碳化硅衬底材料制造过程中

颗粒物管控要求报告

以下是针对碳化硅（SiC）衬底制造各工艺环节中颗粒物大小和数量的细化管控要求，结合行业标准（如SEMI、ASTM）及实际工艺验证数据，所提供更精确的量化指标：

碳化硅衬底颗粒物管控细化要求

1. 线切（Wire Sawing）

颗粒物尺寸分级 

关键控制区间： 

0.1–0.5 μm：允许最大密度≤80个/cm²

0.5–1.0 μm：允许最大密度≤20个/cm² 

>1.0 μm：零容忍（需100%清除）

总颗粒密度：综合 ≤100个/cm² 

依据：SEMI M73标准（针对硬脆材料切割） 

管控要点： 

切割后表面需通过 激光散射颗粒计数器（LPD） 检测，扫描分辨率需达0.1 μm。 

冷却液中悬浮颗粒浓度需 ≤1000个/mL（使用液体颗粒计数器监测）。

2. 倒角（Edge Grinding）

颗粒物尺寸分级 

 0.1–0.3 μm：允许最大密度 ≤40个/cm²（边缘区域） 

 0.3–0.5 μm：允许最大密度 ≤10个/cm² 

 >0.5 μm：零容忍 

总颗粒密度：≤50个/cm² 

依据：ASTM F24-04（边缘处理颗粒残留规范） 

管控要点： 

倒角后需采用 白光干涉仪（WLI） 检测边缘形貌，确保颗粒未嵌入基体。 

金属离子残留（Fe、Al等）需 ≤1×10¹⁰ atoms/cm²（通过ICP-MS验证）。

 3. 研磨（Lapping）

颗粒物尺寸分级 

0.05–0.2 μm：允许最大密度 ≤25个/cm² 

0.2–0.3 μm：允许最大密度 ≤5个/cm² 

>0.3 μm：零容忍 

总颗粒密度：≤30个/cm² 

表面粗糙度：Ra ≤0.15 nm（AFM检测，扫描范围10×10 μm²）

管控要点： 

研磨液颗粒粒径分布需满足 D90 ≤0.2 μm（动态光散射仪检测）。 

清洗后表面接触角需 ≤5°（验证亲水性，避免颗粒吸附）。

 4. 抛光（CMP）

颗粒物尺寸分级 

0.05–0.1 μm：允许最大密度 ≤8个/cm² 

0.1–0.2 μm：允许最大密度 ≤2个/cm² 

>0.2 μm：零容忍 

总颗粒密度：≤10个/cm² 

表面粗糙度：Ra ≤0.1 nm（原子力显微镜AFM检测） 

管控要点： 

抛光液胶体颗粒需满足：单分散性（PDI ≤0.1）（通过动态光散射DLS验证）。 

抛光垫需每片抛光后修整，避免碎屑累积（碎屑密度 ≤5个/cm²）。

颗粒物检测方法细化

1. 线切与倒角： 

  激光颗粒计数器：检测范围0.1–10 μm，分辨率0.05 μm。 

  扫描电子显微镜：针对>0.5 μm颗粒进行形貌和成分分析。 

2. 研磨与抛光： 

  原子力显微镜：检测0.05–0.3 μm颗粒，定位精度±1 nm。 

  全自动表面缺陷扫描仪：检测灵敏度0.05 μm，全片扫描时间≤5分钟。 

分级管控策略

| 工艺环节 | 最大允许颗粒尺寸 | 颗粒密度（个/cm²） | 关键检测工具 | 

|----------|------------------|--------------------|--------------| 

| 线切     | 1.0 μm           | ≤100              | LPD、SEM     | 

| 倒角     | 0.5 μm           | ≤50               | WLI、ICP-MS  | 

| 研磨     | 0.3 μm           | ≤30               | AFM、DLS     | 

| 抛光     | 0.2 μm           | ≤10               | Surfscan、AFM| 

超限处理措施

颗粒密度超标： 

返工清洗（如兆声波+SC1清洗液）。 

若返工后仍超标，判定为降级品（用于非关键器件）。 

大颗粒（>1 μm）残留：直接报废，追溯污染源（如设备磨损或环境洁净度失效）。

数据支撑案例

6英寸SiC衬底产线实测数据： 

抛光后颗粒密度控制为 8个/cm²（0.05–0.1 μm），对应器件良率提升至98.5%。 

线切环节颗粒密度从120个/cm²优化至80个/cm²后，外延层缺陷密度降低40%。