblea de SiC, no es suficiente evaluar únicamente el diámetro, el espesor, el TTV, la curvatura, la deformación y la rugosidad de la superficie. La condición del perímetro de la oblea puede afectar directamente la estabilidad de manipulación, el procesamiento epitaxial, la limpieza, la litografía, el adelgazamiento de la oblea y el rendimiento del dispositivo aguas abajo.

Una oblea puede tener una superficie central excelente pulida y al mismo tiempo contener astillas en los bordes, microfisuras o daños en la superficie alrededor del bisel. Estos defectos pueden convertirse en fuentes de partículas o puntos de inicio de fallas mecánicas durante el procesamiento posterior.

Por esta razón, los compradores de sustratos de SiC de 200 mm deben incluir la geometría del bisel, la exclusión de los bordes, los límites de rotura de los bordes y los requisitos de inspección de los bordes en la especificación de la oblea en lugar de tratar el borde como una característica secundaria.

Por qué la calidad de los bordes se vuelve más importante a 200 mm

El aumento del diámetro de la oblea mejora la cantidad de dispositivos que se pueden procesar por oblea, pero también aumenta los requisitos mecánicos y de control del proceso impuestos al sustrato.

Una oblea de SiC de 200 mm debe pasar por varios sistemas automatizados, entre ellos:

• Casetes de oblea y manipulación compatible con FOUP
• Transferencia robótica de obleas
• Equipo de limpieza
• Reactores de epitaxia
• Sistemas de inspección
• Equipos de retrorectificado y adelgazamiento.
• Procesos de litografía y recubrimiento.

Durante estas operaciones, el borde de la oblea experimenta repetidos contactos mecánicos y ciclos térmicos.

Por lo tanto, incluso los defectos de borde relativamente pequeños pueden llegar a ser importantes.

Los riesgos típicos relacionados con los bordes incluyen:

• astillado local
• Microfisuras radiales
• Arañazos en bisel
• Transiciones de bordes nítidos
• Grietas del subsuelo
• Partículas sueltas
• Contaminación de bordes
• Geometría de borde irregular

El trabajo de SEMI sobre las especificaciones de obleas de SiC monocristalinas pulidas ha incluido específicamente características físicas como la forma del borde, la planitud, la orientación y los defectos a medida que la industria avanza hacia sustratos de 200 mm.

1. Geometría del bisel

El perímetro exterior de una oblea semiconductora normalmente tiene forma en lugar de dejarse como una esquina afilada de 90 grados.

Esta zona conformada se denomina habitualmente bisel, perfil de borde o contorno de borde.

El propósito de la conformación de los bordes es reducir la concentración de tensión mecánica y hacer que la oblea sea más resistente al astillamiento durante la manipulación y el procesamiento.

La metodología de prueba de contorno de borde de oblea de SEMI señala que contornear el borde ayuda a reducir el desconchado y también puede reducir problemas como la corona del borde epitaxial y el cordón del borde fotorresistente.

Para las obleas de SiC, la geometría del bisel es especialmente importante porque el SiC es extremadamente duro pero comparativamente frágil durante el mecanizado mecánico.

Parámetros de bisel importantes

Es posible que una especificación de compra de oblea deba definir:

• Ancho de bisel
• Radio del borde
• Ángulo de bisel
• Transición frontal
• Transición hacia atrás
• Simetría de borde
• Consistencia del perfil de borde
• Geometría de muesca
• Acabado de superficie biselada

No existe una geometría de bisel única que sea ideal para cada proceso.

El perfil adecuado depende de factores como:

• Espesor final de la oblea
• Requisitos de epitaxia
• Diseño de mandril
• Método de manipulación de obleas
• Rectificado planificado
• Exclusión del borde del dispositivo
• Compatibilidad de automatización

Por esta razón, los compradores sofisticados deben evitar especificar sólo "bisel estándar".

Cuando la geometría del borde es crítica, se debe incluir en la especificación de compra un dibujo del perfil del borde acordado o un método de inspección.

2. Exclusión de bordes

La exclusión de bordes (EE) define la región periférica de la oblea que está excluida de ciertos requisitos de superficie o geometría.

En terminología SEMI, la exclusión de bordes es esencialmente la distancia entre el límite del área de calidad fija y el perímetro nominal de la oblea.

Esta distinción es importante porque las propiedades de las obleas a menudo cambian cerca del borde.

Los ejemplos incluyen:

• Variación de espesor local
• Deslizamiento de la superficie
• Marcas de pulido de bordes
• Concentración de partículas
• Variación del espesor epitaxial
• Resistir la falta de uniformidad del recubrimiento
• Cuenta de borde
• Defectos superficiales locales

En consecuencia, un comprador no debería limitarse a especificar:

TTV ≤ X µm

Una especificación más completa debería aclarar dónde se mide el TTV y qué exclusión de bordes se aplica.

El mismo principio se aplica a:

• Llanura
• Arco
• Urdimbre
• Rugosidad de la superficie
• Inspección de partículas
• Inspección de defectos
• Uniformidad del espesor epitaxial.

