Procesy lapování a leštění karbidu křemíku, safíru a nitridu galia

Karbid křemíku, safír a nitrid galia

Obsah

Zavedení

Požadavky na aplikaci

Specifikace systému

Průběh zpracování

Zavedení

Při výrobě polovodičových součástek je snaha o snižování nákladů vždy řízena výkonem a výnosem. Ve srovnání s tradičními polovodičovými technologiemi jsou karbid křemíku (SiC), safír a nitrid galia (GaN) tři stále oblíbenější materiály, které mohou výrazně snížit náklady. Společnost Hemei Semiconductor (HSM) vyvinula úspěšnou metodu zpracování substrátů z karbidu křemíku, safíru a nitridu galia do stavu „EPI ready“.

Sapphire je zvláště atraktivní pro odborníky v laserovém průmyslu díky své jednotné dielektrické konstantě a vysoce kvalitní -krystalové struktuře. To vedlo ke zvýšenému použití safírových substrátů v modrých laserových diodách a safír se také stal základem pro dnešní aplikace radiofrekvenčních (RF) přepínačů.

Karbid křemíku má vlastnosti, jako je vysoká tepelná vodivost, vysoká odolnost proti oxidaci, chemická inertnost a vysoká mechanická pevnost. Tyto vlastnosti z něj dělají ideální materiál pro různé aplikace, včetně biomedicínských materiálů, vysokoteplotních polovodičových zařízení, optických komponent synchrotronového záření a lehkých vysokopevnostních struktur. V určitých aplikacích s krátkou-vlnnou délkou (biokompatibilní), vysokou-teplotou, odolností proti záření-a vysokým-výkonem vykazuje karbid křemíku ve srovnání s křemíkem a arsenidem galia vynikající fyzikální a elektronické vlastnosti.

Nitrid galia se v současnosti používá ve vysoce-tranzistorech schopných pracovat při vysokých teplotách. Tyto tranzistory využívají schopnosti nitridu galia generovat vysoký-výkon v malém objemu. V kombinaci s vysokou účinností materiálu ve výkonových zesilovačích na ultra-vysokých a mikrovlnných frekvencích se nitrid galia stal ideálním materiálem pro budoucí vývoj v široké řadě optoelektronických aplikací.

Požadavky na aplikaci

V každém případě je cílem leštění plátků safíru, karbidu křemíku a nitridu galia snížit konečnou tloušťku substrátu na požadovanou cílovou hodnotu s variací celkové tloušťky (TTV) lepší než ±2 μm a drsností povrchu zlepšenou na méně než 2 nanometry (Ra < 2 nm). Toho je dosaženo tak, že se plátek nejprve připojí k substrátu z křemenného skla pomocí jednotky Hemei Wafer Substrate Bonding Unit (WB).

Po nalepení je třeba plátek obrousit, aby se odstranil přebytečný materiál, a následně vyleštit. Proces lapování se provádí pomocí zařízení HS, MS a HSM-CMP vybaveného přesnými lešticími přípravky Hemei SJ a ASJ.

Během lapování je přípravek namontován na litinovou lapovací desku a jsou k dispozici různé možnosti procesních parametrů, které uživatelům umožňují pochopit proces odstraňování materiálu.

Po lapování musí být plátek očištěn a odstraněn ze skleněného substrátu. Poté se přenese do přípravku určeného pro přesný vysokorychlostní-leštící systém s leštící hlavou. Pomocí kteréhokoli z těchto dvou systémů lze wafery ze tří materiálů (v různém množství) vyleštit do opakovatelného povrchu v nanoměřítku.

(Obrázek: Lešticí stroj)

(Obrázek: Leštící přípravek)

Specifikace systému

V závislosti na počtu zpracovávaných plátků Hemei nabízí různé systémy pro leštění safíru, karbidu křemíku a nitridu galia. Každý systém však může obsahovat následující součásti:

Průběh zpracování

Instalace, upevnění a lapování

Pomocí jednotky pro lepení waferového substrátu (WB) se safírové, karbidové nebo nitridové plátky gallia dočasně připojí ke skleněné nosné desce. Tento systém zajišťuje, že plátek a nosná deska jsou vždy vysoce rovnoběžné, bez ohledu na to, zda je spojen jeden velký plátek nebo více malých plátků různých tlouštěk. Po úspěšném přilepení lze nosnou desku namontovat na povrch vakuového sklíčidla upínače Hemei. Upínací přípravek je poté převrácen zpracovací stranou dolů a umístěn na litinovou lapovací desku zařízení HSM-L. Následně je systém nastaven tak, aby se otáčel maximální rychlostí 100 otáček za minutu (ot./min), přičemž lapovací kaše je přiváděna na povrch desky konstantním průtokem přes odměřovací kapalinové peristaltické čerpadlo Lapping (řízené ovládacím rozhraním) a uživatel může nezávisle ovládat množství kaše dodávané na povrch desky.

