탄화규소, 사파이어, 질화갈륨의 래핑 및 연마 공정

탄화규소, 사파이어, 질화갈륨

목차

소개

신청 요구 사항

시스템 사양

처리 흐름

소개

반도체 소자 생산에 있어서 비용 절감 추구는 항상 생산량과 수율에 의해 좌우됩니다. 기존 반도체 기술과 비교할 때 탄화규소(SiC), 사파이어, 질화갈륨(GaN)은 비용을 크게 절감할 수 있는 세 가지 인기 소재입니다. Hemei Semiconductor(HSM)는 탄화규소, 사파이어 및 질화갈륨 기판을 "EPI 준비" 상태로 처리하는 성공적인 방법을 개발했습니다.

사파이어는 균일한 유전 상수와 고품질-결정 구조로 인해 레이저 산업 종사자들에게 특히 매력적입니다. 이로 인해 블루 레이저 다이오드에 사파이어 기판의 적용이 증가했으며, 사파이어는 오늘날 무선 주파수(RF) 스위치 응용 분야의 기초가 되었습니다.

탄화규소는 높은 열 전도성, 높은 내산화성, 화학적 불활성 및 높은 기계적 강도와 같은 특성을 가지고 있습니다. 이러한 특성으로 인해 생의학 재료, 고온-반도체 장치, 싱크로트론 방사선 광학 부품 및 경량 고강도 구조를 포함한 다양한 응용 분야에 이상적인 재료가 됩니다. 특정 단파장(생체 적합성),-고온, 방사선 저항성-및 고전력-응용 분야에서 탄화규소는 규소 및 갈륨비소에 비해 우수한 물리적, 전자적 특성을 나타냅니다.

질화갈륨은 현재 고온에서 작동할 수 있는 고전력 트랜지스터에 사용됩니다.{0}} 이 트랜지스터는 질화갈륨의 능력을 활용하여 작은 볼륨으로 높은-전력 출력을 생성합니다. 초-초고주파 및 마이크로파 주파수에서 전력 증폭기의 재료의 고효율과 결합된 질화 갈륨은 광범위한 광전자 응용 분야에서 향후 개발을 위한 이상적인 재료가 되었습니다.

신청 요구 사항

각각의 경우 사파이어, 탄화규소 및 질화갈륨 웨이퍼를 연마하는 목적은 기판의 최종 두께를 원하는 목표 값으로 줄이는 것입니다. 이때 총 두께 변화(TTV)는 ±2μm보다 우수하고 표면 거칠기는 2나노미터(Ra < 2nm) 미만으로 향상됩니다. 이는 먼저 Hemei의 웨이퍼 기판 접합 장치(WB)를 사용하여 웨이퍼를 석영 유리 기판에 접합함으로써 달성됩니다.

본딩 후에는 웨이퍼를 연삭하여 여분의 재료를 제거한 다음 연마해야 합니다. 래핑 공정은 Hemei의 SJ 및 ASJ 정밀 연마 치구가 장착된 HS, MS 및 HSM-CMP 장비를 사용하여 수행됩니다.

Lapping 동안 고정물은 주철 Lapping 플레이트에 장착되며 사용자가 재료 제거 프로세스를 이해할 수 있도록 다양한 프로세스 매개변수 옵션을 사용할 수 있습니다.

랩핑 후에는 웨이퍼를 세척하고 유리 기판에서 제거해야 합니다. 그런 다음 연마 헤드가 있는 정밀 고속 연마 시스템용으로 설계된 고정 장치로 전달됩니다.- 이 두 시스템 중 하나를 사용하면 세 가지 재료(다양한 수량)의 웨이퍼를 반복 가능한 나노 규모 마감으로 연마할 수 있습니다.

(그림: 연마기)

(그림: 연마 장치)

시스템 사양

처리할 웨이퍼 수에 따라 Hemei는 사파이어, 탄화규소, 질화갈륨 연마를 위한 다양한 시스템을 제공합니다. 그러나 각 시스템에는 다음 구성 요소가 포함될 수 있습니다.

