Ränikarbiid, safiir ja galliumnitriid
Sisukord
Sissejuhatus
Taotluse nõuded
Süsteemi spetsifikatsioonid
Töötlemisvoog
Sissejuhatus
Pooljuhtseadmete tootmisel on kulude vähendamise püüdlus alati ajendatud toodangust ja tootlusest. Võrreldes traditsiooniliste pooljuhttehnoloogiatega on ränikarbiid (SiC), safiir ja galliumnitriid (GaN) kolm üha populaarsemat materjali, mis võivad kulusid oluliselt vähendada. Hemei Semiconductor (HSM) on välja töötanud eduka meetodi ränikarbiidi, safiiri ja galliumnitriidi substraatide töötlemiseks EPI valmisolekuni.
Safiir on laseritööstuse praktikute jaoks eriti atraktiivne tänu oma ühtlasele dielektrilisele konstandile ja kvaliteetsele-kristallstruktuurile. See on viinud safiir-substraatide laialdasema kasutamiseni sinistes laserdioodides ja safiirist on saanud ka tänapäevaste raadiosageduslike (RF) lülitirakenduste alus.
Ränikarbiidil on sellised omadused nagu kõrge soojusjuhtivus, kõrge oksüdatsioonikindlus, keemiline inertsus ja kõrge mehaaniline tugevus. Need omadused muudavad selle ideaalseks materjaliks mitmesuguste rakenduste jaoks, sealhulgas biomeditsiinilisteks materjalideks, kõrgtemperatuurilisteks Teatud lühikese-lainepikkusega (bioühilduv), kõrgel{5}}temperatuuril, kiirguskindlal-ja suure-võimsusega rakendustes on ränikarbiidil räni- ja galliumarseniidiga võrreldes paremad füüsikalised ja elektroonilised omadused.
Galliumnitriidi kasutatakse praegu suure{0}võimsusega transistorites, mis on võimelised töötama kõrgel temperatuuril. Need transistorid võimendavad galliumnitriidi võimet genereerida suure-võimsuse väljundit väikeses mahus. Koos materjali kõrge efektiivsusega ülikõrgetel ja mikrolainesagedustel võimsusvõimendites on galliumnitriidist saanud ideaalne materjal edaspidiseks arendamiseks paljudes optoelektroonilistes rakendustes.
Taotluse nõuded
Igal juhul on safiir-, ränikarbiidi- ja galliumnitriidvahvlite poleerimise eesmärk vähendada substraadi lõplikku paksust soovitud sihtväärtuseni, mille kogupaksuse varieeruvus (TTV) on parem kui ±2 μm ja pinna karedus on paranenud alla 2 nanomeetri (Ra < 2 nm). See saavutatakse, ühendades esmalt vahvli kvartsklaasist substraadiga, kasutades Hemei Wafer Substrate Bonding Unit (WB).
Pärast liimimist tuleb vahvlit üleliigse materjali eemaldamiseks lihvida, millele järgneb poleerimine. Lappimisprotsess viiakse läbi HS-, MS- ja HSM{1}}CMP-seadmetega, mis on varustatud Hemei SJ- ja ASJ-täppispoleerimisseadmetega.
Lappimise ajal paigaldatakse kinnitus malmist katteplaadile ja saadaval on mitmesugused protsessiparameetrite valikud, mis võimaldavad kasutajatel materjali eemaldamise protsessist aru saada.
Pärast lappimist tuleb vahvel puhastada ja klaasist aluspinnalt eemaldada. Seejärel kantakse see üle kinnitusseadmesse, mis on loodud täpse ja{1}}kiire poleerimispeaga poleerimissüsteemi jaoks. Kasutades üht neist kahest süsteemist, saab kolmest materjalist (erinevates kogustes) valmistatud vahvleid poleerida korratava nanomõõtmelise viimistluseni.
(Joonis: poleerimismasin)
(Joonis: poleerimiskinnitus)
Süsteemi spetsifikatsioonid
Sõltuvalt töödeldavate vahvlite arvust pakub Hemei erinevaid süsteeme safiiri, ränikarbiidi ja galliumnitriidi poleerimiseks. Siiski võib iga süsteem sisaldada järgmisi komponente:
|
Kategooria |
Mudel |
Kirjeldus |
Kohaldatav skaala |
|
Liimimisüksus |
WB-310 |
3-tolline, 1-jaam |
R&D |
|
WB-420 |
4-tolline, 2-kohaline |
Väike{0}}partii |
|
|
WB-630 |
6-tolline, 3-jaamaline |
Masstootmine |
|
|
Lappimis- ja poleerimissüsteem |
HS-420 |
Alla 4-tollise, 1-2 jaama |
R&D |
|
HS-440 |
Alla 4-tollise, 1–4 jaama |
Väike{0}}partii |
|
|
HS-620 |
Alla 6-tollise, 1–2 jaama |
Masstootmine |
|
|
HS-420 |
Alla 4-tollise, 1-2 jaama |
R&D |
|
|
HS-440 |
Alla 4-tollise, 1–4 jaama |
Väike{0}}partii |
|
|
HS-620 |
Alla 6-tollise, 1–2 jaama |
Masstootmine |
|
|
Kinnituskinnitus |
SJ, ASJ |
Allapoole ühilduv 3-tollise, 4-tollise, 6-tollise ja 8-tollise näidistega |
Sobib HSM{0}}L, HSM-LP jaoks |
|
C-ASJ |
Allapoole ühilduv 3-tollise, 4-tollise, 6-tollise ja 8-tollise näidistega |
Sobib HSM{0}}CMP jaoks |
|
|
Poleerimissüsteem |
HSM{0}}L |
Alla 6-tollise, 1–3 jaama |
R&D |
|
HSM{0}}LP |
Alla 8-tollise, 1–3 jaama |
Väike{0}}partii |
|
|
HSM{0}}CMP |
Alla 8-tollise, 1–3 jaama |
Masstootmine |
Töötlemisvoog
Paigaldamine, kinnitamine ja kleepimine
Wafer Substrate Bonding Unit (WB) abil seotakse safiir-, ränikarbiidi- või galliumnitriidplaadid ajutiselt klaasist tugiplaadiga. See süsteem tagab, et vahvel ja tugiplaat on alati väga paralleelsed, olenemata sellest, kas liimitakse üks suur vahvel või mitu erineva paksusega väikest vahvlit. Pärast edukat ühendamist saab tugiplaadi paigaldada Hemei kinnitusdetaili vaakumpadruni pinnale. Armatuur pööratakse ümber, töötlemiskülg allapoole, ja asetatakse HSM{3}}L-seadme malmist katteplaadile. Seejärel seatakse süsteem pöörlema maksimaalse kiirusega 100 pööret minutis (rpm), samal ajal kui lappimispulber juhitakse plaadi pinnale konstantse voolukiirusega doseerimisvedeliku peristaltilise pumba kaudu (juhitakse juhtliidese kaudu) ja kasutaja saab iseseisvalt juhtida plaadi pinnale viidava läga kogust.
