À mesure que la fabrication du carbure de silicium évolue vers des diamètres de tranche plus grands, la qualité des bords devient de plus en plus importante. Pour un 200mmplaquette SiC, il ne suffit pas d'évaluer uniquement le diamètre, l'épaisseur, le TTV, l'arc, la déformation et la rugosité de la surface. L'état du périmètre de la tranche peut affecter directement la stabilité de la manipulation, le traitement épitaxial, le nettoyage, la lithographie, l'amincissement de la tranche et le rendement du dispositif en aval.

Une tranche peut avoir une excellente surface centrale polie tout en contenant des éclats de bord, des microfissures ou des dommages souterrains autour du biseau. Ces défauts peuvent devenir des sources de particules ou des points d’initiation de défaillances mécaniques lors d’un traitement ultérieur.

Pour cette raison, les acheteurs de substrats SiC de 200 mm devraient inclure la géométrie du biseau, l'exclusion des bords, les limites d'écaillage des bords et les exigences d'inspection des bords dans les spécifications de la tranche plutôt que de traiter le bord comme une caractéristique secondaire.

Pourquoi la qualité des bords devient plus importante à 200 mm

L'augmentation du diamètre de la tranche améliore le nombre de dispositifs pouvant être traités par tranche, mais elle augmente également les exigences mécaniques et de contrôle de processus imposées au substrat.

Une plaquette SiC de 200 mm doit passer par plusieurs systèmes automatisés, notamment :

• Cassettes de plaquettes et manipulation compatible FOUP
• Transfert de plaquettes robotisé
• Matériel de nettoyage
• Réacteurs d'épitaxie
• Systèmes d'inspection
• Matériel de broyage et d'éclaircissage
• Procédés de lithographie et de revêtement

Au cours de ces opérations, le bord de la tranche subit des contacts mécaniques et des cycles thermiques répétés.

Même des défauts de bord relativement petits peuvent donc devenir importants.

Les risques typiques liés aux bords comprennent :

• Puce locale
• Microfissures radiales
• Rayures en biseau
• Transitions nettes
• Fissures souterraines
• Particules libres
• Contamination des bords
• Géométrie des bords irrégulière

Les travaux de SEMI sur les spécifications des plaquettes de SiC monocristallin poli ont spécifiquement inclus des caractéristiques physiques telles que la forme des bords, la planéité, l'orientation et les défauts, à mesure que l'industrie s'oriente vers des substrats de 200 mm.

1. Géométrie en biseau

Le périmètre extérieur d’une plaquette semi-conductrice a normalement la forme plutôt que de former un coin pointu à 90 degrés.

Cette région façonnée est communément appelée biseau, profil de bord ou contour de bord.

Le but de la mise en forme des bords est de réduire la concentration des contraintes mécaniques et de rendre la plaquette plus résistante à l'écaillage lors de la manipulation et du traitement.

La méthodologie de test de contour des bords de tranche de SEMI indique que le contourage du bord aide à réduire l'écaillage et peut également réduire les problèmes tels que la couronne de bord épitaxiale et le cordon de bord de résine photosensible.

Pour les tranches de SiC, la géométrie en biseau est particulièrement importante car le SiC est extrêmement dur mais relativement cassant lors de l'usinage mécanique.

Paramètres de biseau importants

Une spécification d’achat de plaquette peut devoir définir :

• Largeur de biseau
• Rayon du bord
• Angle de biseau
• Transition frontale
• Transition vers l'arrière
• Symétrie des bords
• Cohérence du profil de bord
• Géométrie de l'encoche
• Finition de surface biseautée

Il n’existe pas de géométrie de biseau unique idéale pour chaque processus.

Le profil approprié dépend de facteurs tels que :

• Épaisseur finale de la tranche
• Exigences en matière d'épitaxie
• Conception du mandrin
• Méthode de manipulation des plaquettes
• Backgrinding prévu
• Exclusion de périphérique
• Compatibilité d'automatisation

Pour cette raison, les acheteurs avertis devraient éviter de spécifier uniquement « biseau standard ».

