A tökéletesség alapja: szubsztrátumok előkészítése az epitaxiális növekedéshez precíziós lapolással és polírozással
Absztrakt
Az epitaxiálisan növesztett félvezető eszközök teljesítménye és hozama szorosan összefügg a kiindulási hordozó minőségével. Bármilyen felszín alatti sérülés, felületi érdesség vagy krisztallográfiai tökéletlenség a hordozó felületén átterjedhet az epirétegbe, rontva az elektronikus, optikai és szerkezeti tulajdonságokat. Ez a cikk felvázolja a precíziós lapolás és polírozás kritikus szerepét, mint az aljzat-előkészítés nélkülözhetetlen lépéseit, amelyek a fűrészelt ostyát atomosan lapos, sérülésmentes-alapozássá alakítják, amely kiváló-minőségű epitaxiális lerakásra kész.
1. Bevezetés: A hibátlan alapozó követelménye
Az epitaxia, a kristályréteg kristályos szubsztrátumon történő növesztésének folyamata közel-tökéletes atomregisztrációt igényel. Legyen szó lézerdiódák, nagy-elektron-mobilitású tranzisztorok (HEMT) vagy fejlett teljesítményű eszközök gyártásáról, az epitaxiális rétegnek egykristálynak kell lennie, minimális hibákkal. Az utazás ehhez az érintetlen állapothoz nem az epitaxiális reaktorban kezdődik, hanem az előkészítő laborban. Az aljzat-előkészítés elsődleges célja kettős:
1. Tökéletes síkság és párhuzamosság elérése:Egyenletes vastagság és konzisztens epitaxiális növekedés biztosítása a teljes szeleten.
2. A felszín alatti sérülések megszüntetése:Eltávolítja a mechanikailag megváltozott réteget, amelyet a korábbi eljárások, mint például a szeletelés vagy a darálás, egy szűz, kristályos felületet hagyva maguk után.
Ezt szisztematikusan a lapozás, a csiszolás és a polírozás egymást követő folyamataival valósítják meg.
2. Precíziós lapozás: Az ellenőrzött anyageltávolítás művészete
A lapozás az ostyaszeletelést követő első kritikus lépés. Ez egy mechanikus csiszoló eljárás, amelyet arra terveztek, hogy gyorsan eltávolítsa a szeletelésből adódó felszín alatti sérülések nagy részét, korrigálja az ívet és a vetemedést, és az ostyát precíz célvastagságra hozza, kiváló párhuzamossággal.
A fedés alapelvei:
Csiszoló iszap:Kemény, durva koptató részecskék (pl. alumínium-oxid Al2O3 vagy szilícium-karbid SiC) hűtőközegben/kenőanyagban készült szuszpenzióját használják.
Kétoldalas-folyamat:Az ostyákat jellemzően egy tartóban tartják, és két ellentétes{0}}forgó fedőlap (kör) közé nyomják. Ez a kétoldali egyidejű működés kiváló síkságot és párhuzamosságot biztosít.
Mechanikai hatás:A csiszolószemcsék a lap és az ostya között gördülnek, mikro-repedést és a hordozóanyag rideg törését okozva. Ez hatékonyan távolítja el az anyagot, de elkerülhetetlenül egy új, mélyebb felszín alatti sérülésréteget hoz létre.
Bár rendkívül hatékony a durva formázáshoz, a lelapolás által hagyott felület mikroszkopikusan érdes és töredezett. Szükséges, de nem elégséges utolsó lépésként szolgál az epitaxia előtt.
3. Vegyi-mechanikai polírozás (CMP): atomi-szintű simaság elérése
A polírozás az utolsó és legfontosabb lépés az epi{0}}kész felület létrehozásához. Noha különféle polírozási technikák léteznek, a kémiai -mechanikai polírozás (CMP) az olyan szubsztrátumok előkészítésének iparági szabványává vált, mint a szilícium, a gallium-arzenid (GaAs) és a szilícium-karbid (SiC).
A CMP egy szinergikus eljárás, amely a kémiai maratást mechanikai koptatással ötvözi a páratlan felületi tökéletesség elérése érdekében.
A CMP mechanizmusai:
1. Kémiai komponens:Kémiailag aktív szuszpenziót (gyakran kolloid szilícium-dioxidot szilíciumhoz, vagy alumínium-oxidot{0}}a keményebb anyagokhoz) alkalmaznak. A szuszpenzióban lévő vegyszerek passziválják és meglágyítják a szubsztrát legfelső atomi rétegeit, így azok érzékenyebbek az eltávolításra.
2. Mechanikai alkatrész:Puha, porózus poliuretán párna nyomja a forgó ostyát. A zagyban lévő csiszoló nanorészecskék finoman koptatják a meglágyult, kémiailag módosított réteget.
Ez a kombinált hatás lehetővé teszi az anyag atomi szintű eltávolítását anélkül, hogy új mechanikai törések keletkeznének. Az eredmény egy olyan felület, amely nemcsak globálisan sík, hanem lokálisan sima is, és az érdesség négyzetes (RMS) értékét gyakran Angströmben mérik.
4. Folyamatfolyamat és jellemzés
Egy tipikus szubsztrátum előkészítési folyamat a következő:
1. Szeletelés:Az öntvényt egyedi ostyákra vágják, jelentős károsodást okozva (~10s µm).
2. Lapozás/csiszolás:~20-50 µm µm anyag gyors eltávolítása a szeletelési sérülések kiküszöbölése és a vastagság meghatározása érdekében.
3. Rézkarc (opcionális):Lefedés után vegyi maratással eltávolítható a vékony sérült réteg, csökkentve ezzel a polírozási időt.
4. Polírozás (CMP):Az utolsó néhány mikron eltávolítása atomosan sima, sérülésmentes-felület elérése érdekében.
5. Tisztítás:Az alapos tisztítás (pl. RCA-tisztítás) kötelező az összes szerves, ionos és fémes szennyeződés eltávolításához a polírozott felületről.
Az Epi{0}}Ready minőség ellenőrzése az alábbiakkal érhető el:
Felületi érdesség:Atomerő-mikroszkóppal (AFM) mérve.
Felszín alatti sérülések:Keresztmetszeti transzmissziós elektronmikroszkópiával (TEM) vagy maratási gödörsűrűség-tesztekkel értékelve.
Laposság:Interferometriával mérve.
Tisztaság:Olyan technikákkal ellenőrizve, mint a Total Reflection X{0}}ray Fluorescence (TXRF).
RF).
5. Következtetés
A precíziós lelapolás és polírozás nem csupán kiegészítő lépések, hanem a modern epitaxia sikerének alapja. A lapozás biztosítja a makroszkopikus méretszabályozást és a kezdeti sérülések eltávolítását, míg a CMP biztosítja a szükséges mikroszkopikus és atomi szintű tökéletességet. Ennek a két-lépcsős folyamatnak az aprólékos végrehajtásával a gyártók valóban hibátlan sablonként szolgáló szubsztrátumokat kínálhatnak, lehetővé téve a nagy teljesítményű epitaxiális filmek növekedését, amelyek a félvezető technológia határait feszegetik. A tökéletes epilayer keresése a tökéletes szubsztrátum keresésével kezdődik.
