СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6/2015

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 26 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2015 Подготовка исходного материала Изолятор брака Контроль дефектности пластин сапфира Изготовление пластин сапфира заданной формы Шлифовка пластин сапфира Готовая продукция Контроль на соответствие требованиям к плоскостности Изготовление и подготовка молибденового контейнера Контроль режима установки роста кристалла Компоновка исходных материалов для выращивания монокристаллов сапфира Выращивание монокристалла сапфира Очистка кристалла от контейнера, контроль дефектов и ориентации Ориентированная резка монокристаллического блока сапфира на пластины Контроль на соответствие требованиям к плоскостности ● обработка и установление затравоч- ного кристалла; ● сборка на вольфрамовую рамку системы экранов и контейнера. Комплексная технологическая схема изготовления пластин-подложек Al 2 O 3 , включающая выращивание кристаллов и изготовление подложек, представле- на на рисунке 2. Так как для монокри- сталлов сапфира характерны дефекты типа остаточного напряжения, двойно- го лучепреломления, блочности и дру- гих, то особое внимание необходимо уделять технологическим параметрам роста кристаллов, материалу контейне- ра, методу его изготовления и чисто- те. Контейнер для выращивания сап- фира обязательно подвергается спе- циальной очистке, чтобы исключить дефектообразование из-за загрязне- ний на его поверхности. О СОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ КРИСТАЛЛОВ САПФИРА Рост монокристаллов сапфира высо- кого качества (малодислокационных, безблочных, беспористых) или с задан- ным распределением структурных дефектов не гарантирует получения изделий, сохраняющих эти качества. При обработке нарушается не только структура поверхности, но и прилега- ющие к ней области кристалла. Основными стадиями механической обработки монокристаллов сапфира являются резка, шлифовка и поли- ровка. Операции резки не позволя- ют получить поверхности кристалла требуемого качества, поскольку име- ются погрешности формы (непло- скостность, непараллельность пло- скостей, изгиб), значительный нару- шенный слой и большие отклонения по толщине. Поэтому для улучшения качества поверхности необходима дальнейшая её обработка с исполь- зованием абразивных материалов – шлифовка и полировка. Шлифовка характеризуется шероховатостью поверхности 9–12 класса. Полирован- ные поверхности имеют 13–14 класс шероховатости. Варьируя технологи- ческие параметры процессов шлифо- вания и полирования (скорость реза- ния, вид абразива, размер абразивно- го зерна и так далее), можно управлять структурой приповерхностного слоя, то есть увеличивать либо уменьшать глубину дефектного слоя. От выбора режимов шлифования и полирования монокристаллических пластин (под- ложек) зависит долговечность и рабо- тоспособность изделий, их оптическая однородность, прочность и ряд дру- гих параметров. Отмечена разная обрабатываемость сапфира, выращенного различными методами. При одних и тех же режимах обработки свободным абразивом в сап- фире, полученном методом Вернейля, происходит пластическая деформа- ция и образуется слой толщиной до 15 мкм с повышенной плотностью дис- локаций. В кристаллах, выращенных методом ГНК, напряжения релаксиру- ют, в основном, путём хрупкого разру- шения. Часто такой слой обнаружить не удаётся [7]. При обработке крупным алмазным зерном в кристалле образу- ется разветвлённая сеть трещин, одна- ко на последующих стадиях обработки трещины удаляются, слой с повышен- ной плотностью дислокаций не обра- зуется, или его глубина не превышает 5 мкм. Кристаллы, выращенные мето- дом Вернейля, более пластичны, на начальных стадиях обработки число микротрещин и выколок в них мень- ше, а после окончательной полиров- ки глубина слоя с повышенной плот- ностью дислокаций больше. Основными требованиями, предъ- являемыми к поверхности подло- жек, являются шероховатость, глуби- на нарушенного приповерхностно- го слоя и геометрические параметры: неплоскостность, прогиб и коробление пластин (TTV, warp, bow). Шерохова- тость поверхностей регламентирует- ся ГОСТ 2789-73 и соответствующими рекомендациями. Показатели качества пластин – пло- скостность, прогиб и коробление пла- стин – формируются на технологиче- ских операциях абразивной доводки: шлифовки (предварительной) и поли- ровки (окончательной). Для решения этих задач ведущие мировые произво- дители пластин создают собственное оборудование, обеспечивающее тех- нические требования в соответствии со стандартами SEMI M1-0600 и SEMI M3-1296. Для сапфировых пластин ∅ 100 мм TTV < 10 мкм, warp < 30 мкм, bow < 30 мкм. Требования, предъявляе- мые к пластинам сапфира, предназна- ченным для эпитаксии, представлены в таблице 3. Рис. 2. Технологическая схема производства монокристаллов сапфира методом ГНК и изготовления сапфировых пластин (подложек) Таблица 3. Требования к пластинам сапфира, предназначенным для эпитаксии Параметр Значение допуска при диаметре пластины, мм 76,2 100,0 125,0 Диаметр, мм 0,5 0,8 0,8 Толщина, мкм 15 15 20 Клиновидность, мкм 8 10 15 Отклонение от плоскостности, мкм 3 4 5 Отклонение от заданной кристаллографической плоскости, град 0,2 0,2 0,2 Шероховатость поверхности, мкм 0,0025–0,0050 © СТА-ПРЕСС