Lorsque la géométrie des bords est critique, un dessin de profil de bord ou une méthode d'inspection convenue doit être inclus dans les spécifications d'achat.

2. Exclusion de bord

L'exclusion de bord (EE) définit la région périphérique de la tranche qui est exclue de certaines exigences de surface ou de géométrie.

Dans la terminologie SEMI, l'exclusion de bord est essentiellement la distance entre la limite de la zone de qualité fixe et le périmètre nominal de la tranche.

Cette distinction est importante car les propriétés des plaquettes changent souvent près du bord.

Les exemples incluent :

• Variation locale d'épaisseur
• Déclin en surface
• Marques de polissage des bords
• Concentration de particules
• Variation d'épaisseur épitaxiale
• Résister à la non-uniformité du revêtement
• Perle de bord
• Défauts de surface locaux

Par conséquent, un acheteur ne doit pas simplement préciser :

TTV ≤ X µm

Une spécification plus complète devrait clarifier où le TTV est mesuré et quelle exclusion de bord est appliquée.

Le même principe s'applique à :

• Platitude
• Arc
• Chaîne
• Rugosité de la surface
• Inspection des particules
• Inspection des défauts
• Uniformité de l'épaisseur épitaxiale

La géométrie proche du bord est devenue suffisamment importante pour que SEMI M67 définisse des métriques spécialisées telles que ESFQR, ESFQD et ESBIR pour évaluer la géométrie des tranches proches du périmètre.

3. Écaillage des bords

L’écaillage des bords est l’un des défauts les plus visibles des bords des tranches.

Cela peut survenir lors de :

• Tranchage de cristal
• Meulage des bords
• Clapotis
• Polissage
• Nettoyage
• Transport de plaquettes
• Chargement des cassettes
• Meulage en arrière
• Manutention mécanique

Un éclat peut à première vue n'être qu'un défaut esthétique, mais son importance dépend de sa profondeur, de sa largeur, de son emplacement et du fait qu'une fissure s'étende ou non à partir de la zone ébréchée.

Pour les tranches de production, les acheteurs doivent donc éviter les spécifications telles que :

Pas d’écaillage sérieux des bords.

Cette formulation est difficile à inspecter objectivement.

Une meilleure demande de prix devrait définir des critères d'acceptation mesurables, tels que :

• Largeur maximale des copeaux
• Profondeur maximale des copeaux
• Nombre maximum de jetons
• Si des copeaux peuvent pénétrer dans la surface polie
• Si les fissures radiales sont autorisées
• Grossissement d'inspection
• Régions périphériques critiques et non critiques

Pourquoi les petites puces peuvent être importantes

Un bord endommagé peut devenir un point de concentration de contraintes.

Lors d'un chargement thermique ou mécanique ultérieur, une fissure existante peut s'étendre plus loin dans la tranche.

Le risque devient particulièrement important lors :

• Epitaxie à haute température
• Traitement thermique rapide
• Amincissement des plaquettes
• Découper en dés
• Collage de plaquettes
• Manutention automatisée à grande vitesse

L’approche la plus sûre consiste donc à évaluer à la fois l’éclat visible et la possibilité de microfissuration associée.

4. Dommages souterrains autour du bord SiC

L’un des problèmes de qualité les plus difficiles concerne les dommages souterrains, ou SSD.

Un bord de plaquette peut paraître lisse sous une inspection visuelle normale tandis que le matériau endommagé reste sous la surface.

La recherche sur l'usinage du SiC a montré que le meulage peut produire des types de dommages, notamment des piqûres d'écailles et des fissures latérales ou médianes souterraines. Les recherches sur le 4H-SiC ont également démontré que le meulage et le polissage peuvent laisser des dommages souterrains à l'échelle nanométrique qui ne sont pas entièrement représentés par les mesures ordinaires de rugosité de surface.

