国立先进产业技术研究所[主席石村和彦]先进电力电子研究中心[研究中心主任Hiroshi Yamaguchi]晶圆工艺团队加藤智久，研究组组长，与瑞穗株式会社和不二越机械株式会社合作碳化硅高速实现晶圆平坦化包装我开发了这项技术。特别是镜面抛光工艺，以前速度很慢，现在抛光速度比传统方法快12倍。工作表样式堪比镜面研磨工艺的新加工方法批量类型我们已经建立了加工技术。
这项技术的详细信息将在磨料加工学会学术会议（ABTEC2021）上报告，该会议将于 2021 年 9 月 1 日在线举行。
碳化硅功率半导体器件已经开始应用于需要电力的行业和社会，例如控制大量电力的发电和输电系统、工业机器人、汽车、铁路以及信息和通信设备。作为功率器件基材的SiC晶圆，降低其制造成本对于其广泛使用至关重要。 SiC晶圆加工工艺还需要进一步提高批量生产能力（更高的速度和并行处理）。
SiC 晶圆极难加工硬脆材料到目前为止，SiC 晶圆都是通过研磨或抛光来平坦化的。前者为单晶圆类型，量产效率较差。后者是批量方法，可以一次处理多张纸。然而，由于处理速度比硅晶圆的量产处理慢，因此单位时间内处理晶圆数量需要六倍以上的时间。 SiC晶圆的直径从6英寸增加到8英寸。未来，随着量产规模随着市场的扩大而增加，将需要能够更高效地生产SiC晶圆的加工技术。
晶圆压平涉及研磨和抛光为代表的抛光技术被称为适合批量生产的间歇式加工技术。用于抛光高硬度SiC金刚石浆料如果使用研磨液(以下称为“浆料”)，则无法提高研磨速度，因此直至镜面研磨加工(表面粗糙度Ra＝1nm左右)为止，都必须依靠研磨的单片加工。在抛光过程中，普雷斯顿的经验法则，可以通过提高抛光平台的转速和加工压力来提高抛光速度。然而，抛光速度无法提高，因为浆料被平台的离心力破坏，并且由于摩擦热而难以继续抛光。因此，我们试图通过制造由金刚石磨石制成的固定磨料平台并将其与高速抛光装置相结合来解决这些问题。 （图1）
这项研究和开发是民间开放创新联合研究组织筑波电力电子星座（TPEC；筑波电力电子星座）。
图1 本次开发的设备配置
图2是比较不同抛光条件下SiC晶片的抛光速度的图表。当平台转速超过200rpm时，使用金属平台和浆料进行加工变得困难。另一方面，当使用固定磨料平台时，证实即使在700rpm下，平台的旋转速度也与抛光速度成比例。这是使用浆料的典型加工条件（例如负载 200 g/cm2，转速：50rpm），抛光速度比传统研磨工艺快约12倍。此外，高速抛光的SiC晶片的Ra约为05 nm，实现了与传统镜面研磨相当的表面质量。 （图3）这些结果证明了固定磨料平台和高速抛光设备组合的优越性。
图2 各种抛光条件下抛光速度对比
图3 使用此开发进行高速抛光的6英寸SiC晶圆
此外，与使用浆料的抛光不同，仅使用水作为处理液，因此对环境的影响较小，并且发现了新的优点：可以控制供水量以充分冷却平台，同时保持抛光效率。
使用平台进行抛光时，处理速度主要由平台的处理压力和转数控制，因此可以同时处理多个晶片的批量处理。图4显示了同时处理多个SiC晶片时平台转数与抛光速度之间的关系。我们确认，即使晶片数量增加和加工面积增加，也可以保持抛光效率。换句话说，我们发现，通过增加每批次处理的晶圆数量，可以显着减少每个晶圆的处理时间。此外，通过使用抑制磨损的高硬度砂轮，与磨削相比，可以降低砂轮的磨损成本，从而可以实现更快、更低成本的大直径SiC晶片批量生产工艺。
图4 多片同时抛光时的抛光速度比较
我们计划将开发的抛光技术引入先进电力电子研究中心举办的6英寸兼容SiC晶圆集成加工工艺中，并在研究中心内将其应用于功率器件开发中进行技术验证。