先 进 技 术 公 司 领 先 研 究 报 告 系 列 公 司 材 料 造 就 晶 片 制 造 的 最 高 成 品 率 背 景 00 年 7 月 9 日, 先 进 技 术 公 司 公 司 收 购 了 Crystal Systems 公 司 (CSI) 在 过 去 0 年 的 历 史 中,CSI 引

先 进 技 术 公 司 领 先 研 究 报 告 系 列 摘 要 0 年 9 月 7 日 发 布 重 视 成 品 率 问 题 : 蓝 宝 石 材 质 对 晶 片 加 工 过 程 的 影 响 之 先 进 技 术 公 司 有 关 蓝 宝 石 材 料 项 目 的 部 分 特 征 说 明 公 司 材 料 造 就 晶 片 制 造 的 最 高 成 品 率 为 了 进 行 评 估, 我 们 选 取 了 5 根 两 英 寸 的 蓝 宝 石 晶 棒 这 些 晶 棒 是 从 采 用 不 同 的 蓝 宝 石 晶 体 生 长 技 术 的 材 料 中 选 取 出 来 的, 这 些 技 术 包 括 先 进 技 术 公 司 的 ASF 热 交 换 法 (HEM) 长 晶 炉,Kyropoulos( 泡 生 法 ), 以 及 另 一 种 类 似 HEM 的 长 晶 方 法 对 于 ASF 技 术 生 成 的 晶 棒, 我 们 基 于 晶 体 质 量 颜 色 气 体 含 量 等 属 性 选 取 了 一 组 样 品 组 合 本 研 究 使 用 了 个 ASF 样 品, 其 中 5 个 为 非 级 材 料 该 与 非 级 ASF 材 料 的 比 率 不 是 目 前 ASF 级 产 品 的 典 型 成 品 率, 而 是 为 了 确 保 采 用 的 分 析 方 法 能 够 有 效 帮 助 人 们 理 解 晶 体 缺 陷 对 制 造 成 品 率 的 影 响 而 特 意 选 择 的 比 率 分 析 其 他 材 料 时, 使 用 了 市 场 上 有 售 的 被 晶 棒 供 应 商 确 定 为 级 的 晶 棒 每 根 蓝 宝 石 晶 棒 的 晶 体 缺 陷 情 况 都 用 的 光 学 均 匀 性 技 术 (OHT) 进 行 了 量 化 和 分 级 晶 棒 的 选 取 基 于 实 验 设 计, 选 取 标 准 包 括 了 多 种 材 料 特 性, 以 显 示 外 延 晶 片 成 品 率 和 产 量 变 量 之 间 的 关 系, 包 括 长 晶 技 术 供 应 商 以 及 各 种 材 料 特 性 本 文 展 示 了 先 进 技 术 公 司 () 所 进 行 的 一 项 研 究 的 结 果, 总 结 了 蓝 宝 石 材 料 的 质 量 对 外 延 生 长 ( 即 开 即 用 型 ) 晶 片 制 造 过 程 的 影 响 晶 片 研 究 是 由 发 起 的 一 项 更 大 型 的 材 料 特 征 综 合 分 析 研 究 项 目 的 一 部 分, 该 项 目 旨 在 研 究 蓝 宝 石 材 料 特 性 对 高 亮 度 (HB) 价 值 链 上 的 整 个 制 造 过 程 的 影 响 本 研 究 所 介 绍 的 晶 片 评 估 得 出 的 结 论 是 : 蓝 宝 石 材 料 的 质 量 对 高 亮 度 衬 底 的 晶 片 制 造 成 品 率 有 直 接 的 影 响, 而 采 用 由 先 进 蓝 宝 石 炉 ASF 长 出 的 蓝 宝 石 材 料 所 生 产 的 晶 片 具 有 最 为 稳 定 的 几 何 形 状 ( 平 均 粗 糙 度 总 厚 度 变 化 弯 曲 度 和 翘 曲 度 ), 在 制 造 过 程 中 废 品 率 最 低 晶 片 废 品 率 与 晶 片 成 品 率 成 反 比, 对 晶 片 制 造 盈 利 性 有 直 接 影 响, 晶 片 几 何 特 征 一 致 则 是 下 游 外 延 生 长 和 器 件 制 造 的 要 求 在 本 研 究 中, 的 总 体 表 现 名 列 第 一, 因 此, 当 考 虑 影 响 高 亮 度 价 值 链 上 外 延 生 长 晶 片 制 造 过 程 的 经 济 因 素 时, 将 成 为 人 们 的 优 先 选 择 除 了 本 摘 要 指 出 的 研 究 结 果 之 外, 本 研 究 还 确 定, 虽 然 本 研 究 中 的 蓝 宝 石 材 料 的 腐 蚀 坑 密 度 (EPD) 结 果 差 异 很 大, 但 腐 蚀 坑 密 度 与 晶 片 整 体 性 能 相 关 性 不 高 事 实 上, 本 研 究 得 出 的 结 论 是 :EPD 最 低 的 材 料 在 切 片 上 表 现 很 差, 废 品 率 最 高 www.gtat.com