Instalace, upevnění a leštění

Po odstranění přebytečného materiálu z podkladu pomocí lapování se k vyleštění povrchu destičky použije vysokorychlostní leštící systém C-ASJ drive head-. To vytváří vysoce kvalitní-povrch na každém plátku.

Systém HSM-CMP využívá způsoby upevnění, jako je odsávání vody a vakuum, k upnutí a upevnění destičky, čímž se eliminuje potřeba skleněného substrátu. Před nasazením destičky na leštící hlavu systému HSM-CMP je proto nutné ji odstranit ze skleněného substrátu. Každá leštící hlava je přizpůsobena podle specifických požadavků zákazníka, aby byly zajištěny optimální výsledky procesu leštění.

Během celého procesu leštění poskytuje systém HSM-CMP vysokou úroveň ovladatelnosti, protože ruční operace lze provádět „in{1}}na místě“. Parametry procesu, jako je rychlost desky, zatížení leštící hlavy směrem dolů a průtok kalu, lze ovládat pomocí dotykové obrazovky, což uživatelům umožňuje provádět okamžité a přesné úpravy a ovládání.

Výsledky

Použitím leštícího systému Hemei k dokončení přípravy substrátů z karbidu křemíku, safíru nebo nitridu galia lze dosáhnout ideální drsnosti povrchu před následným zpracováním pomocí tradiční technologie CMOS. Z každé leštěné destičky je během zpracování odstraněno jednotné množství materiálu, což má za následek rovnoměrně rovný povrch.

Úpravou tlaku (zatížení) aplikovaného na substrát během zpracování lze dosáhnout optimální rychlosti úběru materiálu (MRR) 6 μm/h pro safír a 1-2 μm/h pro karbid křemíku.

Následující výsledky pro karbid křemíku a nitrid galia byly získány ze šarže destiček o průměru 12 2-palců zpracovaných systémem HSM-CMP; výsledky pro safír jsou získány ze šarže destiček o průměru 84 2-palců zpracovaných systémem HSM-CMP.

(Popis grafu: A. Karbid křemíku B. Safír C. Nitrid gallia)

[Obrázek: A. Karbid křemíku; B. Safír; C. Gallium nitrid. Osy: Počáteční hodnoty Ra (nm), Konečné hodnoty Ra (nm), Průměrná MRR (mikrony za hodinu). Datové body: A - Počáteční Ra: 120 nm, Konečné Ra: 6 nm, MRR: 1-2 μm/h; B - Počáteční Ra: 100 nm, Konečné Ra: 1 nm, MRR: 6 μm/h; C - Počáteční Ra: 80 nm, Konečné Ra: 3 nm, MRR: 15 μm/h]

Počáteční hodnoty Ra (po lapování)

A: 120 nm

B: 100 nm

C: 80 nm

Konečné hodnoty Ra (po leštění)

A: 6 nm

B: 1 nm

C: 3 nm

Průměrná MRR (mikrony za hodinu)

A: 1-2 μm/h

B: 6 μm/h

C: 15 μm/h

A. Destička z karbidu křemíku

Průměr: 2 palce

Rychlost úběru materiálu (MRR): 1-2 μm/h

Konečná hodnota Ra: < 3 nm

Rovinnost: ± 2 μm

Úklon: < 25 μm

B. Safírový plátek

Průměr: 2 palce

Rychlost úběru materiálu (MRR): 6 μm/h

Konečná hodnota Ra: < 1 nm

Rovinnost: ± 2 μm

Úklon: < 25 μm

C. Oplatka z nitridu galia

Průměr: 2 palce

Rychlost úběru materiálu (MRR): 15 μm/h (v závislosti na krystalové rovině)

Konečná hodnota Ra: < 3 nm

Rovinnost: ± 2 μm

Úklon: < 25 μm

(Měřeno pomocí Dektak 150 Surface Profiler)