Lappe- og poleringsprocesser for siliciumcarbid, safir og galliumnitrid

Siliciumcarbid, safir og galliumnitrid

Indholdsfortegnelse

Indledning

Ansøgningskrav

Systemspecifikationer

Behandlingsflow

Indledning

I produktionen af ​​halvlederenheder er jagten på omkostningsreduktion altid drevet af output og udbytte. Sammenlignet med traditionelle halvlederteknologier er siliciumcarbid (SiC), safir og galliumnitrid (GaN) tre stadig mere populære materialer, der kan reducere omkostningerne betydeligt. Hemei Semiconductor (HSM) har udviklet en succesfuld metode til at behandle siliciumcarbid-, safir- og galliumnitridsubstrater til en "EPI-klar" tilstand.

Sapphire er særligt attraktivt for praktiserende læger i laserindustrien på grund af dens ensartede dielektriske konstant og høj-krystalstruktur af høj kvalitet. Dette har ført til den øgede anvendelse af safirsubstrater i blå laserdioder, og safir er også blevet grundlaget for nutidens radiofrekvensomskiftere (RF).

Siliciumcarbid har egenskaber såsom høj varmeledningsevne, høj oxidationsmodstand, kemisk inerthed og høj mekanisk styrke. Disse egenskaber gør det til et ideelt materiale til en række anvendelser, herunder biomedicinske materialer, høj-temperatur-halvlederenheder, optiske komponenter til synkrotronstråling og lette strukturer med høj- styrke. I visse applikationer med kort-bølgelængde (biokompatibel), høj-temperatur, strålings-og høj-effekt, udviser siliciumcarbid overlegne fysiske og elektroniske egenskaber sammenlignet med silicium og galliumarsenid.

Galliumnitrid bruges i øjeblikket i høj-transistorer, der er i stand til at fungere ved høje temperaturer. Disse transistorer udnytter galliumnitrids evne til at generere høj-effekt i et lille volumen. Kombineret med materialets høje effektivitet i effektforstærkere ved ultra-høje frekvenser og mikrobølgefrekvenser er galliumnitrid blevet et ideelt materiale til fremtidig udvikling inden for en lang række optoelektroniske applikationer.

Ansøgningskrav

I hvert tilfælde er målet med at polere safir-, siliciumcarbid- og galliumnitridskiver at reducere den endelige tykkelse af substratet til den ønskede målværdi med en total tykkelsesvariation (TTV) bedre end ±2 μm og en overfladeruhed forbedret til mindre end 2 nanometer (Ra < 2 nm). Dette opnås ved først at lime waferen til et kvartsglassubstrat ved hjælp af Hemei's Wafer Substrate Bonding Unit (WB).

Efter limning skal waferen slibes for at fjerne overskydende materiale, efterfulgt af polering. Lappeprocessen udføres ved hjælp af HS-, MS- og HSM-CMP-udstyr udstyret med Hemei's SJ- og ASJ-præcisionspoleringsarmaturer.

Under Lapping er armaturet monteret på en Lapping-plade i støbejern, og en række forskellige procesparametre er tilgængelige for at give brugerne mulighed for at forstå materialefjernelsesprocessen.

Efter Lapping skal waferen rengøres og fjernes fra sit glasunderlag. Det overføres derefter til en armatur, der er designet til et præcist høj-poleringssystem med et polerhoved. Ved at bruge et af disse to systemer kan wafers af de tre materialer (i forskellige mængder) poleres til en gentagelig nanoskalafinish.

(Figur: Polermaskine)

(Figur: Poleringsarmatur)

Systemspecifikationer

Afhængigt af antallet af wafers, der skal behandles, tilbyder Hemei en række forskellige systemer til polering af safir, siliciumcarbid og galliumnitrid. Hvert system kan dog indeholde følgende komponenter:

Behandlingsflow

Installation, fastgørelse og lapning

Ved at bruge Wafer Substrate Bonding Unit (WB) bindes safir-, siliciumcarbid- eller galliumnitrid-wafers midlertidigt til en glasstøtteplade. Dette system sikrer, at waferen og støttepladen altid er meget parallelle, uanset om en enkelt stor wafer eller flere små wafers af forskellig tykkelse er limet. Efter vellykket limning kan støttepladen monteres på vakuumpatronoverfladen af ​​Hemei-armaturen. Armaturet vendes derefter med forarbejdningssiden nedad og placeres på støbejernspladen på HSM-L-udstyret. Efterfølgende indstilles systemet til at rotere med en maksimal hastighed på 100 omdrejninger i minuttet (rpm), mens Lapping-gyllen leveres til pladeoverfladen med en konstant flowhastighed via en doserings- Lapping fluid peristaltisk pumpe (styret af kontrolgrænsefladen), og brugeren kan uafhængigt styre mængden af ​​gylle, der leveres til pladeoverfladen.

