1. Introducción
En la búsqueda de un mayor rendimiento y confiabilidad para semiconductores y aplicaciones-de vanguardia, el nitruro de silicio (Si₃N₄) ha atraído una atención significativa debido a su combinación excepcional de propiedades. Ofrece alta dureza, excelente tenacidad a la fractura, buena estabilidad química, bajo coeficiente de expansión térmica y excelente aislamiento eléctrico. Estas características lo convierten en un material ideal para fabricar componentes clave como rodamientos cerámicos de alto-rendimiento, capas aislantes en procesos de semiconductores, sustratos de gestión térmica y ventanas ópticas.
Aprovechando su profunda experiencia en el pulido de materiales duros y quebradizos como el carburo de silicio y el zafiro, Hemei Corporation ha desarrollado un proceso de pulido maduro específicamente para sustratos de nitruro de silicio. Este proceso procesa de manera eficiente y consistente obleas de nitruro de silicio hasta obtener una superficie ultralisa de grado "epitaxia-lista"-, que cumple con los requisitos de aplicación más estrictos.
2. Requisitos de solicitud
Los objetivos de pulido de las obleas de nitruro de silicio se alinean con los de otros materiales cerámicos avanzados: adelgazar el sustrato hasta el espesor objetivo mientras se controla estrictamente la variación del espesor total (TTV) a más de ±2 micrómetros y se mejora significativamente la rugosidad de la superficie (Ra) a menos de 2 nanómetros.
Para lograr estos objetivos, el proceso Hemei implica primero unir temporalmente la oblea de nitruro de silicio a un disco portador de vidrio de cuarzo mediante un sistema de unión de oblea. Esto garantiza la estabilidad y el paralelismo durante el procesamiento. Posteriormente, un método de dos-pasos que comprende lapeado y pulido de precisión permite un control total-del proceso, desde la eliminación rápida del material hasta el pulido fino.
3. Especificaciones del sistema
El sistema de pulido modular de Hemei puede manejar de manera flexible obleas de nitruro de silicio de diferentes tamaños y cantidades de lotes. El sistema central incluye:
Equipos de molienda serie HSM-L / HSM-LP: Se utiliza para la etapa inicial de rectificado de precisión.
Sistema de pulido mecánico químico serie HSM-CMP: Se utiliza para el pulido final de ultra-precisión, logrando un acabado superficial a nanoescala.
Subsistemas clave:
Unidad de unión de obleas (WB): Garantiza una unión de alta-precisión de la oblea al disco portador.
Accesorios de pulido de precisión serie SJ/ASJ: Proporciona soluciones de sujeción estables y confiables.
C-Sistema de pulido de alta-velocidad del cabezal impulsor ASJ: Permite una eliminación de material eficiente y uniforme.
4. Flujo de procesamiento
4.1 Montaje, fijación y rectificado
Vinculación:Utilice la unidad de unión Hemei WB para unir temporalmente la oblea de nitruro de silicio a un disco de soporte de vidrio de cuarzo. Este sistema puede compensar las variaciones de espesor entre diferentes obleas, asegurando un buen paralelismo inicial.
Fijación:Monte el sustrato adherido en el mandril de vacío de un accesorio de pulido de la serie SJ o ASJ.
Molienda: Invierta el dispositivo de modo que la cara de procesamiento de la oblea quede hacia abajo sobre la placa de molienda del equipo HSM-L. El sistema funciona a velocidades de hasta 130 rpm, mientras que una bomba dosificadora suministra lodo de molienda de diamante a la superficie de la placa a un caudal controlado. Este paso tiene como objetivo eliminar la mayor parte del material de forma rápida y uniforme, mientras se controla preliminarmente la variación del espesor.
4.2 Montaje, fijación y pulido
Transferencia: Después de moler, limpie la oblea y retírela del disco portador de vidrio.
Pulido de precisión:
Opción A (alta-precisión preferida):Utilice el sistema Hemei HSM-CMP. La oblea se fija directamente a un cabezal de pulido personalizado mediante succión de agua o vacío, lo que elimina la necesidad de una unión secundaria. Este sistema ofrece una alta controlabilidad del proceso; Los parámetros clave, como la velocidad de la platina, la fuerza aerodinámica y el caudal de lodo, se pueden ajustar con precisión en tiempo real-a través de la interfaz de pantalla táctil para optimizar la tasa de eliminación de material (MRR) y la calidad de la superficie.
Opción B (alternativa de alta-eficiencia): Cargue la oblea en un dispositivo de pulido exclusivo equipado con un cabezal de accionamiento C-ASJ para un pulido de alta-velocidad.
5. Resultados
La utilización del sistema de pulido Hemei para sustratos de nitruro de silicio produce una superficie ideal de alta-calidad lista para procesos posteriores de deposición o unión de películas delgadas-. Cada oblea pulida logra una eliminación uniforme del material y una superficie extremadamente plana.
Al optimizar los parámetros del proceso (como la presión aplicada), el proceso Hemei puede lograr una tasa de eliminación de material (MRR) óptima para nitruro de silicio de1.5 - 3 μm/hora, logrando un equilibrio entre eficiencia y calidad de la superficie.
Los siguientes datos se basan en los resultados medidos en un lote de diez obleas de nitruro de silicio de 2-pulgadas procesadas en el sistema HSM-CMP:
| Parámetro | Después de moler (inicial) | Después del pulido (final) | Especificación de destino |
|---|---|---|---|
| Rugosidad de la superficie (Ra) | ~110 nanómetro | < 1.5 nm | Ra < 2 nm |
| televisión | - | < ±1.5 μm | TTV < ±2 µm |
| MRR | - | 1.5 - 3 μm/h | - |
| Arco | - | < 20 μm | Arco < 25 μm |
| Los resultados de los parámetros anteriores son solo como referencia del laboratorio Hemei Semiconductor (Suzhou). |
Resultados típicos para obleas de nitruro de silicio
Diámetro: 2 pulgadas (escalable a tamaños más grandes)
Tasa de eliminación de material (MRR): 1.5 - 3 μm/hora
Valor Ra final:< 1,5 nm
Planitud (TTV): < ±1,5 µm
Arco: < 20 µm
Los resultados de los parámetros anteriores son solo como referencia del laboratorio Hemei Semiconductor (Suzhou).
Resumen: La solución de pulido de Hemei proporciona una ruta de procesamiento-probada en producción para sustratos de nitruro de silicio, capaz de lograr de manera consistente y repetible un acabado superficial a nanoescala y una precisión geométrica a nivel de micrones-. Esto respalda firmemente la industrialización del nitruro de silicio en diversas aplicaciones de alto nivel-.
