Диссертация (Технология разделения на кристаллы сверхвысокочастотных монолитных интегральных схем на гетероструктурах AlGaNGaN), страница 8

Схема резки приборных пластин на кристаллы методом ЛУТ.Резку сапфировой пластины (1) со сформированными структурами (2)осуществляют для светоизлучающих диодов следующим образом [35].Для обеспечения резки в первом направлении (I) на краю пластинынаносятся короткие надрезы (3), которые являются концентратораминапряжений и обеспечивают зарождение и продвижение разделяющихтрещин (4). Перед резкой во втором направлении (II), чтобы получить52сквозные разделяющие трещины (5) при помощи сфокусированного лучаУФ-лазера (7) с длиной волны 355 нм наносят неглубокий надрез (6) по всейдлине реза либо в местах пересечений с линиями реза (4). Глубина и ширинанадреза составляет соответственно 5-9 мкм и 5-7 мкм.

Нагревая линиюнадреза (6) лазерным лучом (8) при помощи СО2-лазера мощностью до 50 Вти затем охлаждая зону нагрева хладагентом (9), получаем сквознуюразделяющую трещину (5). Скорость резки методом ЛУТ сапфировойпластины достигала 400-450 мм/с.Различием теплопроводности разрезаемых методом ЛУТ материаловобусловлены ограничения на параметры лазерного пучка и технологическиережимы процесса, влияющие на достижение необходимых градиентовтемператур для достижения трещины.При помощи метода ЛУТ возможно получать кристаллы с размерами100-300 мкм, что накладывает ограничения на оптическую фокусирующуюсистему в целях недопущения чрезмерного воздействия температуры наструктуры приборов, сформированных в непосредственной близости отлинии реза.При разделении анизотропных материалов требуется изменять режимырезкивориентации,различныхчтонаправленияхобусловленосогласноразличиямикристаллографическойзначенийкоэффициентатемпературного линейного расширения при разных кристаллографическихориентациях.

Решение заключается в дифференцированном нагреве линииреза в зависимости от направления реза. Изменение нагрева производитсяпропорционально коэффициенту линейного термического расширения путемизменения скорости относительного перемещения лазерного луча иматериала или изменения мощности лазерного излучения. Условием выборасоотношения скорости перемещения луча и мощности луча в зависимости отизменения значения коэффициента линейного термического расширенияявляется:P  u 1  k  1(1)53гдеР - мощность лазерного излучения, Вт;u - скорость относительного перемещения лазерного пучка иматериала, мм/с; - коэффициент линейного термического расширения материала, С-1;k - коэффициент пропорциональности, Дж/ммС.Первая российская промышленная установка МЛП1-1060/355 (рис.

18)для прецизионной резки подложек из сапфира и других хрупкихнеметаллических материалов была изготовлена компанией ООО «Научнопроизводственный центр «Лазеры и аппаратура ТМ» (г. Зеленоград).Рисунок 18. Российская установка МЛП1-1060/355 для резки приборныхпластин на кристаллы методом ЛУТ.Использование для разделения пластин метода лазерного управляемоготермораскалывания,обеспечиваетвысокуюпроизводительностьи54бездефектную кромку, которая повышает прочность кристалла в несколькораз [33].Кчислупреимуществметодалазерногоуправляемоготермораскалывания относятся следующие: безотходность разделения материала, что в результате обеспечиваетвысокую чистоту резки; нулевая ширина реза; высокая механическая прочность получаемого изделия; отсутствие механических нагрузок в зоне резки; высокаяскоростьрезкиразличныхматериалов,достигающая1000 мм/сек и более; высокая точность резки, составляющая 5–10 мкм на длине 500 мм; возможность полной автоматизации процесса резки; минимальный размер отрезаемого кристалла 0,3 мм; процент выхода годных до 99%.К числу недостатков метода ЛУТ следует отнести крупногабаритностьи высокую стоимость установки, а также малую распространенность средипроизводителей полупроводниковых изделий.Тем не менее, метод лазерного управляемого термораскалывания вневсякого сомнения является перспективной операцией разделения приборныхпластин на отдельные кристаллы и представляет интерес для дальнейшегоразвития.Принимая во внимание неоспоримые преимущества данного метода,такие как нулевая ширина реза, высокая чистота процесса резки, отсутствие взоне резки механических нагрузок, а также высокий процент выхода годныхможно с уверенностью говорить о том, что в недалеком будущем методлазерного управляемого термораскалывания займет прочную позицию всфере разделения приборных пластин на отдельные кристаллы.551.4.