Installation, fastgørelse og polering

Efter at have fjernet det overskydende materiale fra underlaget gennem Lapping, bruges C-ASJ-drevhovedets høj-hastighedspoleringssystem til at polere waferoverfladen. Dette giver en overflade af høj-kvalitet på hver wafer.

HSM-CMP-systemet bruger fikseringsmetoder såsom vandsugning og vakuum til at klemme og fiksere waferen, hvilket eliminerer behovet for et glassubstrat. Derfor skal waferen fjernes fra glassubstratet, før den placeres på polerhovedet af HSM-CMP-systemet. Hvert polerhoved er tilpasset efter kundens specifikke krav for at sikre optimale resultater fra poleringsprocessen.

Gennem hele poleringsprocessen giver HSM-CMP-systemet en høj grad af kontrollerbarhed, da manuelle handlinger kan udføres "in-situ". Procesparametre såsom pladehastighed, nedadgående belastning af polerhovedet og gyllestrømningshastighed kan alle styres via en berøringsskærm, hvilket giver brugerne mulighed for at foretage øjeblikkelige og præcise justeringer og kontrol.

Resultater

Ved at bruge Hemeis poleringssystem til at færdiggøre fremstillingen af ​​siliciumcarbid-, safir- eller galliumnitridsubstrater kan der opnås en ideel overfladeruhed før efterfølgende bearbejdning ved brug af traditionel CMOS-teknologi. Hver poleret wafer har en ensartet mængde materiale fjernet under behandlingen, hvilket resulterer i en ensartet flad overflade.

Ved at justere trykket (belastningen) på underlaget under bearbejdningen kan der opnås optimale materialefjernelseshastigheder (MRR) på 6 μm/h for safir og 1-2 μm/h for siliciumcarbid.

Følgende resultater for siliciumcarbid og galliumnitrid er opnået fra en batch af 12 2-inch diameter wafers behandlet på HSM-CMP-systemet; resultaterne for safir er opnået fra en batch af 84 2-inch diameter wafers behandlet på HSM-CMP-systemet.

(Diagrambeskrivelse: A. Siliciumcarbid B. Sapphire C. Gallium Nitride)

[Billede: A. Siliciumcarbid; B. Safir; C. Galliumnitrid. Akser: Initial Ra-værdier (nm), Endelige Ra-værdier (nm), Gennemsnitlig MRR (Mikroner pr. time). Datapunkter: A - Initial Ra: 120 nm, Final Ra: 6 nm, MRR: 1-2 μm/h; B - Initial Ra: 100 nm, endelig Ra: 1 nm, MRR: 6 μm/h; C - Initial Ra: 80 nm, endelig Ra: 3 nm, MRR: 15 μm/h]

Indledende Ra-værdier (efter lapning)

A: 120 nm

B: 100 nm

C: 80 nm

Endelige Ra-værdier (efter polering)

A: 6 nm

B: 1 nm

C: 3 nm

Gennemsnitlig MRR (mikron pr. time)

A: 1-2 μm/h

B: 6 μm/h

C: 15 μm/h

A. Siliciumcarbidwafer

Diameter: 2 tommer

Materialefjernelseshastighed (MRR): 1-2 μm/h

Endelig Ra-værdi: < 3 nm

Fladhed: ± 2 μm

Bue: < 25 μm

B. Safirwafer

Diameter: 2 tommer

Materialefjernelseshastighed (MRR): 6 μm/h

Endelig Ra-værdi: < 1 nm

Fladhed: ± 2 μm

Bue: < 25 μm

C. Galliumnitridwafer

Diameter: 2 tommer

Materialefjernelseshastighed (MRR): 15 μm/h (afhængig af krystalplan)

Endelig Ra-værdi: < 3 nm

Fladhed: ± 2 μm

Bue: < 25 μm

(Målt ved hjælp af en Dektak 150 Surface Profiler)