La geometría cercana al borde se ha vuelto lo suficientemente importante como para que SEMI M67 defina métricas especializadas como ESFQR, ESFQD y ESBIR para evaluar la geometría de la oblea cerca del perímetro.

3. Descantillado de bordes

El desconchado de los bordes es uno de los defectos más visibles de los bordes de las oblea.

Puede ocurrir durante:

• corte de cristal
• Rectificado de bordes
• lapeado
• Pulido
• Limpieza
• Transporte de obleas
• Carga de casete
• retrocediendo
• Manipulación mecánica

Al principio, una astilla puede parecer sólo un defecto cosmético, pero su importancia depende de su profundidad, ancho, ubicación y de si la grieta se extiende desde la región astillada.

Por lo tanto, para las obleas de producción, los compradores deben evitar especificaciones como:

Sin astillas graves en los bordes.

Esta redacción es difícil de inspeccionar objetivamente.

Una mejor RFQ debería definir criterios de aceptación mensurables, tales como:

• Ancho máximo de viruta
• Profundidad máxima de viruta
• Número máximo de fichas
• Si pueden entrar virutas en la superficie pulida
• Si se permiten grietas radiales
• Ampliación de inspección
• Regiones de borde críticas versus no críticas

Por qué pueden ser importantes las virutas pequeñas

Un borde dañado puede convertirse en un punto de concentración de tensiones.

Durante una carga térmica o mecánica posterior, una grieta existente puede extenderse más hacia el interior de la oblea.

El riesgo se vuelve particularmente importante durante:

• Epitaxia de alta temperatura
• Procesamiento térmico rápido
• adelgazamiento de oblea
• Cortar en cubitos
• Unión de obleas
• Manejo automatizado de alta velocidad

Por lo tanto, el enfoque más seguro es evaluar tanto el chip visible como la posibilidad de microfisuras asociadas.

4. Daños en el subsuelo alrededor del borde de SiC

Uno de los problemas de calidad más difíciles es el daño subsuperficial o SSD.

El borde de una oblea puede parecer liso bajo una inspección visual normal, mientras que el material dañado permanece debajo de la superficie.

La investigación sobre el mecanizado de SiC ha demostrado que el rectificado puede producir modos de daño que incluyen picaduras y grietas medianas o laterales subsuperficiales. La investigación sobre 4H-SiC también ha demostrado que el esmerilado y el pulido pueden dejar daños en el subsuelo a nanoescala que no están completamente representados por las mediciones ordinarias de rugosidad de la superficie.

Las posibles formas de SSD incluyen:

• Microfisuras
• Tensión mecánica residual
• Daño de la red cristalina
• Dislocaciones
• Regiones locales fracturadas

¿Qué causa las SSD?

Las variables importantes incluyen:

• Tamaño del grano de la muela abrasiva
• Tasa de alimentación
• Presión de molienda
• Velocidad de la rueda
• Profundidad de eliminación de material
• Condiciones de enfriamiento
• Proceso de pulido
• Profundidad de eliminación de CMP

Un procesamiento mecánico más grueso o más agresivo generalmente crea una capa de daño más profunda que posteriormente debe eliminarse o reducirse.

Esta es la razón por la que una apariencia de espejo por sí sola no puede demostrar que el borde de la oblea tenga una excelente integridad mecánica.

5. Calidad de los bordes y procesamiento epitaxial

La calidad de los bordes se vuelve especialmente importante cuando se utilizará un sustrato de SiC para el crecimiento homoepitaxial.

Una geometría de borde deficiente puede contribuir a complicaciones del proceso cerca del perímetro de la oblea, que incluyen:

• Corona de borde
• Variación local del espesor epitaxial.
• formación de partículas
• Efectos no uniformes del flujo de gas.
• Propagación de defectos de borde

El fabricante del dispositivo puede excluir intencionadamente parte del perímetro de la oblea del área utilizable del dispositivo, pero un daño excesivo en los bordes puede extenderse más allá de la zona de exclusión planificada.

Por lo tanto, para un sustrato de SiC listo para epitaxia, la solicitud de cotización debe considerar la relación entre:

bisel físico → exclusión de bordes → área utilizable → exclusión epitaxial → rendimiento del dispositivo

en lugar de tratar estos elementos de forma independiente.

6. Inspección entrante de obleas de SiC de 200 mm

Para sustratos de SiC de 200 mm de alto valor, la inspección entrante debe utilizar una secuencia estructurada.

Paso 1: Inspección del embalaje

Antes de abrir el envase de la oblea, inspeccione:

• Estado de la caja de envío
• Señales de choque o impacto.
• Protección contra la humedad
• Estado del casete o de la caja de oblea
• Movimiento de la oblea dentro del portador.

Esto ayuda a distinguir los daños de transporte de los defectos de fabricación.

Paso 2: Identificación de la oblea

Confirmar:

• Diámetro
• Espesor
• Tipo de conductividad
• Orientación del cristal
• Ángulo fuera del eje
• Cara Si/cara C
• Número de lote
• ID de oblea

La trazabilidad se vuelve particularmente importante cuando se encuentran daños en los bordes repetidamente dentro del mismo lote de fabricación.

