Процеси притирки та полірування карбіду кремнію, сапфіру та нітриду галію

Карбід кремнію, сапфір і нітрид галію

Зміст

вступ

Вимоги до заявки

Технічні характеристики системи

Потік обробки

вступ

У виробництві напівпровідникових пристроїв прагнення до зниження витрат завжди обумовлюється продуктивністю та врожайністю. У порівнянні з традиційними напівпровідниковими технологіями, карбід кремнію (SiC), сапфір і нітрид галію (GaN) є трьома дедалі популярнішими матеріалами, які можуть значно знизити витрати. Компанія Hemei Semiconductor (HSM) розробила успішний метод обробки підкладок з карбіду кремнію, сапфіру та нітриду галію до стану «готового до EPI».

Сапфір особливо привабливий для практиків у лазерній промисловості завдяки своїй однорідній діелектричній проникності та високо{0}}якісній кристалічній структурі. Це призвело до розширення застосування сапфірових підкладок у синіх лазерних діодах, і сапфір також став основою для сучасних радіочастотних (РЧ) комутаторів.

Карбід кремнію має такі властивості, як висока теплопровідність, висока стійкість до окислення, хімічна інертність і висока механічна міцність. Ці характеристики роблять його ідеальним матеріалом для різноманітних застосувань, зокрема для біомедичних матеріалів, високо{1}}температурних напівпровідникових пристроїв, оптичних компонентів із синхротронним випромінюванням і легких високо-структур. У деяких застосуваннях із короткою-довжиною хвилі (біосумісністю), високо-температурою,-стійкістю до радіації-і високою{7}}потужністю карбід кремнію демонструє кращі фізичні й електронні властивості порівняно з кремнієм і арсенідом галію.

Нітрид галію наразі використовується у високо-потужних транзисторах, здатних працювати при високих температурах. Ці транзистори використовують здатність нітриду галію генерувати високу-вихідну потужність у невеликому обсязі. У поєднанні з високою ефективністю матеріалу в підсилювачах потужності на ультра- та мікрохвильових частотах нітрид галію став ідеальним матеріалом для майбутніх розробок у широкому діапазоні оптоелектронних застосувань.

Вимоги до заявки

У кожному випадку метою полірування пластин із сапфіру, карбіду кремнію та нітриду галію є зменшення кінцевої товщини підкладки до бажаного цільового значення із загальною варіацією товщини (TTV) більше ніж ±2 мкм і зменшенням шорсткості поверхні до рівня менше ніж 2 нанометрів (Ra < 2 нм). Це досягається шляхом спершу склеювання пластини з підкладкою з кварцового скла за допомогою блоку склеювання пластини Hemei (WB).

Після склеювання пластину необхідно відшліфувати, щоб видалити надлишки матеріалу, а потім відполірувати. Процес притирки виконується за допомогою обладнання HS, MS і HSM-CMP, оснащеного пристосуваннями для точного полірування Hemei SJ і ASJ.

Під час притирки пристосування встановлюється на чавунну пластину притирки, і доступні різноманітні параметри процесу, які дозволяють користувачам зрозуміти процес видалення матеріалу.

Після притирки пластину необхідно очистити та зняти зі скляної підкладки. Потім його переміщують до пристосування, розробленого для високошвидкісної високоточної-системи полірування з полірувальною головкою. Використовуючи будь-яку з цих двох систем, пластини з трьох матеріалів (у різних кількостях) можна відполірувати до повторюваної нанорозмірної поверхні.

(Малюнок: полірувальна машина)

(Малюнок: полірувальне пристосування)

Технічні характеристики системи

Залежно від кількості пластин, які потрібно обробити, Hemei пропонує різноманітні системи для полірування сапфіру, карбіду кремнію та нітриду галію. Однак кожна система може включати такі компоненти:

Потік обробки

Монтаж, кріплення та притирка

За допомогою пристрою для склеювання підкладки пластини (WB) пластини сапфіру, карбіду кремнію або нітриду галію тимчасово прикріплюються до скляної опорної пластини. Ця система гарантує, що пластина та опорна пластина завжди дуже паралельні, незалежно від того, скріплена одна велика пластина чи кілька малих пластин різної товщини. Після успішного з’єднання опорну пластину можна встановити на поверхню вакуумного патрона кріплення Hemei. Потім пристосування перевертається стороною для обробки вниз і кладеться на чавунну пластину притирки обладнання HSM-L. Згодом система налаштована на обертання з максимальною швидкістю 100 обертів на хвилину (об/хв), тоді як суспензія Lapping подається на поверхню пластини з постійною швидкістю потоку через дозуючий перистальтичний насос рідини Lapping (керований інтерфейсом керування), і користувач може самостійно контролювати кількість суспензії, що подається на поверхню пластини.

