Диссертация (1091353), страница 12

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

Представленные величиныпрогиба для кремниевых пластин свидетельствуют о необходимостипонимания таковой деформации для приборных пластин на основе сапфира икарбида кремния с целью минимизации рисков повреждения и боя такихпластин в процессе обработки и последующей резки на кристаллы.Роль упругих напряжений в выращенном на подложке слое GaN,неизбежно возникающих из-за рассогласования кристаллических решетокGaN и подложки, при уменьшении толщины подложки возрастает.

Данныйаспект выражается в увеличении радиуса кривизны приборной пластины,который можно наблюдать после склеивания пластины с диска-носителя. Этообстоятельство увеличивает риск повреждения приборной пластины придальнейшемобращенииснейвтечениеоперациирезкинакристаллы СВЧ МИС.В целях прогнозирования поведения приборной пластины послешлифования и полирования необходимо теоретически смоделироватьизменение радиуса кривизны пластины при уменьшении толщины подложки,а также скоррелировать полученные зависимости для подложек сапфира икарбида кремния с расчетными зависимостями толщины подложки дляэффективного теплоотведения, чтобы установить для приборных пластинсапфира и карбида кремния с изготовленными на них СВЧ МИС нагетероструктурах AlGaN/GaN допустимые границы конечной толщины,которые обеспечивают эффективное теплоотведение при работе отдельногокристалла СВЧ МИС и сохранение целостности пластины в течениеобработки.Зависимость радиуса кривизны подложки толщиной hs (R), на которуюнанесена упруго напряжённая пленка толщиной hf, описывается формулойСтоуни [76]: Es 1  s f hf   hs 2, 6R(4)80где Еs – модуль упругости (или иначе модуль Юнга) материалаподложки, ν – коэффициент Пуассона материала подложки, σf – упругоенапряжение плёнки.

Индекс «s» обозначает подложку («substrate»), а индекс«f» – плёнку («film»). Формула Стоуни справедлива, если подложка гораздотолще нанесённой на неё плёнки (hf << hs) [76].Для величины прогиба подложки Δz (разница между максимальной иминимальной высотой пластины) используем следующее выражение [77]:z d28 R(5)где d – диаметр подложки. Используя значения [78-81], приведённые втаблице 3, получим график зависимости величины прогиба подложки Δz отеё толщины hs (рис.

29).Таблица 3. Значения, используемые для моделирования прогиба подложкиВеличинаE 6H-SiCν 6H-SiCE Al2O3ν Al2O3hfdσf (подложка 6H-SiC)σf (подложка Al2O3)Значение503 ГПа0,18466 ГПа0,283 мкм5 см310 МПа760 МПа81Рисунок 29. Зависимость величины прогиба приборных пластин сапфира икарбида кремния от толщины подложки.Анализируя график зависимости величины прогиба подложки от еетолщины, видно, что в диапазоне толщин подложек 200-100 мкм прогибподложек сапфира и карбида кремния составляет 180-650 мкм и 70-290 мкмсоответственно.Из литературы известно, что прогиб подложки необходимо приниматьво внимание при совмещении затвора и учета механических напряжений вовремя проведения процессов на обратной стороне пластины.

Указанапороговая величина прогиба 40 мкм, которая близка к максимальномудопуску для оптического степпера [82].Однако в данном случае пластина после операций шлифования иполирования не подвергается литографическим процессам, следовательно,увеличение величины прогиба будет сказываться лишь на увеличении рискаповреждения пластины при дальнейших операциях склеивания и резки.82Измеренияпроводятсядеформацииразличнымипластиныспособами:приприразличныхпомощиоперацияхинфракрасногоинтерферометра [83], оптического профилометра [84] и с использованиемспециальных установок с трехточечным позиционированием пластины [74].В настоящей работе измерение деформации пластины производилосьпри помощи зондового профилометра DektakXT компании Bruker (США).Рассчитанные зависимости величины прогиба приборной пластины отостаточнойтолщиныподложкисогласуютсясэкспериментальнымиданными.

На рис. 30 представлена измеренная на длине 44 мм при помощипрофилометра величина прогиба двухдюймовой приборной пластиныкарбида кремния с изготовленными на ней СВЧ МИС на гетероструктурахAlGaN/GaN при достигнутой после операций шлифования и полированияконечной толщине подложки 135 мкм. Прогиб составил 120 мкм.Рисунок 30.

