Kiselkarbid, safir och galliumnitrid

Innehållsförteckning

Introduktion

Ansökningskrav

Systemspecifikationer

Bearbetningsflöde

Resultat

Introduktion

Vid produktion av halvledarenheter drivs alltid strävan efter kostnadsminskning av produktion och avkastning. Jämfört med traditionella halvledarteknologier är kiselkarbid (SIC), safir och galliumnitrid (GaN) tre alltmer populära material som kan minska kostnaderna avsevärt. Hemei Semiconductor (HSM) har utvecklat en framgångsrik metod för att bearbeta kiselkarbid-, safir- och galliumnitridunderlag till ett "EPI -klart" tillstånd.

Sapphire är särskilt attraktiv för utövare inom laserindustrin på grund av dess enhetliga dielektriska konstant och hög - kvalitetskristallstruktur. Detta har lett till den ökade tillämpningen av safirsubstrat i blå laserdioder, och Sapphire har också blivit grunden för dagens radiofrekvens (RF) -omkopplare.

Kiselkarbid har egenskaper såsom hög värmeledningsförmåga, hög oxidationsmotstånd, kemisk inerthet och hög mekanisk styrka. Dessa egenskaper gör det till ett idealiskt material för en mängd olika tillämpningar, inklusive biomedicinska material, hög - temperatur halvledaranordningar, synkrotronstrålningsoptiska komponenter och lätta höga - styrka strukturer. I viss kort - våglängd (biokompatibel), hög - temperatur, strålning - resistenta och hög - Power Applications, kiselkarbid uppvisar överlägsna fysiska och elektroniska egenskaper jämfört med kisel och gallium arsen.

Galliumnitrid används för närvarande i hög - krafttransistorer som kan arbeta vid höga temperaturer. Dessa transistorer utnyttjar galliumnitrides förmåga att generera hög - effektutgång i en liten volym. Kombinerat med materialets höga effektivitet i kraftförstärkare vid Ultra - Höga och mikrovågsfrekvenser har galliumnitrid blivit ett idealiskt material för framtida utveckling inom ett brett spektrum av optoelektroniska tillämpningar.

Ansökningskrav

I båda fallen är målet att polera safir, kiselkarbid och galliumnitridskivor att minska den slutliga tjockleken på substratet till det önskade målvärdet, med en total tjockleksvariation (TTV) bättre än ± 2 μm och en ytråhet förbättrades till mindre än 2 nanometer (RA <2 NM). Detta uppnås genom att först binda skivan till ett kvartsglasunderlag med användning av Hemeis skivsubstratbindningsenhet (WB).

Efter bindning måste skivan markeras för att ta bort överskott av material, följt av polering. Lappningsprocessen utförs med hjälp av HS, MS och HSM - CMP -utrustning utrustad med Hemei's SJ och ASJ Precision Polishing fixtures.

Under lappning är fixturen monterad på en gjutjärnskyltplatta, och en mängd olika processparameteralternativ finns tillgängliga så att användare kan förstå materialborttagningsprocessen.

Efter lappning måste skivan rengöras och tas bort från sitt glasunderlag. Den överförs sedan till en fixtur utformad för en precisionshög - hastighetspoleringssystem med ett poleringshuvud. Med hjälp av något av dessa två system kan skivor av de tre materialen (i olika mängder) poleras till en repeterbar nanoskala finish.

(Bild: Poleringsmaskin)
(Bild: Poleringsarmatur)

Systemspecifikationer

Beroende på antalet skivor som ska bearbetas erbjuder Hemei en mängd olika system för polering av safir, kiselkarbid och galliumnitrid. Men varje system kan inkludera följande komponenter:

Bearbetningsflöde

Installation, fixering och lappning

Användning av skivsubstratbindningsenhet (WB), safir, kiselkarbid eller galliumnitridskivor är tillfälligt bundna till en glasstödsplatta. Detta system säkerställer att skivan och stödplattan alltid är mycket parallella, oavsett om en enda stor skiva eller flera små skivor med olika tjocklekar är bundna. Efter framgångsrik bindning kan stödplattan monteras på vakuumchuckytan på heme -fixturen. Fixturen vänds sedan, med bearbetningssidan nedåt och placeras på den gjutjärnsloppplattan på HSM - L -utrustningen. Därefter är systemet inställt på att rotera med en maximal hastighet på 100 varv per minut (varv / minut), medan lappningsuppslamningen levereras till plattytan med en konstant flödeshastighet via en mätningsvätska peristaltisk pump (kontrollerad av kontrollgränssnittet), och användaren kan oberoende kontrollera mängden slurry som levereras till plattytan.