先 进 技 术 公 司 领 先 研 究 报 告 系 列 公 司 材 料 造 就 晶 片 制 造 的 最 高 成 品 率 背 景 00 年 7 月 9 日, 先 进 技 术 公 司 公 司 收 购 了 Crystal Systems 公 司 (CSI) 在 过 去 0 年 的 历 史 中,CSI 引 领 了 世 界 上 最 高 质 量 的 蓝 宝 石 长 晶 技 术, 在 超 过 年 的 时 间 里 一 直 积 极 致 力 于 为 行 业 供 应 优 质 蓝 宝 石 材 料 该 项 目 旨 在 覆 盖 整 个 制 造 价 值 链, 从 晶 体 生 长 到 最 终 的 器 件, 再 到 灯 泡 产 品 的 概 念 验 证 ( 图 ) 本 项 目 的 架 构 经 过 专 门 设 计, 目 的 在 于 借 助 声 誉 卓 著 的 实 验 室 和 主 要 制 造 商 的 力 量, 通 过 屏 蔽 所 有 材 料 的 来 源 和 参 数, 以 此 获 得 客 观 无 偏 颇 的 数 据 蓝 宝 石 材 料 认 证 覆 盖 整 个 制 造 价 值 链 的 盲 敝 研 究 公 司 在 马 萨 诸 塞 州 塞 勒 姆 市 运 营 一 间 现 代 化 的 蓝 宝 石 生 产 工 厂, 该 工 厂 既 生 产 优 质 蓝 宝 石 晶 锭 和 晶 棒, 同 时 也 是 公 司 ASF 客 户 的 技 术 研 发 中 心 和 培 训 中 心 收 购 完 成 后, 公 司 将 蓝 宝 石 工 厂 的 产 能 提 高 到 了 倍, 同 时, 将 ASF 炉 子 实 现 了 商 业 化, 旨 在 为 业 界 提 供 一 种 极 具 竞 争 力 的 商 业 化 市 场 蓝 宝 石 长 晶 炉 解 决 方 案, 使 新 进 业 者 能 够 发 展 蓝 宝 石 衬 底 业 务, 满 足 行 业 对 蓝 宝 石 衬 底 日 益 增 长 的 需 求 在 0 年 初, 发 起 了 一 个 大 规 模 的 蓝 宝 石 材 料 材 质 认 证 项 目, 项 目 旨 在 确 定 影 响 高 亮 度 元 器 件 制 造 的 蓝 宝 石 材 料 标 准 该 项 目 的 一 个 重 要 组 成 部 分 是 聘 请 第 三 方 分 析 实 验 室 和 材 料 科 学 专 家 对 蓝 宝 石 的 基 本 性 质 进 行 分 析 研 究 本 研 究 的 目 标 为 :) 识 别 直 接 影 响 晶 片 制 造 商 的 成 品 率 以 及 元 器 件 的 性 能 的 关 键 指 标 ;) 确 定 不 同 的 蓝 宝 石 生 长 技 术 是 否 会 带 来 某 些 特 定 的 材 料 特 性, 从 而 对 的 性 能 造 成 影 响 此 的 重 点 是 盲 敝 晶 片 研 究 和 蓝 宝 石 质 量 对 晶 片 加 工 工 艺 的 影 响 从 众 多 第 三 方 分 析 实 验 室 和 一 流 的 晶 片 和 工 艺 测 量 专 家 那 里 得 到 了 大 量 数 据 和 分 析 结 果, 数 据 规 模 超 过 中 所 报 告 的 数 据 量 这 包 括 ASF 材 料 的 纯 度 和 卓 越 的 晶 体 均 匀 度 方 面 的 数 据 正 与 一 家 一 流 的 MOCVD 原 始 设 备 制 造 商 以 及 几 家 知 名 元 器 件 制 造 商 就 英 寸 英 寸 和 6 英 寸 衬 底 工 艺 进 行 合 作, 目 前 已 处 于 元 器 件 制 造 分 析 的 最 后 阶 段 线 切 割 超 声 波 清 洗 研 磨 超 声 波 清 洗 磨 边 背 面 标 记 退 火 超 声 波 清 洗 单 / 双 面 抛 光 化 学 机 械 研 磨 抛 光 检 验 测 量 正 面 标 记 最 后 清 洁 封 装 图 外 延 晶 片 制 造 工 艺 0 AT Corporation 公 司 材 料 造 就 晶 片 制 造 的 最 高 成 品 率

