Procese de șlefuire și lustruire pentru carbură de siliciu, safir și nitrură de galiu

Carbură de siliciu, safir și nitrură de galiu

Cuprins

Introducere

Cerințe de aplicare

Specificații de sistem

Fluxul de procesare

Introducere

În producția de dispozitive semiconductoare, urmărirea reducerii costurilor este întotdeauna condusă de producție și randament. În comparație cu tehnologiile semiconductoare tradiționale, carbura de siliciu (SiC), safirul și nitrura de galiu (GaN) sunt trei materiale din ce în ce mai populare care pot reduce semnificativ costurile. Hemei Semiconductor (HSM) a dezvoltat o metodă de succes pentru a procesa substraturi cu carbură de siliciu, safir și nitrură de galiu într-o stare „EPI ready”.

Safirul este deosebit de atractiv pentru practicanții din industria laserului datorită constantei dielectrice uniforme și structurii cristaline de{0}}înaltă calitate. Acest lucru a condus la aplicarea sporită a substraturilor de safir în diodele laser albastre, iar safirul a devenit, de asemenea, fundația pentru aplicațiile de comutatoare de frecvență radio (RF) de astăzi.

Carbura de siliciu are proprietăți precum conductivitate termică ridicată, rezistență ridicată la oxidare, inerție chimică și rezistență mecanică ridicată. Aceste caracteristici îl fac un material ideal pentru o varietate de aplicații, inclusiv materiale biomedicale, dispozitive semiconductoare cu temperatură înaltă-, componente optice cu radiație sincrotron și structuri ușoare de înaltă-rezistență. În anumite aplicații cu lungime de undă scurtă (biocompatibilă),-temperatură înaltă, rezistente la radiații-și de-putere mare, carbura de siliciu prezintă proprietăți fizice și electronice superioare în comparație cu siliciul și arseniura de galiu.

Nitrura de galiu este utilizată în prezent în tranzistoarele de-putere mare capabile să funcționeze la temperaturi ridicate. Acești tranzistori profită de capacitatea nitrurii de galiu de a genera putere mare de-ieșire într-un volum mic. Combinată cu eficiența ridicată a materialului în amplificatoare de putere la frecvențe ultra-înalte și de microunde, nitrura de galiu a devenit un material ideal pentru dezvoltarea viitoare într-o gamă largă de aplicații optoelectronice.

Cerințe de aplicare

În fiecare caz, scopul lustruirii plachetelor de safir, carbură de siliciu și nitrură de galiu este de a reduce grosimea finală a substratului la valoarea țintă dorită, cu o variație totală a grosimii (TTV) mai bună de ± 2 μm și o rugozitate a suprafeței îmbunătățită la mai puțin de 2 nanometri (Ra < 2 nm). Acest lucru se realizează prin lipirea inițială a plachetei pe un substrat de sticlă de cuarț folosind unitatea de lipire a substratului pentru plăci (WB) de la Hemei.

După lipire, napolitana trebuie măcinată pentru a îndepărta excesul de material, urmată de lustruire. Procesul de șlefuire este realizat folosind echipamente HS, MS și HSM-CMP echipate cu dispozitive de lustruire de precizie SJ și ASJ de la Hemei.

În timpul Lepării, dispozitivul de fixare este montat pe o placă de Leupare din fontă și sunt disponibile o varietate de opțiuni de parametri de proces pentru a permite utilizatorilor să înțeleagă procesul de îndepărtare a materialului.

După lepare, napolitana trebuie curățată și îndepărtată de pe substratul de sticlă. Apoi este transferat într-un dispozitiv proiectat pentru un sistem de lustruire de mare precizie-cu un cap de lustruit. Folosind oricare dintre aceste două sisteme, napolitanele din cele trei materiale (în cantități diferite) pot fi lustruite până la un finisaj repetabil la scară nanometrică.

(Figura: Mașină de lustruit)

(Figura: Dispozitiv de lustruire)

Specificații de sistem

În funcție de numărul de plachete de prelucrat, Hemei oferă o varietate de sisteme pentru lustruirea safirului, carburii de siliciu și nitrurii de galiu. Cu toate acestea, fiecare sistem poate include următoarele componente:

Fluxul de procesare

Instalare, fixare și lepare

Folosind unitatea de lipire a substratului de placă (WB), plachetele de safir, carbură de siliciu sau nitrură de galiu sunt lipite temporar de o placă suport de sticlă. Acest sistem asigură că napolitana și placa de susținere sunt întotdeauna foarte paralele, indiferent dacă sunt lipite o singură napolitană mare sau mai multe plachete mici de grosimi diferite. După lipirea cu succes, placa de susținere poate fi montată pe suprafața mandrinei cu vid a dispozitivului Hemei. Dispozitivul este apoi răsturnat, cu partea de procesare în jos, și așezat pe placa de lepătură din fontă a echipamentului HSM-L. Ulterior, sistemul este setat să se rotească cu o viteză maximă de 100 de rotații pe minut (rpm), în timp ce nămolul Lapping este livrat pe suprafața plăcii cu un debit constant printr-o pompă peristaltică de dozare a fluidului Lapping (controlat de interfața de control), iar utilizatorul poate controla independent cantitatea de nămol livrat pe suprafața plăcii.

