كربيد السيليكون والياقوت ونيتريد الغاليوم
جدول المحتويات
مقدمة
متطلبات التطبيق
مواصفات النظام
تدفق المعالجة
مقدمة
في إنتاج أجهزة أشباه الموصلات، يكون السعي وراء خفض التكلفة دائمًا مدفوعًا بالإنتاج والإنتاجية. بالمقارنة مع تقنيات أشباه الموصلات التقليدية، فإن كربيد السيليكون (SiC)، والياقوت الأزرق، ونيتريد الغاليوم (GaN) هي ثلاث مواد شائعة بشكل متزايد ويمكن أن تقلل التكاليف بشكل كبير. قامت شركة Hemei Semiconductor (HSM) بتطوير طريقة ناجحة لمعالجة ركائز كربيد السيليكون والياقوت ونيتريد الغاليوم إلى حالة "جاهزة لبرنامج التحصين الموسع".
يعتبر الياقوت الأزرق جذابًا بشكل خاص للممارسين في صناعة الليزر نظرًا لثبات عزله الكهربائي الموحد وبنيته البلورية عالية الجودة. وقد أدى ذلك إلى زيادة تطبيق ركائز الياقوت في صمامات الليزر الزرقاء، وأصبح الياقوت أيضًا الأساس لتطبيقات تبديل الترددات الراديوية (RF) اليوم.
يتميز كربيد السيليكون بخصائص مثل الموصلية الحرارية العالية، ومقاومة الأكسدة العالية، والخمول الكيميائي، والقوة الميكانيكية العالية. هذه الخصائص تجعلها مادة مثالية لمجموعة متنوعة من التطبيقات، بما في ذلك المواد الطبية الحيوية، وأجهزة أشباه الموصلات ذات درجات الحرارة العالية-، والمكونات الضوئية لإشعاع السنكروترون، والهياكل خفيفة الوزن وعالية القوة-. في بعض تطبيقات الطول الموجي القصير- (المتوافق حيويًا)، ودرجة الحرارة- العالية، والمقاومة للإشعاع-، والطاقة العالية-، يُظهر كربيد السيليكون خواص فيزيائية وإلكترونية فائقة مقارنةً بالسيليكون وزرنيخيد الغاليوم.
يُستخدم نيتريد الغاليوم حاليًا في -الترانزستورات عالية الطاقة القادرة على العمل في درجات حرارة عالية. تعمل هذه الترانزستورات على الاستفادة من قدرة نيتريد الغاليوم على توليد خرج طاقة عالي-في حجم صغير. إلى جانب الكفاءة العالية للمادة في مضخمات الطاقة عند-الترددات العالية جدًا وترددات الميكروويف، أصبح نيتريد الغاليوم مادة مثالية للتطوير المستقبلي في نطاق واسع من التطبيقات الإلكترونية البصرية.
متطلبات التطبيق
في كل حالة، فإن الهدف من تلميع الياقوت وكربيد السيليكون ورقائق نيتريد الغاليوم هو تقليل السُمك النهائي للركيزة إلى القيمة المستهدفة المطلوبة، مع تباين إجمالي للسمك (TTV) أفضل من ±2 ميكرومتر وتحسين خشونة السطح إلى أقل من 2 نانومتر (Ra <2 نانومتر). يتم تحقيق ذلك عن طريق ربط الرقاقة أولاً بركيزة من زجاج الكوارتز باستخدام وحدة ربط الرقاقة من Hemei (WB).
بعد الترابط، يجب طحن الرقاقة لإزالة المواد الزائدة، يليها الصقل. يتم تنفيذ عملية التصفيح باستخدام معدات HS وMS وHSM-CMP المجهزة بتركيبات التلميع الدقيقة Hemei's SJ وASJ.
أثناء التصفيح، يتم تثبيت الوحدة على لوح التصفيح من الحديد الزهر، وتتوفر مجموعة متنوعة من خيارات معلمات العملية للسماح للمستخدمين بفهم عملية إزالة المواد.
بعد اللف، يجب تنظيف الرقاقة وإزالتها من الركيزة الزجاجية. ويتم بعد ذلك نقلها إلى جهاز مصمم خصيصًا لنظام تلميع دقيق-عالي السرعة مزود برأس تلميع. وباستخدام أي من هذين النظامين، يمكن صقل رقائق المواد الثلاث (بكميات مختلفة) إلى درجة نهائية نانوية قابلة للتكرار.