Les formes potentielles de SSD incluent :

• Microfissures
• Contraintes mécaniques résiduelles
• Dommages au réseau cristallin
• Luxations
• Régions locales fracturées

Quelles sont les causes du SSD ?

Les variables importantes comprennent :

• Taille des grains de la meule
• Vitesse d'alimentation
• Pression de meulage
• Vitesse des roues
• Profondeur d'enlèvement de matière
• Conditions de refroidissement
• Processus de polissage
• Profondeur de retrait du CMP

Un traitement mécanique plus grossier ou plus agressif crée généralement une couche de dommages plus profonde qui doit ensuite être éliminée ou réduite.

C’est pourquoi l’apparence d’un miroir ne peut à elle seule prouver que le bord de la tranche présente une excellente intégrité mécanique.

5. Qualité des bords et traitement épitaxial

La qualité des bords devient particulièrement importante lorsqu'un substrat SiC est utilisé pour la croissance homoépitaxiale.

Une mauvaise géométrie des bords peut contribuer à des complications de processus à proximité du périmètre de la plaquette, notamment :

• Couronne de bord
• Variation locale de l'épaisseur de l'épitaxie
• Formation de particules
• Effets de flux de gaz non uniformes
• Propagation des défauts de bord

Le fabricant de l'appareil peut intentionnellement exclure une partie du périmètre de la tranche de la zone utilisable de l'appareil, mais des dommages excessifs aux bords peuvent s'étendre au-delà de la zone d'exclusion prévue.

Pour un substrat SiC prêt à l'épitaxie, la demande de prix doit donc considérer la relation entre :

biseau physique → exclusion de bord → zone utilisable → exclusion épitaxiale → rendement de l'appareil

plutôt que de traiter ces éléments de manière indépendante.

6. Inspection à réception des plaquettes SiC de 200 mm

Pour les substrats SiC de 200 mm de grande valeur, l'inspection à la réception doit utiliser une séquence structurée.

Étape 1 : Inspection de l'emballage

Avant d'ouvrir le récipient à plaquettes, inspectez :

• État de la boîte d'expédition
• Signes de choc ou d'impact
• Protection contre l'humidité
• État de la cassette ou de la boîte à plaquettes
• Mouvement de la plaquette à l'intérieur du support

Cela permet de distinguer les dommages dus au transport des défauts de fabrication.

Étape 2 : identification des plaquettes

Confirmer:

• Diamètre
• Épaisseur
• Type de conductivité
• Orientation des cristaux
• Angle hors axe
• Face Si / Face C
• Numéro de lot
• ID de plaquette

La traçabilité devient particulièrement importante lorsque des dommages sur les bords sont constatés à plusieurs reprises au sein du même lot de fabrication.

Étape 3 : Inspection visuelle des bords

Inspectez la circonférence complète pour :

• Puces
• Fissures
• Rayures
• Taches
• Résidus
• Particules de bord
• Géométrie de biseau anormale

Les conditions d'inspection doivent être standardisées.

Étape 4 : Inspection des bords agrandis

Le grossissement optique peut être utilisé là où des défauts plus petits doivent être détectés.

Une attention particulière doit être portée à :

• Limites des puces
• Fissures radiales
• Zone d'encoche
• Transition en biseau avant
• Transition biseau arrière

La région de l'encoche mérite une attention particulière car la géométrie locale est différente du périmètre circulaire de la plaquette.

Étape 5 : Mesure du profil de bord

Si nécessaire, mesurez :

• Géométrie du biseau
• Contour des bords
• Symétrie des bords
• Abaissement des bords
• Géométrie de transition

SEMI M73 fournit une méthodologie pour extraire les caractéristiques des profils de bord de tranche mesurés, reflétant l'importance croissante du contrôle quantitatif de la forme des bords dans le traitement avancé des tranches.

