Автореферат (Технология разделения на кристаллы сверхвысокочастотных монолитных интегральных схем на гетероструктурах AlGaNGaN), страница 5

12 и 13 соответственно. При односторонней обработке обратной стороныприборных пластин сапфира и карбида кремния с изготовленными на нихСВЧ МИС удалось добиться высокого качества обработанной поверхности при19соблюдении рекомендуемого диапазона толщины пластины. Кроме того,разброс толщины по пластине не превышает 2 мкм.Рис.

12. Измерение шероховатостиобработанной приборной пластинысапфира на длине 45 мкм.Ra=1.86 нм.Рис. 13. Измерение шероховатостиобработанной приборной пластиныкарбида кремния на длине 20 мкм.Ra=2.04 нм.Таблица 5.Сравнение параметров обработанных пластин сапфира и карбидакремния.DiamondСветланаInnovations ИСВЧПЭ РАНЭлектронприбор(США)Наличие на пластинеМИСМатериал пластиныТолщина пластиныпосле обработки, мкмРазмеры пластины,дюймТип шлифования иполированияШлифовальныеабразивыРазмерностьабразива, мкмПолировальныесуспензииРазмерностьабразива, мкмШероховатостьповерхности, нмРазброс толщины попластине, мкмбез МИСLogitech LtdOkamoto(ВеликоCorporationбритания)(Япония)с МИСSiCSiC370±50—до 43сапфирбез МИСсапфирSiCсапфир110-150801001702244двустороннееSiCодностороннеесмесь карбидакремния и карбидабора—карбид бора—18-20—15—алмазнаяHYPERION33не более 27не более 1—SF11,86смесьSF1 иSF1АСМ 1/01именее2,042не более 2LogiPolалмазная3326—В таблице 5 приведено сравнение параметров обработки пластин сапфираи карбида кремния и полученных результатов отечественных и зарубежныхорганизаций, являющихся на сегодняшний день одними из лидирующих намировой арене обработки твердых пластин.

Большинство пользуются в том илиином виде добавлением алмаза в суспензии ввиду отсутствия в настоящее20время альтернативы при обработке сапфира и карбида кремния. Однако,применение алмазных суспензий для шлифования и полирования в настоящеевремя еще исследуется. Экспериментально установленные режимы обработкипозволяют, соблюдая рекомендованный для приборных пластин сапфира икарбида кремния с изготовленными на них трехмерными СВЧ МИСдопустимый диапазон конечной толщины 110-150 мкм, получать обработанныеприборные пластины с разбросом по толщине не превышающем 2 мкм ссохранением высокого качества обработки поверхности с показателемшероховатости около 2 нм, что является в настоящее время уровнемдостижений ведущих мировых компаний, специализирующихся нашлифовании и полировании таких материалов как сапфир и карбид кремния.Выбранные режимы обработки в части распределения нагрузки ииспользования абразивов снижают риск физического повреждения приборнойпластины в течение операций шлифования и полирования.В пятой главе «Резка приборных пластин сапфира и карбидакремния с изготовленными на них СВЧ МИС на гетероструктурахAlGaN/GaN на отдельные кристаллы и анализ влияния комплексаразработанных решений на электрофизические параметры изделий»осуществлялось разделение приборных пластин сапфира и карбида кремния накристаллы методами лазерного управляемого термораскалывания (ЛУТ) идисковой резки соответственно.

Анализировались выход годных кристаллов ивлияние комплекса операций по разделению пластин на кристаллы наэлектрофизические параметры СВЧ МИС. Установлено, что метод дисковойрезки применительно к сапфировым пластинам приводит к существеннымсколам, что объясняется механической вибрацией режущего инструмента.Ширина дорожки реза по сколам достигает 350 мкм. Применение лазерногоскрайбирования для резки сапфировых приборных пластин приводит кобразованию «рваной» дорожки реза, что совершенно неприемлемо, когда речьзаходит о качественно изготовленных приборах (рис. 14).(б)(а)Рис.14. Результаты резки тестовых пластин сапфира диском с алмазнойрежущей кромкой (а) и лазерным скрайбированием (б).Применение технологии ЛУТ для разделения приборных пластинсапфира с изготовленными на них трехмерными СВЧ МИС осуществленовпервые, что вызвало ряд проблем.Резка приборных пластин сапфира с 3D СВЧ МИС методом ЛУТпредъявляет ряд требований к подготовке пластины:21 полированная обратная сторона пластины; равнотолщинность пластины; дорожки реза должны быть свободны от меток и органических пленок; пластину необходимо крепить на пленку-спутник; «лицевая» сторона пластины должна быть защищена полимером.При образовании трещины методом ЛУТ на не полированной пластине,достигнув обратной стороны пластины, трещина может развиваться далее впроизвольном направлении, чему способствует напряженность пластинывследствие выращенной гетероструктуры.Требование однородности по толщине связано, прежде всего, сфокусировкой лазера, а также с тем обстоятельством, что несмотря на то, чтометодом ЛУТ возможно резать сапфировые пластины различной толщины, длякаждой толщины требуется корректировать режим резки.Защита «лицевой» стороны приборной пластины полимерным покрытиемобусловлена особенностями сформированных на пластине СВЧ МИС.Покрытие полимером предохраняет «воздушные» мосты и снижает рисквыхода из строя СВЧ МИС вследствие их повреждений.