Прогиб приборной пластины карбида кремния. Толщинапластины 135 мкм. Прогиб составляет 120 мкм на длине 44 мм.Совпадение рассчитанных значений величины прогиба приборнойпластины от остаточной толщины подложки с экспериментальными даннымисвидетельствует о работоспособности теоретической модели.832.3. Определение допустимых границ конечной толщины приборныхпластин сапфира и карбида кремния с изготовленными на нихСВЧ МИС на гетероструктурах AlGaN/GaNДля приборных пластин сапфира и карбида кремния с изготовленнымина них СВЧ МИС на гетероструктурах AlGaN/GaN допустимые границыконечной толщины, которые обеспечивают эффективное теплоотведение приработе отдельного кристалла СВЧ МИС и сохранение целостности пластиныв течение обработки определялись исходя из совместного сравнения ианализа графика распределения температуры кристалла СВЧ МИС оттолщины подложки для сапфира и карбида кремния при тепловыделенииСВЧ МИС 1 Вт, а также графика зависимости прогиба приборных пластин оттолщины подложки.Экспериментально установлена рабочая температура СВЧ МИС,которая составляет 85С.

В целях предупреждения отказа прибороввследствие неконтролируемого повышения температуры, для сравнительногоанализа при определении оптимальной толщины подложки использовалосьсниженное на 10% значение температуры.По различным оценкам передовые зарубежные компании работают спластинами толщиной 100-120 мкм [85]. Данная толщина обусловлена тем,что кажущаяся простота задачи по утонению пластин является обманчивой.Пластина, поступающая на стадию утонения обратной стороны, проходитмногочисленные этапы формирования легированных слоев в объемепластины, а также формирование разнообразных диэлектрических иметаллических слоев на ее поверхности.

В результате пластина обладаетзначительнымивнутреннимимеханическиминапряжениями.Этинапряжения являются основной причиной деформации и риска поврежденийи боя пластин. Кроме того, экспериментально установлено, что толщинапластины 100 мкм и менее затрудняет работу оператора с ней и увеличивает84риск механического повреждения в последующих процессах отклеивания,измерения и резки на кристаллы СВЧ МИС.Представленное на рис. 31 совместное сравнение и анализ графиковраспределения температуры кристалла СВЧ МИС от толщины подложки длясапфира и карбида кремния при тепловыделении МИС 1 Вт, а такжезависимости величины прогиба приборных пластин сапфира и карбидакремния от толщины подложки показывает расчетный диапазон толщинподложки для кристаллов сверхвысокочастотных монолитных интегральныхсхем на гетероструктурах AlGaN/GaN, в котором следует находитьсятолщине приборной пластины для удовлетворения условиям температурногораспределения для корректной работы СВЧ МИС и условиям безопаснойработы с пластиной для максимального снижения риска ее потери (рис.

31,выделено зеленым).85Рисунок 31. Сравнение и анализ графика распределения температурыкристалла СВЧ МИС от толщины подложки для сапфира и карбида кремнияпри тепловыделении МИС 1 Вт, а также графика зависимости величиныпрогиба приборных пластин от толщины подложки.86Таким образом, для приборных пластин сапфира и карбида кремния сизготовленными на них СВЧ МИС на гетероструктурах AlGaN/GaNустановленыдопустимыеграницыконечнойтолщины,которыеобеспечивают эффективное теплоотведение при работе отдельного кристаллаСВЧ МИС и сохранение целостности пластины в течение обработки.Установленный диапазон толщин составил 110-150 мкм.ВыводыИсследованием распределения температуры кристалла СВЧ МИС нагетероструктурах AlGaN/GaN при помощи компьютерного моделирования, атакже сравнением полученных данных с рассчитанными зависимостямивеличины прогиба приборных пластин сапфира и карбида кремния оттолщины подложки, обусловленных упругими напряжениями в выращенномна подложке слое GaN, неизбежно возникающих из-за рассогласованиякристаллических решеток GaN и материала подложки и играющихвозрастающую роль при уменьшении толщины подложки, установлендопустимыйдиапазонконечнойтолщины,которыйобеспечиваетэффективное теплоотведение при работе отдельного кристалла и сохранениецелостности пластины при последовательности операций разделения накристаллы.

