Усовершенствованная технология утончения подложки из нитрида галлия

Переход на плазму на основе водорода обеспечивает высокоскоростное травление подложек GaN, а инженеры Университета Осаки в Японии утверждают, что совершили новый прорыв в утончении подложек из нитрида галлия (GaN) с использованием плазмы на основе водорода. Разработанная командой технология со скоростью травления до 4 мкм/мин обеспечивает эффективный способ утончения подложек для устройств с вертикальным питанием. Это необходимо для снижения сопротивления включения вертикальных устройств, чтобы они могли выиграть конкуренцию электромобилям.

Команда Университета Осаки впервые разработала привлекательную альтернативу существующим процессам обработки, таким как шлифовка и полировка, которые сегодня используются для утончения подложек. Эти механические методы хорошо работают при утончении кремниевых силовых устройств, но менее эффективны при утончении таких материалов, как карбид кремния и нитрид галлия, из-за таких проблем, как растрескивание, образование кромок и коробление.

Чтобы утончить подложку GaN, инженеры из Университета Осаки применили метод, называемый плазмохимической газификацией (PCVM), который они используют и совершенствуют уже более 25 лет. «Изначально мы имели дело с кремниевыми пластинами для синхротронного излучения, пластинами КНИ и кремниевыми рентгеновскими зеркалами», — сказал Ясухиса Сано, представитель команды. Подложки SiC начали обрабатывать около 15 лет назад, а подложки GaN и Ga2O3 — в последние годы. Примечательной особенностью ПКВМ является использование давления плазмы в несколько десятых атмосферы, что обеспечивает короткий средний путь молекул газа и низкую энергию ионов. Следовательно, реагентом является не ион, а нейтральный свободный радикал, который не разрушает атомное расположение обрабатываемой поверхности и не деформирует подложку.

Еще в 2021 году Сано и его коллеги сообщили об использовании газа SF6 для утонения 2-дюймовой подложки SiC через PCVM со скоростью 15 мкм/мин. К сожалению, этот метод не может быть напрямую применен к GaN, поскольку газ SF6 не обеспечивает эффекта травления. Газы на основе хлора также не подходят в качестве очевидных претендентов, поскольку они коррозионны и могут повредить поверхность устройств из нитрида галлия. Эти вопросы побудили команду рассмотреть возможность использования водорода. Использование водорода при выращивании нитрида галлия методом HVPE, а также присутствие газа Ga2H6 являются положительными факторами для возможного успеха.

Исследования с водородом начались с самодельного ВЧ-плазменного генератора частотой 13,56 МГц, состоящего из трубчатого электрода внешним диаметром 2 мм и апертурой 0,3 мм и 2-дюймовой подложки GaN толщиной 0,4 мм. Первоначально команда использовала соотношение гелий-водород 9:1, скорость потока 100 см3 и радиочастотную мощность 130 Вт, 150 Вт, 180 Вт и 200 Вт, чтобы изучить изменения скорости удаления через пять минут. В эксперименте также учитывалась температура подложки и было установлено, что более высокая мощность была основным фактором улучшения скорости удаления — она увеличивала количество свободных радикалов водорода.

Сано и его коллеги продолжали учитывать влияние скорости потока газа, установив мощность 180 Вт. Они сравнили скорости травления при потоках 100 см3, 500 см3 и 800 см3, на этот раз с соотношением гелия и водорода 19:1. , что, по предварительным исследованиям, ускоряет процесс травления. При максимальной скорости потока скорость травления достигает 4 мкм/мин, но при этом ухудшается качество поверхности, образуя так называемую поверхность грушевой кожицы (см. рисунок).

Сканирующая электронная микроскопия показала отложения галлия на поверхности при скорости потока 100 см3. Команда связывает эту морфологию со сферическими отложениями галлия, которые можно удалить, просто нагрев поверхность до 40°C, а затем протерев ее. Но есть более элегантное решение: добавление в процесс кислорода. Атомно-силовая микроскопия показала, что введение кислорода обеспечило гладкую поверхность с шероховатостью всего 0,9 нм.

Сано сказал, что исследовательская группа сейчас пытается создать условия процесса для получения хорошей шероховатости поверхности. «В то же время мы работаем над обработкой больших площадей, чтобы приблизить нашу технологию к практическому применению».

ФОУНТИЛ ТЕХНОЛОДЖИЗ ПТЕ. ООО. Это современное предприятие в области исследований и разработок, производства и продаж современной керамики, в основном производит пористую керамику, оксид алюминия, цирконий, нитрид кремния, карбид кремния, нитрид алюминия, микроволновую диэлектрическую керамику и другие современные керамические материалы. наш специально приглашенный японский эксперт по технологиям имеет более чем 30-летний опыт работы в области полупроводников и эффективно предоставляет специальные решения для применения керамики с износостойкостью, коррозионной стойкостью, устойчивостью к высоким температурам, высокой теплопроводностью, изоляцией для отечественных и зарубежных клиентов.