처리 흐름

설치, 고정, 래핑

웨이퍼 기판 접합 장치(WB)를 사용하여 사파이어, 실리콘 카바이드 또는 갈륨 질화물 웨이퍼를 유리 지지판에 임시 접합합니다. 이 시스템은 단일 대형 웨이퍼 또는 두께가 다른 여러 개의 소형 웨이퍼를 접착하더라도 웨이퍼와 지지판이 항상 높은 평행을 유지하도록 보장합니다. 성공적으로 결합된 후 지지판은 Hemei 고정 장치의 진공 척 표면에 장착될 수 있습니다. 그런 다음 가공면이 아래를 향하도록 고정 장치를 뒤집어 HSM-L 장비의 주철 래핑 플레이트에 놓습니다. 이어서, 시스템은 분당 100회전(rpm)의 최대 속도로 회전하도록 설정되고, 래핑 슬러리는 계량 래핑 유체 연동 펌프(제어 인터페이스에 의해 제어됨)를 통해 일정한 유속으로 플레이트 표면에 전달되며, 사용자는 플레이트 표면에 전달되는 슬러리의 양을 독립적으로 제어할 수 있습니다.

설치, 고정 및 연마

Lapping을 통해 기판에서 잉여 물질을 제거한 후 C-ASJ 드라이브 헤드 고속-연마 시스템을 사용하여 웨이퍼 표면을 연마합니다. 이는 각 웨이퍼에 고품질의-표면을 생성합니다.

HSM-CMP 시스템은 물 흡입 및 진공과 같은 고정 방법을 사용하여 웨이퍼를 고정하고 고정하므로 유리 기판이 필요하지 않습니다. 따라서 HSM-CMP 시스템의 연마 헤드에 웨이퍼를 세팅하기 전에 유리 기판에서 웨이퍼를 제거해야 합니다. 각 연마 헤드는 고객의 특정 요구 사항에 따라 맞춤화되어 연마 프로세스에서 최적의 결과를 보장합니다.

전체 연마 공정 전반에 걸쳐 HSM-CMP 시스템은 수동 작업을 "현장에서" 수행할 수 있으므로 높은 수준의 제어성을 제공합니다. 플레이트 속도, 연마 헤드 하향 하중, 슬러리 유량과 같은 공정 매개변수는 모두 터치 스크린을 통해 제어할 수 있으므로 사용자는 즉각적이고 정밀한 조정과 제어가 가능합니다.

결과

Hemei의 연마 시스템을 사용하여 탄화 규소, 사파이어 또는 질화 갈륨 기판 준비를 완료하면 전통적인 CMOS 기술을 사용하여 후속 처리 전에 이상적인 표면 거칠기를 얻을 수 있습니다. 각각의 연마된 웨이퍼는 처리 중에 균일한 양의 재료가 제거되어 균일하고 평평한 표면을 갖게 됩니다.

처리 중 기판에 적용되는 압력(부하)을 조정하면 사파이어의 경우 6μm/h, 탄화규소의 경우 1~2μm/h의 최적 재료 제거 속도(MRR)를 달성할 수 있습니다.

탄화규소 및 질화갈륨에 대한 다음 결과는 HSM-CMP 시스템에서 처리된 12 2-인치 직경 웨이퍼 배치에서 얻은 것입니다. 사파이어에 대한 결과는 HSM-CMP 시스템에서 처리된 84 2-인치 직경의 웨이퍼 배치에서 얻습니다.

(차트 설명: A. 탄화규소 B. 사파이어 C. 질화갈륨)

[이미지: A. 실리콘 카바이드; B. 사파이어; C. 질화갈륨. 축: 초기 Ra 값(nm), 최종 Ra 값(nm), 평균 MRR(시간당 마이크론). 데이터 포인트: A - 초기 Ra: 120nm, 최종 Ra: 6nm, MRR: 1-2μm/h; B - 초기 Ra: 100nm, 최종 Ra: 1nm, MRR: 6μm/h; C - 초기 Ra: 80nm, 최종 Ra: 3nm, MRR: 15μm/h]

초기 Ra 값(래핑 후)

답: 120nm

B: 100nm

C: 80nm

최종 Ra 값(연마 후)

답: 6nm

B: 1nm

C: 3nm

평균 MRR(시간당 미크론)

A: 1-2 μm/h

B: 6 μm/h

C: 15 μm/h

A. 실리콘 카바이드 웨이퍼

직경: 2인치

재료 제거율(MRR): 1~2μm/h

최종 Ra 값: < 3 nm

평탄도: ± 2μm

활: < 25μm

B. 사파이어 웨이퍼

직경: 2인치

재료 제거율(MRR): 6μm/h

최종 Ra 값: < 1 nm

평탄도: ± 2μm

활: < 25μm

C. 질화갈륨 웨이퍼

직경: 2인치

재료 제거율(MRR): 15μm/h(결정 평면에 따라 다름)

최종 Ra 값: < 3 nm

평탄도: ± 2μm

활: < 25μm

(Dektak 150 Surface Profiler를 사용하여 측정)