Монолитные интегральные схемы, изготовленные на приборныхпластинах сапфира и карбида кремнияРоссийский лауреат Нобелевской премии по физике за разработкуполупроводниковых гетероструктур, доктор физико-математических наук,профессор, академик Российской Академии наук Жорес Иванович Алферовеще в 2004 году говорил о том, что «в отличие от технологии кремниевыхСБИС,доминирующейвсистемахобработкиинформации,наногетероструктурная электроника становится доминирующей в системахпередачи информации, и именно эта наукоемкая технология определяетстремительный прогресс современных средств связи, а также современныхэлектронных средств вооружений (бортовых и наземных радиолокаторов,средстврадиоэлектроннойборьбыит.д.).Онабазируетсянавысокопрецизионных наногетероструктурах и обеспечивает наивысшиескорости пролета электронов в приборах и минимальные диссипативныепотери,..

позволяет создавать самые высокоскоростные и высокочастотныетвердотельные приборы с рекордным усилением, с минимальными шумами(для приемных устройств) и максимальной выходной мощностью и КПД (дляпередающих устройств)» [2].Сегодня слова Ж.И. Алферова подтверждают и другие авторы. ТакА. Балакирев и А. Туркин говорят о структурах на основе GaN и AlGaN как оперспективных материалах для электронной техники, отмечая основноепреимущество GaN транзисторов, заключающееся в высокой удельноймощности, что позволяет существенно упростить топологию интегральныхсхем усилителя мощности, повысить эффективность, уменьшить массу иулучшить габаритные параметры [36].Ю.В. Федоров, П.П.

Мальцев с другими соавторами подчеркиваютпреимущества интегральной СВЧ технологии на GaN, а именно: схемы синдивидуальными встроенными антеннами для передающего или приемноготрактов, реализуемые в виде одной МИС обеспечивают, во-первых, малые56потери в тракте между малошумящим усилителем и антенной, что снижаеткоэффициент шума приемного тракта, во-вторых, повышают передаваемуюмощность усилителя мощности в антенну [4].Отмечаются преимущества и перспективность нитридных СВЧтехнологий и приборов также и в работах зарубежных авторов таких какKazukiyo Joshin, Toshihide Kikkawa [37], C.

Burns, M. LeFevre [38], E. Persson[39], Rob Matheson [40], Raymond S. Pengelly, Simon M. Wood, James W.Milligan [41].Большая ширина запрещенной зоны и высокое значение энергии связипозволяют приборам на основе GaN выдерживать радиационное облучение,стабильно работать при повышенных температурах и сопротивлятьсявоздействию агрессивных сред. Вместе с тем свойства нитридных структуробладают существенными отличиями от свойств других полупроводников.Например, плотность дислокаций, то есть линейных нарушений структуры,которые обусловлены различием параметров кристаллической решетки икоэффициентовтермическогорасширения,атакжеприсутствиеммеханических напряжений в структуре, в структурах на основе GaN на пятьпорядков величины выше, нежели в структурах GaAs [42].Сегодня технология МИС на основе нитридных гетероструктур наприборныхпластинахсапфираикарбидакремнияхарактеризуетсяуменьшением размеров приборов при увеличении их количества на пластине.Использование современных возможностей при изготовлении МИС, врезультате приводит к появлению наноструктурных полупроводниковыхустройств с типичными размерами отдельных элементов 1-100 нм в каждомнаправлении [43].В настоящее время приборные пластины на основе сапфира и карбидакремния являются основой для производства радиационно-стойких МИС нанитридных гетероструктурах, что в первую очередь важно для космическойпромышленности, атомной энергетики и военного применения.57Особое значение имеет надежность радиоэлектронных приборов, атакже их устойчивость к негативным воздействиям окружающей среды.ЭффективностьзависимостиотустройствСВЧтакихсвойствэлектроникикакнаходитсяповышенноевпрямойбыстродействие,энергосбережение, надежность элементной базы.