Étape 6 : Inspection de la géométrie

Le rapport d'inspection doit également inclure les paramètres géométriques convenus de la plaquette, tels que :

• Épaisseur
• TTV
• Arc
• Chaîne
• Planéité globale
• Planéité proche du bord

Il ne faut pas automatiquement supposer que la géométrie du bord proche se comporte de manière identique à la zone centrale de la tranche.

Étape 7 : Inspection des surfaces et des particules

Enfin, inspectez la relation entre le biseau et la surface polie de la plaquette.

Vérifiez :

• Particules libérées par les dommages aux bords
• Résidus de polissage
• Contamination des bords
• Rayures pénétrant dans la zone active
• Défauts de surface provenant du bord

7. Articles recommandés pour la demande de prix pour les plaquettes SiC de 200 mm

Une demande de prix pratique peut contenir les éléments suivants :

Les valeurs d'acceptation exactes doivent être convenues entre le fournisseur et le client car les processus des appareils et les systèmes de métrologie sont différents.

8. Questions à poser à un fournisseur de plaquettes SiC

Avant d'acheter des substrats de 200 mm, les acheteurs peuvent demander :

1. Quelle géométrie de biseau est utilisée pour la plaquette de 200 mm ?
2. Pouvez-vous fournir un dessin de profil de bord ?
3. Quelle exclusion de bord est utilisée pour l'inspection TTV et de surface ?
4. Comment mesure-t-on l’écaillage des bords ?
5. Les fissures des bords radiaux sont-elles incluses dans les critères de rejet ?
6. Quel grossissement d’inspection est utilisé ?
7. L'encoche est-elle inspectée séparément ?
8. Des données géométriques proches des bords peuvent-elles être fournies ?
9. Un rapport d’inspection est-il fourni avec chaque lot ?
10. Les spécifications de bord personnalisées peuvent-elles être prises en charge ?

Ces questions sont souvent plus utiles que la simple demande d'une plaquette générique de « première qualité ».

Conclusion

À mesure que la fabrication du SiC progresse vers la production de 200 mm, la qualité des bords de tranche devient un élément important de la qualification du substrat.

La surface centrale polie peut recevoir la plus grande attention, mais la géométrie du biseau, l'exclusion des bords, l'écaillage et les dommages souterrains cachés peuvent influencer la fiabilité de la manipulation, le traitement épitaxial, le contrôle de la contamination et la surface utilisable de la tranche.

Pour les équipes achats, la clé est de remplacer des exigences vagues telles que « bonne qualité des bords » par des spécifications mesurables.

Un appel d’offres complet pour une plaquette SiC de 200 mm doit donc définir :

géométrie du biseau + exclusion des bords + critères d'écaillage + acceptation des fissures + méthode d'inspection + géométrie de la tranche + exigences de rapport.

Des spécifications claires permettent au fournisseur de plaquettes et au fabricant de dispositifs d'établir plus facilement des critères d'inspection à la réception cohérents et de réduire les litiges lors de la qualification de la production.

FAQ

Qu’est-ce que l’exclusion de bord sur une plaquette SiC ?

L'exclusion de bord est la région périphérique entre le bord de la plaquette et la limite de la zone utilisée pour les mesures spécifiées ou l'évaluation de la qualité. Il doit être clairement défini lors de la spécification de la planéité, des défauts, des particules ou de l'uniformité épitaxiale.

Pourquoi la géométrie en biseau est-elle importante pour les plaquettes SiC de 200 mm ?

Un biseau correctement contrôlé réduit la concentration des contraintes sur les arêtes vives et aide à limiter l'écaillage lors de la manipulation. Cela peut également affecter le comportement de traitement à proximité des bords lors de l'épitaxie, du revêtement, du nettoyage et de la lithographie.

Une plaquette de SiC peut-elle passer l'inspection visuelle tout en présentant des dommages sur les bords ?

Oui. Des microfissures et des dommages souterrains peuvent subsister sous une surface visuellement lisse. Pour les applications exigeantes, une inspection agrandie et des contrôles de processus ou de métrologie appropriés peuvent être nécessaires.