Установка, кріплення та полірування

Після видалення надлишку матеріалу з підкладки за допомогою притирки високошвидкісна полірувальна система головки C-ASJ-використовується для полірування поверхні пластини. Це забезпечує високо{3}}якісну поверхню кожної пластини.

Система HSM-CMP використовує такі методи фіксації, як всмоктування води та вакуум для затискання та фіксації пластини, усуваючи потребу у скляній підкладці. Тому перед встановленням пластини на полірувальну головку системи HSM-CMP її потрібно зняти зі скляної підкладки. Кожна полірувальна головка налаштована відповідно до конкретних вимог замовника для забезпечення оптимальних результатів процесу полірування.

Протягом усього процесу полірування система HSM-CMP забезпечує високий рівень керованості, оскільки ручні операції можна виконувати «-на місці». Такими параметрами процесу, як швидкість пластини, навантаження полірувальної головки вниз і швидкість потоку суспензії, можна керувати за допомогою сенсорного екрану, що дозволяє користувачам виконувати негайні й точні налаштування та контроль.

Результати

Використовуючи систему полірування Hemei для завершення підготовки підкладок з карбіду кремнію, сапфіру або нітриду галію, можна досягти ідеальної шорсткості поверхні перед наступною обробкою за допомогою традиційної технології CMOS. Кожна полірована пластина має рівномірну кількість матеріалу, видаленого під час обробки, що призводить до рівномірної плоскої поверхні.

Шляхом регулювання тиску (навантаження), що прикладається до підкладки під час обробки, можна досягти оптимальної швидкості видалення матеріалу (MRR) 6 мкм/год для сапфіру та 1-2 мкм/год для карбіду кремнію.

Наступні результати для карбіду кремнію та нітриду галію отримано з партії пластин діаметром 12 2-дюймів, оброблених у системі HSM-CMP; результати для сапфіру отримано з партії пластин діаметром 84 2-дюймів, оброблених на системі HSM-CMP.

(Опис діаграми: A. Карбід кремнію B. Сапфір C. Нітрид галію)

[Зображення: A. Карбід кремнію; Б. Сапфір; C. Нітрид галію. Осі: початкові значення Ra (нм), кінцеві значення Ra (нм), середній MRR (мікрон на годину). Точки даних: A - Початковий Ra: 120 нм, Кінцевий Ra: 6 нм, MRR: 1-2 мкм/год; B - Початковий Ra: 100 нм, Кінцевий Ra: 1 нм, MRR: 6 мкм/год; C - Початковий Ra: 80 нм, Кінцевий Ra: 3 нм, MRR: 15 мкм/год]

Початкові значення Ra (після притирки)

A: 120 нм

B: 100 нм

C: 80 нм

Остаточні значення Ra (після полірування)

A: 6 нм

B: 1 нм

C: 3 нм

Середній MRR (мікронів на годину)

A: 1-2 μm/h

B: 6 μm/h

C: 15 μm/h

A. Пластина карбіду кремнію

Діаметр: 2 дюйма

Швидкість видалення матеріалу (MRR): 1-2 мкм/год

Кінцеве значення Ra: < 3 нм

Площинність: ± 2 мкм

Лук: < 25 мкм

B. Сапфірова пластина

Діаметр: 2 дюйма

Швидкість видалення матеріалу (MRR): 6 мкм/год

Кінцеве значення Ra: < 1 нм

Площинність: ± 2 мкм

Лук: < 25 мкм

C. Пластина нітриду галію

Діаметр: 2 дюйма

Швидкість видалення матеріалу (MRR): 15 мкм/год (залежно від площини кристала)

Кінцеве значення Ra: < 3 нм

Площинність: ± 2 мкм

Лук: < 25 мкм

(Виміряно за допомогою Dektak 150 Surface Profiler)