输 入 蓝 宝 石 的 可 测 量 基 本 属 性 OHT( 小 角 度 晶 界 晶 体 结 构 气 泡 测 量 方 法 ) 干 涉 测 量 传 输 (00 800nm) GDMS( 元 素 分 析 ) 材 料 颜 色 分 析 ( 颜 色 测 量 ) X- 射 线 ( 结 晶 学 分 析 ) 激 光 检 测 和 表 面 测 量 ( 外 延 前 后 自 动 激 光 晶 片 检 测 ) X- 射 线 衍 射 ( 晶 体 微 结 构 ) 物 理 性 质 工 艺 工 艺 变 量 与 宏 观 交 互 作 用 蓝 宝 石 晶 锭 晶 棒 成 品 外 延 生 长 晶 片 晶 片 芯 片 照 明 ( 先 进 技 术 ) 切 片 研 究 ( 第 三 方 ) MOCVD 研 究 ( 第 三 方 ) 设 备 制 造 ( 第 三 方 ) 照 明 设 备 ( 第 三 方 ) 晶 体 生 长 ( 成 品 率 工 艺 ) 晶 棒 切 片 ( 工 艺 与 性 能 ) 外 延 生 长 ( 工 艺 与 性 能 ) 制 造 ( 工 艺 与 性 能 ) 灯 具 概 念 验 证 晶 棒 精 加 工 ( 工 艺 ) 外 延 晶 片 分 析 ( 晶 片 成 品 率 Ra TTV 表 面 起 伏 度 翘 曲 度 )) 晶 片 EPD 分 析 ( 坑 / cm ) 照 片 荧 光 ( 灯 度 量 波 长 颜 色 亮 度 ) 领 先 的 计 量 技 术 公 司 ( 外 延 后 自 动 激 光 晶 片 检 测 ) 电 气 性 能 ( 正 向 电 压 反 向 漏 电 流 等 ) 灯 性 能 ( 峰 值 波 长 量 度 分 级 ) 输 出 成 品 率 设 备 性 能 经 济 学 图 - 单 面 抛 光 英 寸 工 艺 晶 片 材 料 成 品 率 (mm 质 量 成 本 ) 晶 片 成 品 率 和 质 量 ( 晶 片 成 品 率 晶 片 几 何 属 性 每 个 晶 片 成 本 ) 外 延 晶 片 成 品 率 和 性 能 ( 外 延 效 率 低 缺 陷 性 能 ) 设 备 成 品 率 ( 设 备 颜 色 分 级 量 度 电 学 性 能 ) 照 明 设 备 ( 美 学 性 能 亮 度 使 用 寿 命 ) 图 - 特 征 描 述 研 究 概 述 盲 敝 晶 片 研 究 此 次 评 价 工 作 聚 焦 于 产 业 价 值 链 的 关 键 环 节 外 延 晶 片 蓝 宝 石 衬 底 的 制 造 ( 图 ) 为 了 确 定 不 同 的 材 料 参 数 和 生 长 技 术 对 外 延 晶 片 制 造 的 影 响, 我 们 找 到 了 一 个 知 名 晶 片 制 造 商 对 材 料 进 行 加 工 为 了 此 次 试 验, 我 们 选 取 了 英 寸 的 晶 棒, 这 主 要 因 为 该 晶 棒 来 源 丰 富 而 且 在 各 厂 商 之 间 实 现 了 标 准 化 材 料 取 自 四 个 蓝 宝 石 生 产 商, 包 括, 他 们 运 用 不 同 的 生 长 技 术 ( 如.0 摘 要 中 所 述 ) 生 产 该 材 料 此 外, 我 们 还 得 到 了 每 种 材 料 的 晶 棒 长 度 数 据, 这 些 数 据 在 统 计 学 上 具 有 重 要 意 义 该 实 验 完 整 的 样 本 库 包 括 5 个 英 寸 的 晶 棒, 材 料 总 长 度 约 500 毫 米 ( 图 ) 为 了 确 保 数 据 始 终 公 正 无 偏 差, 提 供 给 晶 片 制 造 商 的 所 有 样 品 都 独 立 标 记, 去 掉 其 供 应 商 来 源 标 识 交 货 前, 所 有 的 材 料 都 依 据 公 司 的 光 学 均 匀 性 技 术 (OHT 法 ) 进 行 了 检 测 和 质 量 分 级 此 外, 在 研 究 过 程 中, 我 们 还 对 制 造 出 来 的 晶 片 进 行 了 EPD 分 析 0 AT Corporation 公 司 材 料 造 就 晶 片 制 造 的 最 高 成 品 率

