Základ dokonalosti: Příprava substrátů pro epitaxní růst pomocí přesného lapování a leštění
Abstraktní
Výkon a výtěžnost epitaxně pěstovaných polovodičových součástek jsou neodmyslitelně spojeny s kvalitou výchozího substrátu. Jakékoli podpovrchové poškození, drsnost povrchu nebo krystalografické nedokonalosti na povrchu substrátu se mohou rozšířit do epivrstvy a zhoršit elektronické, optické a strukturální vlastnosti. Tento článek nastiňuje kritickou roli přesného lapování a leštění jako nepostradatelných kroků při přípravě substrátu, při přeměně řezaného plátku na atomicky plochý, -bez poškození základ připravený pro vysoce-kvalitní epitaxní nanášení.
1. Úvod: Imperativ pro bezchybný základ
Epitaxe, proces růstu krystalické vrstvy na krystalickém substrátu, vyžaduje téměř-dokonalou atomovou registraci. Ať už jde o výrobu laserových diod, vysoko{2}}elektronových{3}}tranzistorů mobility (HEMT) nebo pokročilých výkonových zařízení, epitaxní vrstva musí být monokrystal s minimálními defekty. Cesta do tohoto nedotčeného stavu nezačíná v epitaxním reaktoru, ale v přípravné laboratoři. Primární cíl přípravy substrátu je dvojí:
1. Dosáhněte dokonalé rovinnosti a rovnoběžnosti:Pro zajištění jednotné tloušťky a konzistentního epitaxního růstu po celém plátku.
2. Odstraňte podpovrchové poškození:K odstranění mechanicky změněné vrstvy zavedené předchozími procesy, jako je krájení nebo mletí, zanechávající za sebou panenský krystalický povrch.
Toho je systematicky dosahováno postupným procesem lapování, lapování a leštění.
2. Přesné lapování: Umění řízeného odstraňování materiálu
Lapování je prvním kritickým krokem po krájení plátků. Jedná se o mechanický abrazivní proces navržený tak, aby rychle odstranil většinu podpovrchového poškození při krájení, napravil luk a osnovu a přivedl plátek na přesnou cílovou tloušťku s vynikající rovnoběžností.
Klíčové principy lapování:
Abrazivní kaše:Používá se suspenze tvrdých, hrubých abrazivních částic (např. oxidu hlinitého Al203 nebo karbidu křemíku SiC) v chladivu/mazadle.
Oboustranný-proces:Plátky jsou obvykle drženy v nosiči a lisovány mezi dvě proti{0}}rotující se překrývající se desky (laps). Tato současná činnost na obou stranách zajišťuje vynikající rovinnost a rovnoběžnost.
Mechanické působení:Brusná zrna se odvalují mezi přeplátovanou deskou a plátkem, což způsobuje mikro-lámání a křehký lom materiálu substrátu. To účinně odstraňuje materiál, ale nevyhnutelně zavádí novou, hlubší vrstvu podpovrchového poškození.
Zatímco je vysoce účinný pro hrubé tvarování, povrch zanechaný lapováním je mikroskopicky drsný a prasklý. Slouží jako nezbytný, ale nedostatečný poslední krok před epitaxí.
3. Chemické-mechanické leštění (CMP): dosažení atomové-hladkosti
Leštění je posledním a nejdůležitějším krokem pro vytvoření povrchu připraveného na epi-. Přestože existují různé techniky leštění, chemické-mechanické leštění (CMP) se stalo průmyslovým standardem pro přípravu substrátů, jako je křemík, arsenid galia (GaAs) a karbid křemíku (SiC).
CMP je synergický proces, který kombinuje chemické leptání s mechanickým obrušováním k dosažení bezkonkurenční dokonalosti povrchu.
Mechanismy CMP:
1. Chemická složka:Aplikuje se chemicky aktivní suspenze (často koloidní oxid křemičitý pro Si nebo -alumina na bázi tvrdších materiálů). Chemikálie v kaši pasivují a změkčují samé horní atomové vrstvy substrátu, čímž jsou náchylnější k odstranění.
2. Mechanická součást:Měkká, porézní polyuretanová podložka tlačí na rotující plátek. Abrazivní nanočástice v kaši jemně obrousí změkčenou, chemicky upravenou vrstvu.
Tato kombinovaná akce umožňuje odstranění materiálu na atomární úrovni bez zavádění nových mechanických lomů. Výsledkem je povrch, který je nejen globálně plochý, ale také lokálně hladký, s drsností RMS (Root Mean Square), často měřenou v Angstromech.
4. Průběh a charakterizace procesu
Typický postup přípravy substrátu je následující:
1. Krájení:Ingot je rozřezán na jednotlivé plátky, což způsobí značné poškození (~10s µm).
2. Lapování/broušení:Rychlé odstranění ~20-50 µm µm materiálu pro eliminaci poškození krájením a definování tloušťky.
3. Leptání (volitelné):Po lapování lze použít chemické leptání k odstranění tenké poškozené vrstvy, čímž se zkrátí doba následného leštění.
4. Leštění (CMP):Odstraněním posledních několika mikronů dosáhnete atomově hladkého povrchu bez poškození-.
5. Čištění:Důkladné čištění (např. čištění RCA) je povinné k odstranění všech organických, iontových a kovových nečistot z leštěného povrchu.
Ověření kvality připravenosti Epi-je dosaženo prostřednictvím:
Drsnost povrchu:Měřeno mikroskopií atomových sil (AFM).
Podpovrchové poškození:Posouzeno -sekční transmisní elektronovou mikroskopií (TEM) nebo testy hustoty leptaných důlků.
Plochost:Měřeno interferometrií.
Čistota:Ověřeno pomocí technik, jako je Total Reflection X{0}}fluorescence (TXRF).
RF).
5. Závěr
Přesné lapování a leštění nejsou pouze pomocné kroky, ale jsou základem úspěchu moderní epitaxe. Lapping poskytuje makroskopickou kontrolu rozměrů a počáteční odstranění poškození, zatímco CMP poskytuje požadovanou dokonalost na mikroskopické a atomární-úrovni. Pečlivým prováděním tohoto dvou-procesu mohou výrobci poskytnout substráty, které slouží jako skutečně bezchybné šablony a umožňují růst vysoce-výkonných epitaxních filmů, které posouvají hranice polovodičové technologie. Hledání dokonalé epivrstvy začíná hledáním dokonalého substrátu.
