Täiuslikkuse alus: substraatide ettevalmistamine epitaksiaalseks kasvuks täppisleppimise ja poleerimisega
Abstraktne
Epitaksiaalselt kasvatatud pooljuhtseadmete jõudlus ja saagis on olemuslikult seotud lähtesubstraadi kvaliteediga. Kõik aluspinna kahjustused, pinna karedus või kristallograafilised vead substraadi pinnal võivad levida epikihti, halvendades elektroonilisi, optilisi ja struktuurseid omadusi. See artikkel kirjeldab täppislihvimise ja poleerimise kriitilist rolli kui substraadi ettevalmistamise asendamatuid etappe, muutes saetud vahvli aatomiliselt tasaseks, kahjustustevabaks-vundamendiks, mis on valmis kvaliteetseks-epitaksiaalseks sadestamiseks.
1. Sissejuhatus: veatu vundamendi nõue
Epitaksia, kristallilisel substraadil kristalse kihi kasvatamise protsess, nõuab peaaegu{0}}täiuslikku aatomi registreerimist. Laserdioodide, suure -elektron-transistoride (HEMT) või täiustatud toiteseadmete tootmiseks peab epitaksiaalkiht olema monokristall, millel on minimaalsed defektid. Teekond sellesse puutumatusse olekusse ei alga mitte epitaksiaalreaktoris, vaid ettevalmistuslaboris. Substraadi ettevalmistamise peamine eesmärk on kaks:
1. Saavutage täiuslik tasapinnalisus ja paralleelsus:Ühtlase paksuse ja ühtlase epitaksiaalse kasvu tagamiseks kogu vahvli ulatuses.
2. Maapinna kahjustuste kõrvaldamine:Eelmiste protsesside (nt viilutamine või jahvatamine) käigus tekkinud mehaaniliselt muudetud kihi eemaldamiseks, jättes maha puhta kristalse pinna.
See saavutatakse süstemaatiliselt järjestikuse lappimise, lihvimise ja poleerimisega.
2. Täppislappimine: kontrollitud materjali eemaldamise kunst
Lappimine on esimene kriitiline samm pärast vahvli viilutamist. See on mehaaniline abrasiivne protsess, mille eesmärk on kiiresti eemaldada suurem osa viilutamisel tekkivatest pinnapealsetest kahjustustest, korrigeerida vööri ja lõime ning viia vahvel täpselt soovitud paksuseni suurepärase paralleelsusega.
Lappimise peamised põhimõtted:
Abrasiivne läga:Kasutatakse kõvade, jämedate abrasiivsete osakeste (nt alumiiniumoksiid Al2O3 või ränikarbiid SiC) suspensiooni jahutusvedelikus/määrdeaines.
Kahepoolne{0}}protsess:Vahvleid hoitakse tavaliselt hoidikus ja surutakse kahe vastassuunas{0}}pöörleva kattuva plaadi (ringi) vahele. See samaaegne tegevus mõlemal küljel tagab suurepärase tasasuse ja paralleelsuse.
Mehaaniline tegevus:Abrasiivsed terad veerevad plaadi ja vahvli vahele, põhjustades substraadi materjali mikro-murdumise ja rabeda purunemise. See eemaldab materjali tõhusalt, kuid tekitab paratamatult uue, sügavama pinnasekahjustuse kihi.
Kuigi see on väga tõhus jämeda vormimise jaoks, on lappimisest jäetud pind mikroskoopiliselt kare ja purunenud. See on vajalik, kuid ebapiisav viimane etapp enne epitaksiat.
3. Keemiline-mehaaniline poleerimine (CMP): aatomitase{2}}sileduse saavutamine
Poleerimine on epi{0}}valmis pinna loomise viimane ja kõige olulisem samm. Kuigi on olemas erinevaid poleerimistehnikaid, on keemilisest -mehaanilisest poleerimisest (CMP) saanud tööstuse standard selliste substraatide nagu räni, galliumarseniidi (GaAs) ja ränikarbiidi (SiC) ettevalmistamisel.
CMP on sünergistlik protsess, mis ühendab keemilise söövitamise mehaanilise abrasiooniga, et saavutada võrratu pinnatäius.
CMP mehhanismid:
1. Keemiline komponent:Kasutatakse keemiliselt aktiivset suspensiooni (Si puhul sageli kolloidne ränidioksiid või kõvemate materjalide puhul alumiiniumoksiid{0}}põhine). Lägas sisalduvad kemikaalid passiivistavad ja pehmendavad substraadi kõige ülemisi aatomikihte, muutes need eemaldamisele vastuvõtlikumaks.
2. Mehaaniline komponent:Pehme poorne polüuretaanpadi surub vastu pöörlevat vahvlit. Abrasiivsed nanoosakesed lägas hõõruvad õrnalt pehmendatud, keemiliselt modifitseeritud kihti.
See kombineeritud toime võimaldab eemaldada materjali aatomitasandil ilma uusi mehaanilisi purunemisi tekitamata. Tulemuseks on pind, mis pole mitte ainult globaalselt tasane, vaid ka lokaalselt sile ja mille karedust (RMS) mõõdetakse sageli Angströmides.
4. Protsessi kulg ja iseloomustus
Tüüpiline substraadi ettevalmistamise voog on järgmine:
1. Viilutamine:Valuplokk lõigatakse üksikuteks vahvliteks, tekitades olulisi kahjustusi (~10s µm).
2. Lappimine/lihvimine:Kiire ~20-50 µm materjali µm eemaldamine, et kõrvaldada viilukahjustused ja määrata paksus.
3. Söövitamine (valikuline):Pärast lappimist võib õhukese kahjustatud kihi eemaldamiseks kasutada keemilist söövitust, mis vähendab järgnevat poleerimisaega.
4. Poleerimine (CMP):Viimase paari mikroni eemaldamine, et saavutada aatomiliselt sile, kahjustusteta-pind.
5. Puhastamine:Põhjalik puhastamine (nt RCA puhastus) on kohustuslik, et eemaldada poleeritud pinnalt kõik orgaanilised, ioonsed ja metallilised saasteained.
Epi{0}}valmiduskvaliteedi kontrollimine saavutatakse järgmiselt.
Pinna karedus:Mõõdetud aatomijõumikroskoopiaga (AFM).
Maapinna kahjustused:Hinnatud ristlõike{0}}transmissioonielektronmikroskoopia (TEM) või söövitusava tiheduse testidega.
Tasasus:Mõõdetud interferomeetriaga.
Puhtus:Kontrollitud selliste tehnikatega nagu Total Reflection X{0}}ray Fluorescence (TXRF).
RF).
5. Järeldus
Täpne lappimine ja poleerimine ei ole pelgalt abisammud, vaid on tänapäevase epitaksia edu aluseks. Lappimine tagab makroskoopilise mõõtmete juhtimise ja esialgse kahjustuse eemaldamise, samas kui CMP tagab vajaliku mikroskoopilise ja aatomitaseme{1}}täiuslikkuse. Selle kahe-etapilise protsessi hoolikalt teostades saavad tootjad pakkuda substraate, mis toimivad tõeliselt veatute mallidena, võimaldades suure jõudlusega-epitaksiaalkilede kasvu, mis nihutavad pooljuhttehnoloogia piire. Täiusliku epikihi otsimine algab täiusliku substraadi otsimisest.
