Основа досконалості: підготовка субстратів для епітаксіального нарощування за допомогою точного притирання та полірування
Анотація
Продуктивність і продуктивність напівпровідникових пристроїв, вирощених епітаксіально, нерозривно пов’язані з якістю вихідної підкладки. Будь-яке підповерхневе пошкодження, шорсткість поверхні або кристалографічні недоліки на поверхні підкладки можуть поширюватися в епілаєр, погіршуючи електронні, оптичні та структурні властивості. У цій статті описано критичну роль прецизійного притирання та полірування як незамінних кроків у підготовці підкладки, що перетворює розпиляну пластину на атомарно плоску,-непошкоджену основу, готову для високо-якісного епітаксійного осадження.
1. Вступ: Необхідність бездоганної основи
Епітаксія, процес вирощування кристалічного шару на кристалічній підкладці, вимагає майже-ідеальної реєстрації атомів. Для виробництва лазерних діодів, транзисторів-електронної-мобільності з високою-електронами (HEMT) або передових силових пристроїв епітаксійний шар має бути монокристалом із мінімальними дефектами. Подорож до цього первозданного стану починається не в епітаксіальному реакторі, а в лабораторії підготовки. Основна мета підготовки субстрату полягає в подвійному:
1. Досягніть ідеальної планарності та паралельності:Для забезпечення рівномірної товщини та послідовного епітаксійного росту по всій пластині.
2. Усунення пошкоджень під поверхнею:Для видалення механічно зміненого шару, утвореного попередніми процесами, такими як нарізка або шліфування, залишаючи незайману кристалічну поверхню.
Це систематично досягається шляхом послідовного процесу притирки, притирання та полірування.
2. Точна притирка: мистецтво контрольованого видалення матеріалу
Притирка є першим критичним кроком після нарізки вафель. Це механічний абразивний процес, призначений для швидкого видалення більшості пошкоджень під поверхнею від нарізання, виправлення дуги та деформації та доведення пластини до точної цільової товщини з чудовою паралельністю.
Основні принципи притирки:
Абразивний шлам:Використовується суспензія твердих, грубих абразивних частинок (наприклад, оксиду алюмінію Al₂O₃ або карбіду кремнію SiC) в охолоджувальній/мастильній рідині.
Двосторонній-процес:Пластини зазвичай утримуються в тримачі та пресуються між двома пластинами, що перекриваються-з протилежним обертанням (перекриттями). Ця одночасна дія з обох сторін забезпечує чудову площинність і паралельність.
Механічна дія:Абразивні зерна котяться між пластиною внахлест і пластиною, спричиняючи мікро-тріщини та крихке руйнування матеріалу основи. Це ефективно видаляє матеріал, але неминуче створює новий, більш глибокий шар підповерхневих пошкоджень.
Незважаючи на високу ефективність для грубого формування, поверхня, що залишається після притирки, є мікроскопічно шорсткою та тріщиною. Це необхідний, але недостатній останній етап перед епітаксією.
3. Хімічне-механічне полірування (CMP): досягнення атомарної гладкості-рівня
Полірування є останнім і найважливішим кроком для створення поверхні, готової до епі{0}}. Хоча існують різні методи полірування, хімічне-механічне полірування (CMP) стало промисловим стандартом для підготовки підкладок, як-от кремній, арсенід галію (GaAs) і карбід кремнію (SiC).
CMP — це синергетичний процес, який поєднує хімічне травлення з механічним стиранням для досягнення неперевершеної досконалості поверхні.
Механізми CMP:
1. Хімічний компонент:Застосовується хімічно активна суспензія (часто колоїдний кремнезем для кремнію або глинозем -для твердіших матеріалів). Хімічні речовини в суспензії пасивують і пом’якшують самі верхні атомарні шари субстрату, роблячи їх більш чутливими до видалення.
2. Механічний компонент:М'яка пориста поліуретанова прокладка притискається до пластини, що обертається. Абразивні наночастинки в суспензії м’яко стирають розм’якшений хімічно модифікований шар.
Ця комбінована дія дозволяє видаляти матеріал на атомарному рівні без утворення нових механічних руйнувань. Результатом є поверхня, яка не тільки глобально плоска, але й локально гладка, із середньоквадратичною шорсткістю (RMS), яка часто вимірюється в ангстремах.
4. Хід процесу та характеристика
Типовий процес підготовки основи виглядає наступним чином:
1. Нарізка:Злиток розрізається на окремі пластини, вносячи значні пошкодження (~10 мкм).
2. Притирка/шліфування:Швидке видалення ~20-50 мкм мкм матеріалу для усунення пошкоджень від розрізу та визначення товщини.
3. Травлення (необов'язково):Після натирання можна використовувати хімічне травлення для видалення тонкого пошкодженого шару, скорочуючи час подальшого полірування.
4. Полірування (CMP):Видалення кількох останніх мікрон для отримання атомарно гладкої поверхні без{0}}пошкоджень.
5. Прибирання:Ретельне очищення (наприклад, очищення RCA) є обов’язковим для видалення всіх органічних, іонних і металевих забруднень з полірованої поверхні.
Перевірка якості Epi-Ready досягається за допомогою:
Шорсткість поверхні:Виміряно за допомогою атомно-силової мікроскопії (АСМ).
Пошкодження під поверхнею:Оцінено методом трансмісійної електронної мікроскопії поперечного{0}}зрізу (ТЕМ) або тестів на щільність травлення.
площинність:Вимірюється інтерферометрією.
Чистота:Перевірено за допомогою таких методів, як рентгенівська флуоресценція повного відбиття (TXRF).
РФ).
5. Висновок
Точне притирання та полірування є не просто допоміжними етапами, а основою успіху сучасної епітаксії. Притирка забезпечує контроль макроскопічних розмірів і початкове усунення пошкоджень, тоді як CMP забезпечує необхідну досконалість на мікроскопічному та атомному-рівнях. Ретельно виконуючи цей дво-етапний процес, виробники можуть надати підкладки, які слугуватимуть справді бездоганними шаблонами, уможливлюючи зростання високо-епітаксіальних плівок, які розширюють межі напівпровідникових технологій. Пошуки ідеального епіляру починаються з пошуку ідеальної підкладки.