(الشكل: آلة التلميع)
(الشكل: أداة التلميع)
مواصفات النظام
اعتمادًا على عدد الرقاقات المراد معالجتها، تقدم شركة Hemei مجموعة متنوعة من الأنظمة لتلميع الياقوت الأزرق وكربيد السيليكون ونيتريد الغاليوم. ومع ذلك، يمكن أن يتضمن كل نظام المكونات التالية:
|
فئة |
نموذج |
وصف |
مقياس قابل للتطبيق |
|
وحدة الربط |
وب-310 |
3 بوصة، 1 محطة |
R&D |
|
وب-420 |
4 بوصة، 2 محطة |
مجموعة-صغيرة |
|
|
وب-630 |
6 بوصة، 3 محطات |
إنتاج متسلسل |
|
|
نظام اللف والتلميع |
HS-420 |
أقل من 4 بوصة، 1-2 محطات |
R&D |
|
HS-440 |
أقل من 4 بوصة، 1-4 محطات |
مجموعة-صغيرة |
|
|
HS-620 |
أقل من 6 بوصة، 1-2 محطات |
إنتاج متسلسل |
|
|
HS-420 |
أقل من 4 بوصة، 1-2 محطات |
R&D |
|
|
HS-440 |
أقل من 4 بوصة، 1-4 محطات |
مجموعة-صغيرة |
|
|
HS-620 |
أقل من 6 بوصة، 1-2 محطات |
إنتاج متسلسل |
|
|
تثبيت لاعبا اساسيا |
سج، ASJ |
متوافق مع الأسفل مع عينات 3 بوصة، 4 بوصة، 6 بوصة، 8 بوصة |
مناسب لـ HSM-L، HSM-LP |
|
ج-ASJ |
متوافق مع الأسفل مع عينات 3 بوصة، 4 بوصة، 6 بوصة، 8 بوصة |
مناسب لـ HSM-CMP |
|
|
نظام التلميع |
إتش إس إم -L |
أقل من 6 بوصة، 1-3 محطات |
R&D |
|
إتش إس إم-LP |
أقل من 8 بوصة، 1-3 محطات |
مجموعة-صغيرة |
|
|
HSM-CMP |
أقل من 8 بوصة، 1-3 محطات |
إنتاج متسلسل |
تدفق المعالجة
التثبيت والتثبيت واللف
باستخدام وحدة ربط ركيزة الرقاقة (WB)، يتم ربط الياقوت أو كربيد السيليكون أو رقائق نيتريد الغاليوم مؤقتًا بلوحة دعم زجاجية. يضمن هذا النظام أن تكون الرقاقة ولوحة الدعم دائمًا متوازيتين للغاية، بغض النظر عما إذا كانت هناك رقاقة كبيرة واحدة أو شرائح صغيرة متعددة ذات سماكات مختلفة مرتبطة. بعد الترابط الناجح، يمكن تركيب لوحة الدعم على سطح ظرف التفريغ الخاص بتركيبات Hemei. يتم بعد ذلك قلب الوحدة، بحيث يكون جانب المعالجة متجهًا لأسفل، ويتم وضعها على لوحة اللف المصنوعة من الحديد الزهر الخاصة بمعدات HSM-L. بعد ذلك، يتم ضبط النظام على الدوران بسرعة قصوى تبلغ 100 دورة في الدقيقة (دورة في الدقيقة)، في حين يتم تسليم ملاط اللف إلى سطح اللوحة بمعدل تدفق ثابت عبر مضخة تمعجية لسائل اللف (يتم التحكم فيها بواسطة واجهة التحكم)، ويمكن للمستخدم التحكم بشكل مستقل في كمية الملاط التي يتم تسليمها إلى سطح اللوحة.
التركيب والتثبيت والتلميع
بعد إزالة المواد الزائدة من الركيزة من خلال اللف، يتم استخدام نظام التلميع عالي السرعة برأس المحرك C-ASJ- لتلميع سطح الرقاقة. وينتج عن ذلك سطح-عالي الجودة على كل رقاقة.
