Als GaN-apparaten migreren van onderzoeksfabrieken naar productie in grote hoeveelheden, is silicium het meest economisch haalbare substraat voor grote diameter GaN-epitaxie geworden.GaN-on-Si In de eerste plaats is het de bedoeling van de Commissie om de in het kader van het programma voor de ontwikkeling van de technologieën in de Unie te ontwikkelen.

In tegenstelling tot elektrische defecten, verschijnt mechanische vervorming niet direct in IV-curves of Hall-metingen.een degraderende overlappingsnauwkeurigheid;Het begrijpen en verzachten van de boog is dus geen kwestie van perifere materialen, maar een kernintegratieprobleem.

De fysieke oorsprong van boog in GaN-op-Si-structuren

Waferboog in GaN-on-Si komt voort uit een combinatie van thermische mismatch, roosterspanning en filmspanningsophoping.

De coëfficiënt van thermische uitbreiding (CTE) van GaN (~5,6 × 10−6 K−1) is aanzienlijk hoger dan die van silicium (~2,6 × 10−6 K−1).Tijdens het afkoelen van epitaxiale groeitemperaturen van meer dan 1000 °CDeze differentiële samentrekking veroorzaakt trekspanningen in de GaN-laag en drukspanningen in silicium.resulterend in macroscopische wafer kromming.

Als de waferdiameter toeneemt, neemt deze kromming niet-lineair af. Een boog die tolereerbaar is op een wafer van 100 mm kan de lithografische specificaties op een wafer van 200 mm overschrijden,zelfs indien de filmdikte en de samenstelling onveranderd blijven.

Bufferlaagtechniek als eerste verdedigingslinie

De meest effectieve strategie voor boogreductie begint niet met de actieve GaN-laag, maar met de bufferstapel eronder.

Moderne GaN-on-Si-epitaxie is gebaseerd op complexe, meerlagige bufferarchitecturen, meestal met AlN-nucleatielagen gevolgd door gegradeerde AlGaN- of superrasstructuur.Deze lagen dienen twee doeleinden tegelijkertijd: het aanpassen van de niet-match van het rooster en het beheersen van de thermische spanning.

Door zorgvuldig af te stemmen op aluminiumsamenstelling gradiënten, buffer dikte, en superlattice periodiciteit,het is mogelijk om een gecontroleerde compressie-spanning in te voeren die de trekspanning die tijdens het afkoelen ontstaat gedeeltelijk tegenvaltDe buffer fungeert effectief als een mechanische "schokdemper" tussen GaN en silicium.

Overmatige dikte vermindert de thermische geleidbaarheid en verlengt de epitaxiale tijd, terwijl agressieve spanningscompensatie de barstendichtheid kan verhogen.Optimale ontwerpen vereisen daarom co-optimalisatie van mechanische en thermische prestaties in plaats van brute-force stress annulering.

Substraatoriëntatie en -dikte: een ondergewaardeerde hefboom

De selectie van siliciumsubstraat wordt vaak behandeld als een vaste grensvoorwaarde, maar het is in feite een krachtige afstemparameter.

Dikkere siliciumwafels vertonen een hogere buigstijfheid, waardoor de uiteindelijke boog voor dezelfde epitaxiale spanning wordt verminderd.toenemende dikteconflicten met apparatuurcompatibiliteit en standaardbehandelingsprotocollenVeel fabrieken werken daarom binnen een smal dikte venster, waardoor de spanningscontrole terug in de epitaxiale stapel wordt gedwongen.

De meeste GaN-op-Si-groei gebruikt Si ((111), die hexagonale symmetrie compatibiliteit met GaN biedt.kan invloed hebben op stress ontspanning wegen en crack verspreiding gedrag, die indirect macroscopische warpage beïnvloeden.

Naarmate de diameters toenemen, gaat het substraattechnisch minder om het matchen van roosters en meer om mechanisch systeemontwerp.

Beheer van de groeitemperatuur en thermische oprit

De thermische geschiedenis speelt een cruciale rol bij het bepalen van de uiteindelijke vorm van de wafer.

Snelle temperatuurstijgingen tijdens de afkoeling hebben de neiging om de spanningsgradiënten over de waferdikte in te sluiten, waardoor de boog en de niet-uniforme warppages worden versterkt.Multi-stap koelprofielen zorgen voor gedeeltelijke spanningsrelaxatie door ontwrichtingsglijden en interfacial creep, waardoor de restkromming wordt verminderd.

Evenzo vermindert het verlagen van de piekgroei­temperatuur, wanneer deze verenigbaar is met de materiaalkwaliteit, de totale thermische excursie en dus de absolute CTE-mismatch-afstoting.Hoewel dit de kristallen kwaliteit enigszins kan beïnvloeden, kan de afweging gunstig zijn voor de vervaardigbaarheid bij grote diameter.

In de praktijk vereist waferboogoptimalisatie vaak het opnieuw definiëren van “optimale” groeitoestanden buiten puur elektronische prestatiemetrics.

Stress-symmetrie en de rol van backside engineering

Een opkomende aanpak voor boogbeheersing richt zich op het herstellen van de spanningssymmetrie over de wafer.

De voorzijde van de MEMS-module wordt door de MEMS-module gecompenseerd met een laag die de voorzijde van de MEMS-module op de voorzijde van de MEMS-module afdekt.Dit concept is nog steeds relatief onbekend bij de vervaardiging van GaN-on-Si..

Het verwijderen van de onevenwichtige dikte introduceert krommingsgradiënten die de epitaxiale boog kunnen verergeren of gedeeltelijk corrigeren.afhankelijk van de procescontrole.

Naarmate GaN-on-Si zich richt op echte CMOS-lijncompatibiliteit, zullen dergelijke holistische waferniveau-stressbalanseringsstrategieën waarschijnlijk van belang worden.

Metrologie-gedreven feedback: boog is een procesvariabel, geen defect

Een van de belangrijkste conceptuele verschuivingen in grote diameter GaN-epitaxie is het behandelen van waferboog als een controleerbare procesparameter in plaats van een postgroeifout.

Een hoge resolutie van de boog en warpage mapping, gecorreleerd met buffer ontwerp, temperatuur profielen, en wafer geschiedenis, maakt gesloten-loop optimalisatie.De doelstellingen van de boeg worden steeds vaker per processtap gedefinieerd., niet alleen als definitieve aanvaardingscriteria.

Deze data-gedreven aanpak brengt de productie van GaN in lijn met de filosofie die al lang wordt gebruikt in silicium-depressie-techniek, waarbij spanning opzettelijk wordt geïntroduceerd, gemeten,en uitgebuit in plaats van gewoon geminimaliseerd.

Uitkijken: van schadebeheersing tot stressontwerp

Het minimaliseren van de waferboog in grote diameter GaN-op-Si-epitaxie gaat niet langer om het elimineren van stress, een onmogelijke taak gezien fundamentele materiële mismatches.Het gaat om het intelligent ontwerpen van spanningen over lengteschalen., van atomaire interfaces tot full-wafer mechanica.

Als de industrie zich naar 200 mm en verder beweegt, zal het succes minder afhangen van incrementele verbeteringen van materialen en meer van co-ontwerp op systeemniveau van substraten, buffers, thermische processen,en metrologieIn die zin is de waferboog geen vervelende parameter, maar een diagnostisch venster in de mechanische gezondheid van de hele epitaxiale stapel.

Voor GaN-on-Si kan het beheersen van de kromming uiteindelijk net zo belangrijk zijn als het beheersen van elektronen.