Автореферат (Технология разделения на кристаллы сверхвысокочастотных монолитных интегральных схем на гетероструктурах AlGaNGaN)

На правах рукописиТРОФИМОВ АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧТЕХНОЛОГИЯ РАЗДЕЛЕНИЯ НА КРИСТАЛЛЫСВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ МОНОЛИТНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХСХЕМ НА ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ AlGaN/GaN05.27.06 – Технология и оборудование для производства полупроводников,материалов и приборов электронной техникиАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква 2017Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетномучреждении науки Институте сверхвысокочастотной полупроводниковойэлектроники Российской академии наук (ИСВЧПЭ РАН)Научный руководитель:Директор ИСВЧПЭ РАН, доктортехнических наук, профессорГамкрелидзе Сергей АнатольевичНаучный консультант:Старший научный сотрудник ИСВЧПЭРАН, кандидат технических наукЩаврук Николай ВасильевичОфициальные оппоненты:Начальник отдела РИУС АО «РТИ»доктор технических наук, профессорДорошевич Виктор КазимировичДоцент каф.

№ 67 «Физикаконденсированных сред» Федеральногогосударственного автономногообразовательного учреждения высшегообразования «Национальный ядерныйуниверситет «МИФИ»,кандидат физико-математических наукВасильевский Иван СергеевичВедущая организация:Национальный исследовательскийуниверситет "Московский институтэлектронной техники" (НИУ МИЭТ)Защита состоится «24» октября 2017 г. в зале Советов в 16:00 часов назаседании диссертационного Совета Д 212.131.02 при Московскомтехнологическом университете (МИРЭА) по адресу: 119454, ЦФО, г. Москва,проспект Вернадского, д.

78.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИРЭА.Отзывы и замечания в одном экземпляре, заверенные печатью, просимнаправлять по адресу: 119454, ЦФО, г. Москва, Проспект Вернадского, д. 78,Ученый Совет.Автореферат разослан «___» _____________ 2017 г.Ученый секретарьдиссертационного Совета Д 212.131.02кандидат физико-математических наукЛ.Ю. Фетисов2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Данная работа посвящена решению задач,связанных с проблемами качества разделения приборных пластин сапфира икарбида кремния на отдельные сверхвысокочастотные монолитныеинтегральные схемы (СВЧ МИС) на нитридных гетероструктурах AlGaN/GaN.Широкое применение монолитных интегральных схем являетсяхарактерной чертой современного этапа развития СВЧ электроники.Применение технологии МИС позволило улучшить основные техническиепараметры радиоэлектронных средств, повысить их надежность, сократитьмассогабаритные характеристики и уменьшить стоимость при серийномпроизводстве.

При разработке и изготовлении полупроводниковых изделийважным этапом, предшествующем выходу конкурентоспособной продукции нарынок, является разделение приборных пластин на отдельные кристаллы,каждый из которых несет в себе готовое изделие. Результатом использованиягрупповых методов обработки приборной пластины является наличие на однойпластине сотен однотипных приборов, которые перед сборкой их в корпуснеобходимо отделить друг от друга. Такая пластина, поступившая на операциюразделения на отдельные кристаллы, содержит в себе существенные трудовые иматериальные затраты и, как следствие, обладает высокой стоимостью. Этообстоятельство определяет важное место операции разделения как отдельнойстадии жизненного цикла продукции во всей последовательноститехнологических операций.Существующие методы разделения приборных пластин на отдельныекристаллы достаточно хорошо изучены в России и за рубежом применительно ккремниевым (Si) и арсенидгаллиевым (GaAs) материалам, а в современнойразвивающейся СВЧ электронике на основе нитридных гетероструктуриспользуются в качестве подложек приборные пластины из сапфира и карбидакремния, которые обладают высокой твердостью и хрупкостью.

Следуетотметить, что твердость по шкале Мооса, где алмазу отведены максимальные10 баллов, у таких материалов как арсенид галлия и кремний составляет 4,5 и6,5 баллов соответственно, в то время как сапфир имеет твердость 9 баллов, акарбид кремния 9-9,5 баллов. Кроме того, сегодня ограничения на предельныечастоты СВЧ приборов имеют физический характер, связанный с конструкциейприборов. В свете поиска новых конструкторских решений, СВЧ МИС нагетероструктурах AlGaN/GaN приобретают новые сложные конструктивныеособенности, что вынуждает учитывать данный факт применительно кизвестным на сегодняшний день методам разделения сапфира и карбидакремния. Технология обработки таких пластин с изготовленными на них СВЧМИС на нитридных гетероструктурах мало распространена ввидуотносительной новизны задачи.

