Procesos de lapeado y pulido para carburo de silicio, zafiro y nitruro de galio.

Carburo de silicio, zafiro y nitruro de galio

Tabla de contenido

Introducción

Requisitos de solicitud

Especificaciones del sistema

Flujo de procesamiento

Introducción

En la producción de dispositivos semiconductores, la búsqueda de reducción de costos siempre está impulsada por la producción y el rendimiento. En comparación con las tecnologías de semiconductores tradicionales, el carburo de silicio (SiC), el zafiro y el nitruro de galio (GaN) son tres materiales cada vez más populares que pueden reducir significativamente los costos. Hemei Semiconductor (HSM) ha desarrollado un método exitoso para procesar sustratos de carburo de silicio, zafiro y nitruro de galio hasta un estado "listo para EPI".

El zafiro es particularmente atractivo para los profesionales de la industria del láser debido a su constante dieléctrica uniforme y su estructura cristalina de alta-calidad. Esto ha llevado a una mayor aplicación de sustratos de zafiro en diodos láser azules, y el zafiro también se ha convertido en la base de las aplicaciones actuales de interruptores de radiofrecuencia (RF).

El carburo de silicio tiene propiedades como alta conductividad térmica, alta resistencia a la oxidación, inercia química y alta resistencia mecánica. Estas características lo convierten en un material ideal para una variedad de aplicaciones, incluidos materiales biomédicos, dispositivos semiconductores de alta-temperatura, componentes ópticos de radiación sincrotrón y estructuras livianas de alta-resistencia. En ciertas aplicaciones de longitud de onda corta-(biocompatible), alta-temperatura, -resistente a la radiación y alta-potencia, el carburo de silicio exhibe propiedades físicas y electrónicas superiores en comparación con el silicio y el arseniuro de galio.

El nitruro de galio se utiliza actualmente en transistores de alta-potencia capaces de funcionar a altas temperaturas. Estos transistores aprovechan la capacidad del nitruro de galio para generar una alta-potencia de salida en un volumen pequeño. Combinado con la alta eficiencia del material en amplificadores de potencia a frecuencias ultra-altas y de microondas, el nitruro de galio se ha convertido en un material ideal para el desarrollo futuro en una amplia gama de aplicaciones optoelectrónicas.

Requisitos de solicitud

En cada caso, el objetivo de pulir obleas de zafiro, carburo de silicio y nitruro de galio es reducir el espesor final del sustrato al valor objetivo deseado, con una variación de espesor total (TTV) mejor que ±2 μm y una rugosidad de la superficie mejorada a menos de 2 nanómetros (Ra < 2 nm). Esto se logra uniendo primero la oblea a un sustrato de vidrio de cuarzo utilizando la Unidad de Unión de Sustrato de Oblea (WB) de Hemei.

Después de unir, es necesario moler la oblea para eliminar el exceso de material y luego pulirla. El proceso de lapeado se realiza utilizando equipos HS, MS y HSM-CMP equipados con accesorios de pulido de precisión SJ y ASJ de Hemei.

Durante el lapeado, el dispositivo se monta sobre una placa de lapeado de hierro fundido y hay disponibles una variedad de opciones de parámetros de proceso para permitir a los usuarios comprender el proceso de eliminación de material.

Después del lapeado, la oblea debe limpiarse y retirarse de su sustrato de vidrio. Luego se transfiere a un dispositivo diseñado para un sistema de pulido de alta precisión-velocidad con un cabezal de pulido. Usando cualquiera de estos dos sistemas, las obleas de los tres materiales (en varias cantidades) se pueden pulir hasta obtener un acabado repetible a nanoescala.

(Figura: Máquina pulidora)

(Figura: Accesorio de pulido)

Especificaciones del sistema

Dependiendo del número de obleas a procesar, Hemei ofrece una variedad de sistemas para pulir zafiro, carburo de silicio y nitruro de galio. Sin embargo, cada sistema puede incluir los siguientes componentes:

Flujo de procesamiento

Instalación, fijación y lapeado

Utilizando la unidad de unión de sustrato de oblea (WB), se unen temporalmente obleas de zafiro, carburo de silicio o nitruro de galio a una placa de soporte de vidrio. Este sistema garantiza que la oblea y la placa de soporte estén siempre muy paralelas, independientemente de si se unen una única oblea grande o varias obleas pequeñas de diferentes espesores. Después de una unión exitosa, la placa de soporte se puede montar en la superficie del mandril de vacío del dispositivo Hemei. Luego se voltea el dispositivo, con el lado de procesamiento hacia abajo, y se coloca sobre la placa de lapeado de hierro fundido del equipo HSM-L. Posteriormente, el sistema se configura para girar a una velocidad máxima de 100 revoluciones por minuto (rpm), mientras que la lechada de lapeado se entrega a la superficie de la placa a un caudal constante a través de una bomba peristáltica dosificadora de fluido de lapeado (controlada por la interfaz de control), y el usuario puede controlar de forma independiente la cantidad de lechada entregada a la superficie de la placa.