Instalare, fixare și lustruire

După îndepărtarea excesului de material de pe substrat prin Lepare, sistemul de lustruire cu viteză mare-capului de antrenare C{-ASJ este utilizat pentru a lustrui suprafața plachetei. Acest lucru produce o suprafață-de înaltă calitate pe fiecare napolitană.

Sistemul HSM-CMP utilizează metode de fixare, cum ar fi aspirarea cu apă și vidul, pentru a fixa și fixa placheta, eliminând necesitatea unui substrat de sticlă. Prin urmare, înainte de a fixa napolitana pe capul de lustruire al sistemului HSM-CMP, aceasta trebuie îndepărtată de pe substratul de sticlă. Fiecare cap de lustruire este personalizat in functie de cerintele specifice ale clientului pentru a asigura rezultate optime din procesul de lustruire.

Pe parcursul întregului proces de lustruire, sistemul HSM-CMP oferă un nivel ridicat de controlabilitate, deoarece operațiile manuale pot fi efectuate „in-situ”. Parametrii procesului, cum ar fi viteza plăcii, sarcina în jos a capului de lustruire și debitul de nămol, pot fi controlați cu toții prin intermediul unui ecran tactil, permițând utilizatorilor să facă ajustări și control imediat și precis.

Rezultate

Prin utilizarea sistemului de lustruire Hemei pentru a finaliza pregătirea substraturilor cu carbură de siliciu, safir sau nitrură de galiu, se poate obține o rugozitate ideală a suprafeței înainte de prelucrarea ulterioară folosind tehnologia CMOS tradițională. Fiecare napolitană lustruită are o cantitate uniformă de material îndepărtată în timpul procesării, rezultând o suprafață uniform plană.

Prin ajustarea presiunii (încărcării) aplicate substratului în timpul prelucrării, se pot obține rate optime de îndepărtare a materialului (MRR) de 6 μm/h pentru safir și 1-2 μm/h pentru carbură de siliciu.

Următoarele rezultate pentru carbură de siliciu și nitrură de galiu sunt obținute dintr-un lot de plachete cu diametru de 12 2-inchi procesate pe sistemul HSM-CMP; rezultatele pentru safir sunt obținute dintr-un lot de plachete cu diametru de 84 2-inchi procesate pe sistemul HSM-CMP.

(Descrierea diagramei: A. Carbură de siliciu B. Safir C. Nitrură de galiu)

[Imagine: A. Carbură de siliciu; B. Safir; C. Nitrură de galiu. Axe: Valorile Ra inițiale (nm), Valorile Ra finale (nm), MRR mediu (Microni pe oră). Puncte de date: A - Ra inițial: 120 nm, Ra final: 6 nm, MRR: 1-2 μm/h; B - Ra inițial: 100 nm, Ra final: 1 nm, MRR: 6 μm/h; C - Ra inițial: 80 nm, Ra final: 3 nm, MRR: 15 μm/h]

Valorile Ra inițiale (După lepare)

A: 120 nm

B: 100 nm

C: 80 nm

Valori finale Ra (după lustruire)

A: 6 nm

B: 1 nm

C: 3 nm

MRR mediu (microni pe oră)

A: 1-2 μm/h

B: 6 μm/h

C: 15 μm/h

A. Vafer de carbură de siliciu

Diametru: 2 inci

Rata de îndepărtare a materialului (MRR): 1-2 μm/h

Valoarea finală Ra: < 3 nm

Planeitate: ± 2 μm

Arca: < 25 μm

B. Napolitana de safir

Diametru: 2 inci

Rata de îndepărtare a materialului (MRR): 6 μm/h

Valoarea finală Ra: < 1 nm

Planeitate: ± 2 μm

Arca: < 25 μm

C. Vafer cu nitrură de galiu

Diametru: 2 inci

Rata de îndepărtare a materialului (MRR): 15 μm/h (în funcție de planul de cristal)

Valoarea finală Ra: < 3 nm

Planeitate: ± 2 μm

Arca: < 25 μm

(Măsurat utilizând un Dektak 150 Surface Profiler)