Installation, fixering och polering

Efter att ha tagit bort överskottsmaterialet från underlaget genom lappning används C - ASJ -drivhuvudet högt - hastighetspoleringssystem för att polera skivytan. Detta ger en hög - kvalitetsyta på varje skiva.

HSM - CMP -systemet använder fixeringsmetoder såsom vattensug och vakuum för att klämma fast och fixa skivan, vilket eliminerar behovet av ett glasunderlag. Därför måste det avlägsnas från glasunderlaget innan det ställs in på poleringshuvudet för HSM -} cmp -systemet från glasunderlaget. Varje poleringshuvud anpassas enligt kundens specifika krav för att säkerställa optimala resultat från poleringsprocessen.

Under hela poleringsprocessen ger HSM - cmp -systemet en hög kontrollerbarhetsnivå, eftersom manuella operationer kan utföras "i - situ". Processparametrar som platthastighet, polering av huvudet nedåt och uppslamningsflödeshastighet kan alla styras via en pekskärm, vilket gör att användare kan göra omedelbara och exakta justeringar och kontroll.

Resultat

Genom att använda Hemeis poleringssystem för att slutföra framställningen av kiselkarbid-, safir- eller galliumnitridesubstrat kan en idealisk ytråhet uppnås före efterföljande bearbetning med traditionell CMOS -teknik. Varje polerad skiva har en enhetlig mängd material som tas bort under bearbetning, vilket resulterar i en enhetlig plan yta.

Genom att justera trycket (belastningen) som appliceras på substratet under bearbetning kan optimala materialavlägsningshastigheter (MRR) på 6 μm/h för safir och 1-2 μm/h för kiselkarbid uppnås.

Följande resultat för kiselkarbid och galliumnitrid erhålls från ett parti 12 2- tum diameter skivor bearbetade på HSM - cmp -systemet; Resultaten för safir erhålls från ett parti 84 2- tum diameter wafers bearbetade på HSM - cmp -systemet.

(Diagrambeskrivning: A. Silicon Carbide B. Sapphire C. Gallium Nitride)

[Bild: A. Silikonkarbid; B. safir; C. galliumnitrid. Axlar: Initial RA -värden (NM), slutliga RA -värden (NM), genomsnittlig MRR (mikron per timme). Datapunkter: A - Initial RA: 120 nm, slutlig RA: 6 NM, MRR: 1 - 2 μm/h; B - Initial RA: 100 nm, slutlig RA: 1 nm, MRR: 6 μm/h; C - Initial RA: 80 nm, slutlig RA: 3 nm, MRR: 15 μm/h]

Initiala RA -värden (efter lappning)

A: 120 nm

B: 100 nm

C: 80 nm

Slutliga RA -värden (efter polering)

A: 6 nm

B: 1 nm

C: 3 nm

Genomsnittlig MRR (mikron per timme)

A: 1-2 μm/h

B: 6 μm/h

C: 15 μm/h

A. kiselkarbidskiva

Diameter: 2 tum

Materialborttagningshastighet (MRR): 1-2 μm/h

Slutligt RA -värde: <3 nm

Planhet: ± 2 μm

Båge: <25 μm

B. Sapphire Wafer

Diameter: 2 tum

Materialborttagningshastighet (MRR): 6 μm/h

Slutligt RA -värde: <1 nm

Planhet: ± 2 μm

Båge: <25 μm

C. galliumnitridskiva

Diameter: 2 tum

Materialborttagningshastighet (MRR): 15 μm/h (beroende på kristallplan)

Slutligt RA -värde: <3 nm

Planhet: ± 2 μm

Båge: <25 μm

(Mätt med en Dektak 150 Surface Profiler)