Установленный диапазон толщины составил 110-150 мкм [86].Очевидно, что указанный выше диапазон толщины подложкиприборныхпластинсапфираикарбидакремниясправедливдляопределенных значений рабочей температуры СВЧ МИС, а также диаметрапластины и толщины выращенного слоя GaN. При изменении указанныхвеличин указанный диапазон толщины подложки приборных пластинзакономерно может изменяться, что следует принимать во внимание.Указанный диапазон можно рекомендовать принять к сведению припроектировании изделий СВЧ электроники в части расчетов рабочих87характеристик приборов применительно к конечной толщине подложки, а,следовательно, и к конечной толщине кристаллов МИС, что в светепродолжающейсянеизменномминиатюризациисохраненииихэлектронныхкачестваикомпонентовнадежности,припредставляетсяактуальным. Кроме того, снижение толщины приборной пластины позволяетсократить время операции резки пластины на кристаллы, а также понизитьизнос режущего инструмента, что в случае резки таких твердых материалов,как сапфир и карбид кремния, отражается на экономичности операции, а,следовательно, и на конечной стоимости готового СВЧ прибора.88ГЛАВА 3.

РАЗРАБОТКА РЕШЕНИЯ ДЛЯ НАДЕЖНОЙ ЗАЩИТЫСВЧ МИС НА ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ AlGaN/GaN ПРИ ОПЕРАЦИЯХШЛИФОВАНИЯ, ПОЛИРОВАНИЯ И РЕЗКИ НА КРИСТАЛЛЫДля операций шлифования и полирования необходимо наклеитьпластину на специальный диск-носитель, который представляет собойстеклянную или сапфировую оснастку, посредством которой обеспечиваетсядополнительная жесткость приборной пластины. Учитывая, что в течениешлифованияиполированияконечнаятолщина,заложеннаяприпроектировании и разработке полупроводниковых изделий на пластине,может достигать 150 мкм и менее, операция приклеивания пластины на дискноситель преследует также цель сохранения пластины от физическогоразрушения вследствие механического воздействия, а также обеспечиваетудобство работы оператора во время необходимых отмывок пластины дляпроведенияпромежуточныхизмеренийгеометрическихпараметровпластины для корректировки процессов шлифования и полирования.Сегодня ограничения на предельные частоты СВЧ приборов имеютфизический характер, связанный с конструкцией приборов [87, 88].

В светепоиска новых конструкторских решений, СВЧ МИС приобретают новыеконструктивные свойства, и, вследствие этого, методы защиты приборов напластине,которыебылиэффективнывчера,сегоднянуждаютсявоптимизации.Операции разделения пластины на отдельные кристаллы, шлифованиеи полирование пластины требуют применения временного приклеиванияполупроводниковойпластинынадиск-носительилиленту-спутник.Традиционно для этой цели используются полимерные адгезивные вещества.Ключевыми требованиями являются [6]: простотаприменения,котораязаключаетсяввысокойпроизводительности и использовании известного оборудования;89 однородность, так как разброс по толщине нанесения неизбежнотранслируется на утоненную пластину; хорошая адгезия к различным материалам подложек; приклеивание и отклеивание при приемлемых температурах, неоказывающих влияние на характеристики приборов на пластине; высокая стабильность в течение операций шлифования иполирования; химическаяинертностькприменяемымсуспензиям,используемым при химико-механической полировке; механическая устойчивость на изгиб и кручение; защита МИС при приклеивании, шлифовании и полировании; отсутствие остаточных загрязнений после удаления адгезива.Приборнаяпластина,поступающаянаоперациишлифования,полирования и резки, несет в себе готовые приборы, которые необходимозащитить от возможных воздействий абразивных материалов, давления ишлаковыхвыбросов,неизбежновозникающихвтечениевышеперечисленных операций.В случае с приборными пластинами сапфира и карбида кремния сизготовленными на них СВЧ МИС на гетероструктурах AlGaN/GaN сосложными конструктивными особенностями применение одного типаклеящеговеществанеудовлетворялоперечисленнымтребованиямвследствие особенностей МИС, таких как "воздушные мосты" и сложныйрельеф "лицевой" поверхности пластины высотой до 20 мкм.Для приклеивания приборных пластин на диск-носитель передоперациями шлифования и полирования в микроэлектронике широкоеприменение нашли автоматизированные установки приклеивания WaferSubstrate Bonding Unit компании Logitech Ltd (Великобритания) (рис.

Характеристики

Список файлов диссертации