В настоящее время с появлением трехмерныхСВЧ МИС с «воздушными мостами» на гетероструктурах AlGaN/GaN для ихдальнейшего применения и распространения остро встал вопрос разработкитехнологии разделения готовых приборных пластин с такими изделиями,которая обеспечивала бы максимальный выход годных не хуже, чем3существующие технологии разделения кремниевых и GaAs пластин, былавысокопроизводительна и экономически выгодна.Поэтому возникает задача перед предприятиями отрасли по завершениютехнологического цикла, а именно разделению на кристаллы СВЧ МИС нагетероструктурах AlGaN/GaN пригодные для последующего корпусирования иприменения в военно-промышленном комплексе и народном хозяйствеРоссийской Федерации.Целью работы является разработка технологии разделения на кристаллысверхвысокочастотных монолитных интегральных схем на гетероструктурахAlGaN/GaN.Работа предполагает разработку технологических основ разделения накристаллы СВЧ МИС на гетероструктурах AlGaN/GaN, изготовленных наприборных пластинах сапфира и карбида кремния, и формирование комплексаопераций,повышающихрезультативностьтехнологическихсистемпроизводства в части эффективности использования существующих методовразделения на кристаллы приборных пластин сапфира и карбида кремнияприменительно к СВЧ МИС на гетероструктурах AlGaN/GaN со сложнымиконструктивными особенностями с выходом годных, не уступающимсуществующим показателям для планарных изделий микроэлектроники, атакже изучение влияния разработанного технологического процесса наэлектрофизические параметры СВЧ МИС на гетероструктурах AlGaN/GaN.Задачи исследования:1.

проанализировать технологические операции, предшествующие резкеприборных пластин на кристаллы, а также различные методы резки;2. изучить и проанализировать особенности современных СВЧ МИС нагетероструктурах AlGaN/GaN, изготовленных на приборных пластинахсапфира и карбида кремния;3. определить для приборных пластин сапфира и карбида кремния сизготовленными на них СВЧ МИС на гетероструктурах AlGaN/GaNдопустимые границы конечной толщины, которые обеспечиваютэффективное теплоотведение при работе отдельного кристалла исохранение целостности пластины в течение обработки;4. разработать решение для надежной защиты СВЧ МИС нагетероструктурахAlGaN/GaNсосложнымиконструктивнымиособенностями,прикоторомобеспечиваетсяоднородностьпланаризирующейплоскостиихимическаяинертностьприпоследовательности операций разделения на кристаллы;5. экспериментально установить режимы одностороннего шлифования иполирования свободным абразивом обратной стороны приборныхпластин сапфира и карбида кремния, содержащих СВЧ МИС нагетероструктурах AlGaN/GaN, обеспечивающие высокое качествообработанной поверхности при сохранении целостности пластины;6.

решить задачу по разделению на кристаллы СВЧ МИС нагетероструктурахAlGaN/GaNсосложнымиконструктивными4особенностями с выходом годных, не уступающим существующимпоказателям для планарных изделий микроэлектроники;7. проанализировать влияние на электрофизические параметры СВЧ МИСразработанного технологического процесса разделения на кристаллысверхвысокочастотныхмонолитныхинтегральныхсхемнагетероструктурах AlGaN/GaN.Методы исследования.В ходе выполнения диссертационной работы использовался комплексныйподход. В качестве общенаучных методов исследования применялисьобобщение, сравнение и анализ. Экспериментальные методы представленыкомпьютерным моделированием, экспериментальными исследованиями.Применялись известные методы утонения приборных пластин — шлифование иполирование.

Измерения проводились с применением современных приборовконтроля.Достоверность результатов работы базируется на анализелитературных источников по теме диссертации, обеспечивается применениемматематических моделей и компьютерного моделирования с использованиемизвестных программ и формул, выполнением экспериментальных работ,сравнением теоретических и экспериментальных результатов, а такжеапробацией результатов исследования на практике.Научная новизна работы заключается в следующем:1. Предложена методика, позволяющая определить диапазон конечныхтолщин подложки для кристаллов сверхвысокочастотных монолитныхинтегральных схем на гетероструктурах AlGaN/GaN на основекомпьютерногомоделированияиматематическихрасчетовтепловыделения приборов и деформации пластины вследствиевнутренних напряжений;2.

Предложен метод, позволяющий обеспечить надежную защитусверхвысокочастотныхмонолитныхинтегральныхсхем нагетероструктурахAlGaN/GaNсосложнымиконструктивнымиособенностями;3. Разработан технологический процесс разделения на кристаллысверхвысокочастотныхмонолитныхинтегральныхсхемнагетероструктурах AlGaN/GaN.Практическая значимость.1. Технологический процесс разделения приборных пластин сапфира накристаллы сверхвысокочастотных монолитных интегральных схем нагетероструктурах AlGaN/GaN с применением метода лазерногоуправляемого термораскалывания использовался при выполненииОКР «Разработка комплекта монолитных интегральных схем 5 ммдиапазона длин волн», шифр «Многоцветник-22», Государственныйконтракт №13411.1400099.11.018 от 02 апреля 2013 г.