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芯片技术与化学机械抛光
由于传统AIGaInN二极管外延片的光吸收问题严重,主要由电极和键合引线遮挡及P型GaN低电导率导致,故提出了倒装芯片技术,而垂直结构芯片技术则是因为其均匀的电流分布及优异的性能被采用。
本文对上述提及的两种芯片技术进行简单介绍,并补充一些有关化学机械抛光的相关知识,分述如下:
芯片技术
化学机械抛光(CMP)
1
芯片技术
倒装芯片技术
问题:传统AIGaInN二极管外延片的光吸收问题严重,主要由电极和键合引线遮挡及P型GaN低电导率导致。
解决方案:倒装芯片技术,将蓝宝石衬底作为出光面,避免光吸收,同时PN结靠近热沉,降低热阻,提高可靠性。
效果:改善电流扩散性和热散性;背反射膜提升出光效率,总体发光效率比正装增加1.6倍;Lumileds的TFFC技术结合新工艺,使功率LED发光效率达115lm/W;新产品Rebel 1W器件光输出为100lm,LuxeonK2热阻降至5.5℃/W,1A电流下光通量达160lm;
垂直结构芯片技术
优势:均匀的电流分布;铜或硅衬底热导率远高于蓝宝石,散热性能优异;低工作电压。
性能比较:电流均匀性改进系数较倒装芯片大2.38;热阻极低,仅为0.35℃/W,远低于倒装芯片的5.0-17.2℃/W;正向压降低0.3V,标准3.2V,优质可达3.0V,降低功耗,提高发光效率;
制备过程:在Si衬底上生长GaN LED外延片;使用Ag反射镜在P面形成欧姆接触;外延片焊接技术转移至新硅衬底,去除原硅衬底;N型层表面粗化,A1作为N型欧姆接触。
应用效果:蓝光和绿光LED表现出良好的散热和电流扩展特性;电学性能稳定,满足商品化可靠性要求。
2
化学机械抛光(CMP)
定义与重要性
定义:化学机械抛光(CMP)是一种圆片表面整体平坦化技术。
重要性:随着集成电路集成度和布线层数的增加,CMP成为实现多层金属布线结构的关键技术,替代了传统的局部平坦化技术。
CMP工艺
设备组成:CMP设备主要由研磨头、磨料喷头、研磨垫和研磨平台组成。
工作原理
圆片粘贴在研磨头上,待抛光表面朝向研磨垫;研磨头与研磨平台作互为反向的旋转运动;结合机械研磨和化学腐蚀,通过研磨颗粒和研磨浆料中的化学品对圆片表面进行加工;加工过程中,圆片表面形成腐蚀层并通过机械研磨去除,露出新鲜表面,循环进行以达到抛光目的。
影响因素:CMP效果受研磨浆液、研磨垫材质、研磨机旋转速率、抛光时间等因素影响。
CMP的应用
适用范围:适合各种表面材质的抛光加工,特别是多层布线结构中的金属层和介质层(如氧化硅、氮化硅、多晶硅、铜、钨)。
主要应用:获得整体平坦化的圆片表面,便于后续精细光刻工艺的进行;制作金属互连图形,如去除通孔上多余的钨形成钨塞图形。
双镶嵌技术:同时形成铜互连线和通孔,通过CMP去除多余铜,留下镶嵌在介质凹槽和通孔内的金属铜图案。
优势与效果
提高平整度:CMP技术能够实现圆片表面的整体平坦化,满足亚微米图形光刻的要求。
提升效率:相比传统局部平坦化技术,CMP显著提高了表面平整度和加工效率。
改善性能:通过优化CMP工艺参数,可以提升LED等器件的发光效率和热散性能。
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