يستخدم نظام HSM-CMP طرق التثبيت مثل شفط الماء والتفريغ لتثبيت الرقاقة وتثبيتها، مما يلغي الحاجة إلى ركيزة زجاجية. لذلك، قبل وضع الرقاقة على رأس التلميع لنظام HSM-CMP، يجب إزالتها من الركيزة الزجاجية. يتم تخصيص كل رأس تلميع وفقًا للمتطلبات المحددة للعميل لضمان الحصول على أفضل النتائج من عملية التلميع.
طوال عملية التلميع بأكملها، يوفر نظام HSM-CMP مستوى عالٍ من إمكانية التحكم، حيث يمكن إجراء العمليات اليدوية "في-الموقع". يمكن التحكم في معلمات العملية مثل سرعة اللوحة، وتحميل رأس التلميع إلى الأسفل، ومعدل تدفق الملاط من خلال شاشة تعمل باللمس، مما يسمح للمستخدمين بإجراء تعديلات وتحكم فوري ودقيق.
نتائج
باستخدام نظام تلميع Hemei لإكمال تحضير ركائز كربيد السيليكون أو الياقوت أو نيتريد الغاليوم، يمكن تحقيق خشونة سطح مثالية قبل المعالجة اللاحقة باستخدام تقنية CMOS التقليدية. تحتوي كل رقاقة مصقولة على كمية موحدة من المواد التي تتم إزالتها أثناء المعالجة، مما يؤدي إلى سطح مستو بشكل موحد.
من خلال ضبط الضغط (الحمل) المطبق على الركيزة أثناء المعالجة، يمكن تحقيق معدلات إزالة المواد المثالية (MRR) البالغة 6 ميكرومتر/ساعة للياقوت و1-2 ميكرومتر/ساعة لكربيد السيليكون.
تم الحصول على النتائج التالية لكربيد السيليكون ونيتريد الغاليوم من مجموعة من الرقاقات ذات القطر 12 2-بوصة والتي تم معالجتها بنظام HSM-CMP؛ يتم الحصول على نتائج الياقوت من مجموعة من الرقاقات ذات القطر 84 2-بوصة والتي تمت معالجتها بنظام HSM-CMP.
(وصف الرسم البياني: أ. كربيد السيليكون ب. الياقوت ج. نيتريد الغاليوم)
[الصورة: أ. كربيد السيليكون؛ ب. الياقوت. ج. نيتريد الغاليوم. المحاور: قيم Ra الأولية (نانومتر)، قيم Ra النهائية (نانومتر)، متوسط MRR (ميكرونات في الساعة). نقاط البيانات: A - Ra الأولي: 120 نانومتر، Ra النهائي: 6 نانومتر، MRR: 1 - 2 ميكرومتر / ساعة؛ B - Ra الأولي: 100 نانومتر، Ra النهائي: 1 نانومتر، MRR: 6 ميكرومتر / ساعة؛ C - Ra الأولي: 80 نانومتر، Ra النهائي: 3 نانومتر، MRR: 15 ميكرومتر / ساعة]
قيم Ra الأولية (بعد اللف)
ج: 120 نانومتر
ب: 100 نانومتر
ج: 80 نانومتر
قيم Ra النهائية (بعد التلميع)
ج: 6 نانومتر
ب: 1 نانومتر
ج: 3 نانومتر
متوسط MRR (ميكرون في الساعة)
A: 1-2 μm/h
B: 6 μm/h
C: 15 μm/h
أ. رقاقة كربيد السيليكون
القطر: 2 بوصة
معدل إزالة المواد (MRR): 1-2 ميكرومتر/ساعة
قيمة Ra النهائية: <3 نانومتر
التسطيح: ± 2 ميكرومتر
القوس: <25 ميكرومتر
ب. رقاقة الياقوت
القطر: 2 بوصة
معدل إزالة المواد (MRR): 6 ميكرومتر/ساعة
قيمة Ra النهائية: <1 نانومتر
التسطيح: ± 2 ميكرومتر
القوس: <25 ميكرومتر
ج. رقاقة نيتريد الغاليوم
القطر: 2 بوصة
معدل إزالة المواد (MRR): 15 ميكرومتر/ساعة (اعتمادًا على المستوى البلوري)
قيمة Ra النهائية: <3 نانومتر
التسطيح: ± 2 ميكرومتر
القوس: <25 ميكرومتر
(تم القياس باستخدام ملف تعريف السطح Dektak 150)