Защита СВЧ МИСполимером осуществлялась согласно описанному в третьей главе методузащиты.Исходя из вышеуказанных требований, решено было резать методом ЛУТприборные пластины сапфира с обратной стороны.При резке приборной пластины сапфира с обратной стороны повышаетсянадежность операции вследствие следующих причин: не требуется проявлять дорожки реза в фоторезисте; меньше механического воздействия при приклеивании пластины напленку-спутник; «лицевая» сторона надежно защищена в течение операции резки.Резка приборных пластин сапфира осуществлялась в Московскомтехнологическом университете под руководством директора физикотехнологического института, доктора технических наук, профессораКондратенко В.С.

При резке применялись отработанные и оптимальныережимы. Разделение пластин методом ЛУТ осуществлялось путем локальногонагрева материала лазерным пучком, образуя напряжения сжатия, вслед залазерным пучком подается хладагент (воздушно-водяная смесь). Напряжениясжатия меняют знак на противоположный, образуются напряжения растяжения,что приводит к образованию трещины.На рис.

15 показан результат разделения сапфировых пластин наотдельные СВЧ МИС методом ЛУТ, который обеспечивает высокое качество впервом и втором направлении.22Рис. 15. Линии реза (1) пластины в первом направлении с помощью ЛУТ СО2лазером и линии реза (2) во втором направлении с предварительным надрезомУФ-лазером.Следует отметить, что при использовании метода ЛУТ может возникатьряд своеобразных дефектов, характерных для этого метода, которые показанына рис. 16, а именно: отклонение трещины при поперечном резе от линии резана 100 мкм и прохождение трещины в напряженном участке пластины.(а)(б)Рис. 16.

Дефекты разделения пластины на кристаллы методом ЛУТ.Отклонение трещины при поперечном резе от линии реза на 100 мкм (а).Прохождение трещины в напряженном участке пластины (б).Увеличение микроскопа х100, ширина дорожки реза 200 мкм.На фотографиях кромки кристалла (рис. 17), сделанных при помощирастрового электронного микроскопа видно высокое качество кромки в первоми втором направлении.(а)(б)Рис.

17. Фотографии кромки кристалла приборной пластины сапфира послеоперации резки методом ЛУТ. Кромка реза в первом направлении (а) ирезультат надреза с обратной стороны пластины УФ-лазером для реза вовтором направлении (б).23Разделение приборных пластин карбида кремния на кристаллы СВЧ МИСосуществлялось в сотрудничестве с ОАО «Российские космические системы»широко применяемым в России и за рубежом методом дисковой резки наустановке компании ADT (Израиль).Защита СВЧ МИС полимером осуществлялась согласно описанному втретьей главе методу защиты. Благодаря такому решению приборная пластинакарбида кремния толщиной 134 мкм наклеивалась сразу непосредственно наспециальную пленку, которая обеспечивает удобство обращения с пластиной нацепочке операций от дисковой резки до подбора кристаллов с ленты-спутникадля их сортировки и монтажа.Вследствие уменьшения скорости подачи режущего диска и скоростивращения шпинделя (с 1 мм/сек до 0,5 мм/сек и с 30000 об/мин до 25000 об/минсоответственно) удалось уменьшить ширину дорожки реза на 15-25 мкм, т.е.15-25% (см.

рис. 18).Рис. 18. Дорожка реза приборной пластины карбида кремния (толщинапластины 134 мкм). Ширина реза 80-90 мкм.Типичные дефекты операции дисковой резки представлены на рис. 19.(а)(б)Рис. 19. Скол угла кристалла СВЧ МИС (а) и скол грани кристалла СВЧ МИС(б) при операции резки приборной пластины карбида кремния диском салмазной режущей кромкой.После проведения комплекса операций разработанных технологическихпроцессов разделения приборных пластин сапфира и карбида кремния накристаллы СВЧ МИС, включающих в себя приклеивание пластины к дискуносителю, шлифование, полирование и непосредственно резку пластин,24изучались выход годных СВЧ МИС по геометрическим параметрам и влияниетехнологических процессов разделения на электрофизические параметрыСВЧ МИС.Брак СВЧ МИС, возникший в ходе изготовления приборной пластины дотехнологического процесса разделения в статистику по первому направлениюне включался. Отбраковывание кристаллов по критерию несоответствиягеометрическим размерам кристаллов СВЧ МИС, заданным топологиейпроводилось визуально.

К таковым относились: сколы, доходящие до контактных площадок; трещины на краю кристалла, направленные к металлизации илиактивной области микросхемы; трещины в активной области микросхемы или под контактнойплощадкой и металлизацией; превышение размера кристалла более чем на 200 мкм (хотя бы с однойстороны) по чертежу в конструкторской документации.Согласно приведенным критериям выход годных кристаллов с приборнойпластины сапфира по геометрическим параметрам составил 92%.