Paigaldamine, kinnitamine ja poleerimine
Pärast üleliigse materjali eemaldamist aluspinnalt lappimise teel kasutatakse vahvli pinna poleerimiseks C-ASJ ajampea kiiret-poleerimissüsteemi. See loob igale vahvlile kvaliteetse-pinna.
HSM{0}}CMP-süsteem kasutab vahvli kinnitamiseks ja kinnitamiseks selliseid kinnitusmeetodeid nagu veeimemine ja vaakum, mis välistab vajaduse klaasaluse järele. Seetõttu tuleb enne vahvli paigaldamist HSM-CMP-süsteemi poleerimispeale see klaasist aluspinnalt eemaldada. Iga poleerimispea kohandatakse vastavalt kliendi erinõuetele, et tagada poleerimisprotsessi optimaalsed tulemused.
Kogu poleerimisprotsessi vältel tagab HSM{0}}CMP süsteem kõrgel tasemel juhitavuse, kuna käsitsi toiminguid saab teha "insitu". Protsessi parameetreid, nagu plaadi kiirus, poleerimispea allapoole suunatud koormus ja läga voolukiirus, saab kõiki juhtida puuteekraani kaudu, mis võimaldab kasutajatel teha koheseid ja täpseid reguleerimisi ja juhtimist.
Tulemused
Kasutades Hemei poleerimissüsteemi ränikarbiidi, safiiri või galliumnitriidi substraatide ettevalmistamise lõpuleviimiseks, saab enne järgnevat töötlemist traditsioonilise CMOS-tehnoloogia abil saavutada ideaalse pinnakareduse. Igal poleeritud vahvlil on töötlemise käigus eemaldatud ühtlane kogus materjali, mille tulemuseks on ühtlaselt tasane pind.
Reguleerides töötlemise ajal substraadile avaldatavat rõhku (koormust), on võimalik saavutada optimaalsed materjalieemalduskiirused (MRR) safiiri puhul 6 μm/h ja ränikarbiidi puhul 1-2 μm/h.
Järgmised tulemused ränikarbiidi ja galliumnitriidi kohta on saadud 12 2-tollise läbimõõduga vahvlite partiist, mida on töödeldud HSM-CMP-süsteemis; safiiri tulemused saadakse 84 2-tollise läbimõõduga vahvlite partiist, mida on töödeldud HSM-CMP-süsteemis.
(Diagrammi kirjeldus: A. ränikarbiid B. Safiir C. galliumnitriid)
[Pilt: A. ränikarbiid; B. Safiir; C. Galliumnitriid. Teljed: algsed Ra väärtused (nm), lõplikud Ra väärtused (nm), keskmine MRR (mikronit tunnis). Andmepunktid: A - Algne Ra: 120 nm, Lõplik Ra: 6 nm, MRR: 1-2 μm/h; B - Algne Ra: 100 nm, lõplik Ra: 1 nm, MRR: 6 μm/h; C – esialgne Ra: 80 nm, lõplik Ra: 3 nm, MRR: 15 μm/h]
Algsed Ra väärtused (pärast lappamist)
A: 120 nm
B: 100 nm
C: 80 nm
Lõplikud Ra väärtused (pärast poleerimist)
A: 6 nm
B: 1 nm
C: 3 nm
Keskmine MRR (mikronit tunnis)
A: 1-2 μm/h
B: 6 μm/h
C: 15 μm/h
A. ränikarbiidist vahvel
Läbimõõt: 2 tolli
Materjali eemaldamise kiirus (MRR): 1-2 μm/h
Lõplik Ra väärtus: < 3 nm
Tasasus: ± 2 μm
Vibu: < 25 μm
B. Safiir vahvel
Läbimõõt: 2 tolli
Materjali eemaldamise kiirus (MRR): 6 μm/h
Lõplik Ra väärtus: < 1 nm
Tasasus: ± 2 μm
Vibu: < 25 μm
C. Galliumnitriidvahvel
Läbimõõt: 2 tolli
Materjali eemaldamise kiirus (MRR): 15 μm/h (olenevalt kristalli tasapinnast)
Lõplik Ra väärtus: < 3 nm
Tasasus: ± 2 μm
Vibu: < 25 μm
(Mõõdetud Dektak 150 Surface Profiler'iga)