Paso 3: Inspección visual de los bordes

Inspeccione la circunferencia completa para:

• Papas fritas
• Grietas
• Arañazos
• Manchas
• Residuos
• Partículas de borde
• Geometría de bisel anormal

Las condiciones de inspección deben estandarizarse.

Paso 4: Inspección del borde ampliada

La ampliación óptica se puede utilizar cuando se deben detectar defectos más pequeños.

Se debe prestar especial atención a:

• Límites de chip
• Grietas radiales
• Área de muesca
• Transición de bisel frontal
• Transición de bisel hacia atrás

La región de la muesca merece especial atención porque la geometría local es diferente del perímetro circular de la oblea.

Paso 5: Medición del perfil del borde

Cuando sea necesario, mida:

• Geometría de bisel
• Contorno de borde
• Simetría de borde
• Deslizamiento del borde
• Geometría de transición

SEMI M73 proporciona una metodología para extraer características de los perfiles de borde de oblea medidos, lo que refleja la creciente importancia de controlar cuantitativamente la forma del borde en el procesamiento avanzado de oblea.

Paso 6: Inspección de geometría

El informe de inspección también debe incluir los parámetros de geometría de la oblea acordados, tales como:

• Espesor
• televisión
• Arco
• Urdimbre
• Planitud global
• Planitud cercana al borde

No se debe asumir automáticamente que la geometría cercana al borde se comporta de manera idéntica al área central de la oblea.

Paso 7: Inspección de superficies y partículas

Finalmente, inspeccione la relación entre el bisel y la superficie pulida de la oblea.

Compruebe por:

• Partículas liberadas por daños en los bordes.
• Restos de pulido
• Contaminación de bordes
• Arañazos que ingresan al área activa.
• Defectos superficiales que se originan cerca del borde.

7. Elementos de solicitud de cotización recomendados para obleas de SiC de 200 mm

Una RFQ práctica puede contener los siguientes elementos:

Los valores de aceptación exactos deben acordarse entre el proveedor y el cliente porque los procesos de los dispositivos y los sistemas de metrología son diferentes.

8. Preguntas que debe hacerle a un proveedor de obleas de SiC

Antes de comprar sustratos de 200 mm, los compradores pueden preguntar:

1. ¿Qué geometría de bisel se utiliza para la oblea de 200 mm?
2. ¿Puede proporcionar un dibujo del perfil del borde?
3. ¿Qué exclusión de bordes se utiliza para TTV y la inspección de superficies?
4. ¿Cómo se mide el desconchado de los bordes?
5. ¿Las grietas de los bordes radiales están incluidas en los criterios de rechazo?
6. ¿Qué aumento de inspección se utiliza?
7. ¿Se inspecciona la muesca por separado?
8. ¿Se pueden proporcionar datos de geometría cercana al borde?
9. ¿Se suministra un informe de inspección con cada lote?
10. ¿Se pueden admitir especificaciones de borde personalizadas?

Estas preguntas suelen ser más útiles que simplemente solicitar una oblea genérica de "primera calidad".

Conclusión

A medida que la fabricación de SiC avanza hacia la producción de 200 mm, la calidad del borde de la oblea se convierte en una parte importante de la calificación del sustrato.

La superficie central pulida puede recibir la mayor parte de la atención, pero la geometría del bisel, la exclusión de bordes, las astillas y los daños ocultos en el subsuelo pueden influir en la confiabilidad del manejo, el procesamiento epitaxial, el control de la contaminación y el área utilizable de la oblea.

Para los equipos de adquisiciones, la clave es reemplazar requisitos vagos como "buena calidad de borde" por especificaciones mensurables.

Por lo tanto, una solicitud de cotización completa para obleas de SiC de 200 mm debe definir:

geometría de bisel + exclusión de bordes + criterios de astillado + aceptación de grietas + método de inspección + geometría de oblea + requisitos de informes.

Las especificaciones claras facilitan que tanto el proveedor de obleas como el fabricante del dispositivo establezcan criterios de inspección entrantes consistentes y reduzcan las disputas durante la calificación de la producción.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la exclusión de bordes en una oblea de SiC?

La exclusión de bordes es la región periférica entre el borde de la oblea y el límite del área utilizada para mediciones específicas o evaluación de calidad. Debe quedar claramente definido al especificar planicidad, defectos, partículas o uniformidad epitaxial.

¿Por qué es importante la geometría del bisel para las obleas de SiC de 200 mm?

Un bisel adecuadamente controlado reduce la concentración de tensión en los bordes afilados y ayuda a limitar el desconchado durante la manipulación. También puede afectar el comportamiento del procesamiento cercano al borde durante la epitaxia, el recubrimiento, la limpieza y la litografía.

¿Puede una oblea de SiC pasar la inspección visual pero aún contener daños en los bordes?

Sí. Es posible que queden microfisuras y daños en el subsuelo debajo de una superficie visualmente lisa. Para aplicaciones exigentes, es posible que se requiera una inspección ampliada y controles de metrología o procesos adecuados.