Instalación, fijación y pulido.

Después de eliminar el exceso de material del sustrato mediante el pulido, se utiliza el sistema de pulido de alta velocidad del cabezal de accionamiento C-ASJ-para pulir la superficie de la oblea. Esto produce una superficie de alta-calidad en cada oblea.

El sistema HSM-CMP utiliza métodos de fijación como succión de agua y vacío para sujetar y fijar la oblea, eliminando la necesidad de un sustrato de vidrio. Por lo tanto, antes de colocar la oblea en el cabezal de pulido del sistema HSM-CMP, es necesario retirarla del sustrato de vidrio. Cada cabezal de pulido se personaliza según los requisitos específicos del cliente para garantizar resultados óptimos en el proceso de pulido.

Durante todo el proceso de pulido, el sistema HSM-CMP proporciona un alto nivel de control, ya que las operaciones manuales se pueden realizar "in-situ". Los parámetros del proceso, como la velocidad de la placa, la carga hacia abajo del cabezal de pulido y el caudal de lodo, se pueden controlar a través de una pantalla táctil, lo que permite a los usuarios realizar ajustes y controles inmediatos y precisos.

Resultados

Al utilizar el sistema de pulido de Hemei para completar la preparación de sustratos de carburo de silicio, zafiro o nitruro de galio, se puede lograr una rugosidad superficial ideal antes del procesamiento posterior utilizando la tecnología CMOS tradicional. A cada oblea pulida se le elimina una cantidad uniforme de material durante el procesamiento, lo que da como resultado una superficie uniformemente plana.

Al ajustar la presión (carga) aplicada al sustrato durante el procesamiento, se pueden lograr tasas óptimas de eliminación de material (MRR) de 6 μm/h para zafiro y 1-2 μm/h para carburo de silicio.

Los siguientes resultados para carburo de silicio y nitruro de galio se obtienen a partir de un lote de obleas de 12 2-pulgadas de diámetro procesadas en el sistema HSM-CMP; Los resultados para el zafiro se obtienen de un lote de obleas de 84 2-pulgadas de diámetro procesadas en el sistema HSM-CMP.

(Descripción del gráfico: A. Carburo de silicio B. Zafiro C. Nitruro de galio)

[Imagen: A. Carburo de silicio; B. Zafiro; C. Nitruro de galio. Ejes: Valores Ra iniciales (nm), Valores Ra finales (nm), MRR promedio (micras por hora). Puntos de datos: A - Ra inicial: 120 nm, Ra final: 6 nm, MRR: 1-2 μm/h; B - Ra inicial: 100 nm, Ra final: 1 nm, MRR: 6 μm/h; C - Ra inicial: 80 nm, Ra final: 3 nm, MRR: 15 μm/h]

Valores iniciales de Ra (después del lapeado)

R: 120 nm

B: 100 nm

C: 80 nanómetro

Valores finales de Ra (después del pulido)

R: 6 nanómetros

B: 1 nanómetro

C: 3 nanómetros

MRR promedio (micras por hora)

A: 1-2 μm/h

B: 6 μm/h

C: 15 μm/h

A. Oblea de carburo de silicio

Diámetro: 2 pulgadas

Tasa de eliminación de material (MRR): 1-2 μm/h

Valor Ra final: < 3 nm

Planitud: ± 2 μm

Arco: < 25 μm

B. Oblea de zafiro

Diámetro: 2 pulgadas

Tasa de eliminación de material (MRR): 6 μm/h

Valor Ra final: < 1 nm

Planitud: ± 2 μm

Arco: < 25 μm

C. Oblea de nitruro de galio

Diámetro: 2 pulgadas

Tasa de eliminación de material (MRR): 15 μm/h (dependiendo del plano del cristal)

Valor Ra final: < 3 nm

Planitud: ± 2 μm

Arco: < 25 μm

(Medido con un perfilador de superficies Dektak 150)