先 进 技 术 公 司 领 先 研 究 报 告 系 列 公 司 材 料 造 就 晶 片 制 造 的 最 高 成 品 率 制 造 商 把 所 有 5 个 晶 棒 都 加 工 成 了 单 面 抛 光 的 晶 片 加 工 进 度 表 随 机 确 定, 以 降 低 工 艺 偏 差 的 影 响 并 确 保 数 据 能 够 反 映 材 料 特 性 差 异 我 们 搜 集 了 大 量 关 键 制 造 工 艺 阶 段 的 资 料, 包 括 晶 片 几 何 参 数 ( 平 均 粗 糙 度 总 厚 度 变 化 弯 曲 度 和 翘 曲 度 ) 和 晶 片 废 品 率 步 骤 将 折 射 率 匹 配 液 涂 于 晶 棒 表 面, 增 加 整 个 晶 锭 或 晶 棒 块 料 的 透 度 然 后 用 高 强 度 光 穿 透 整 个 晶 锭 或 晶 棒, 通 过 肉 眼 检 测 材 料 最 后 由 经 过 培 训 的 技 术 人 员 识 别 晶 棒 上 的 气 泡 裂 纹 以 及 杂 质 缺 陷, 并 标 记 相 应 的 缺 陷 位 置 晶 体 内 存 在 一 个 气 泡 中 等 量 的 气 泡 大 量 气 泡 图 蓝 宝 石 中 的 气 泡 缺 陷 评 价 步 骤 光 学 均 匀 性 技 术 (OHT) 步 骤 将 材 料 运 送 至 晶 片 加 工 厂 之 前, 需 要 采 用 OHT 对 所 有 晶 棒 进 行 分 级 公 司 ( 前 身 为 CSI 公 司 ) 在 过 去 0 年 中 开 发 并 完 善 了 OHT 技 术, 能 够 对 生 产 出 来 的 蓝 宝 石 材 料 进 行 分 级, 针 对 多 种 不 同 的 蓝 宝 石 应 用 市 场 ( 包 括 高 亮 度 市 场 ) 对 蓝 宝 石 材 料 进 行 材 质 鉴 定 和 应 用 定 位 OHT 的 步 骤 包 括 利 用 高 强 度 光 检 测 材 料 裂 纹 气 泡 和 杂 质 以 及 再 通 过 偏 振 光 检 测 晶 格 缺 陷 和 小 角 度 晶 界 ( 系 谱 ) 高 强 度 光 照 检 测 步 骤 高 强 度 光 照 检 测 法 能 够 对 块 料 的 缺 陷 进 行 非 常 准 确 的 分 析, 是 一 种 高 效 的 检 测 方 法 这 些 缺 陷 的 存 在 会 严 重 影 响 晶 片 制 造 和 氮 化 鎵 (GaN) 生 长 的 金 属 有 机 化 学 气 相 沉 积 (MOVCD) 过 程 蓝 宝 石 材 料 的 缺 陷 种 类 包 括 气 泡 杂 质 和 气 体 在 倍 放 大 情 况 下 可 见 的 气 泡 缺 陷 会 降 低 外 延 生 长 晶 片 的 成 品 率 对 于 这 些 缺 陷 的 准 确 检 测 能 够 确 保 材 料 的 充 分 利 用, 提 高 成 品 率 需 要 的 设 备 高 强 度 光 源 ( 安 装 有 透 镜 和 光 纤 光 导 的 实 验 室 照 明 装 置 ) 折 射 率 匹 配 液 分 级 步 骤 气 泡 是 晶 体 内 部 的 受 困 气 体 或 者 真 空 孔 如 果 最 终 形 成 的 气 泡 不 在 块 料 内 部, 而 是 位 于 或 靠 近 外 延 面, 那 么 这 种 缺 陷 就 会 导 致 GaN 生 长 过 程 中 产 生 局 部 缺 陷, 影 响 外 延 生 长 晶 片 的 成 品 率 图 显 示 了 蓝 宝 石 中 的 受 困 气 体 OHT 法 依 据 气 泡 的 出 现 频 率 和 大 小 分 布 对 材 料 进 行 分 级 如 果 最 终 形 成 的 气 泡 足 够 小 或 者 位 于 外 延 生 长 晶 片 的 内 部 深 处 而 非 表 面, 那 么 这 种 气 泡 可 能 不 会 对 的 制 造 过 程 造 成 影 响 只 有 表 面 存 在 的 缺 陷 会 对 GaN 生 长 质 量 和 下 游 产 品 成 品 率 带 来 负 面 影 响 偏 振 光 检 测 步 骤 会 对 所 有 出 厂 的 基 片 蓝 宝 石 晶 棒 进 行 偏 振 光 检 测 这 种 检 测 方 法 用 于 材 料 晶 格 质 量 分 级 需 要 的 设 备 偏 振 光 源 ( 镀 有 偏 光 膜 的 灯 盒 ) 或 偏 振 光 台 偏 光 眼 镜 折 射 率 匹 配 液 操 作 手 套 0 AT Corporation 公 司 材 料 造 就 晶 片 制 造 的 最 高 成 品 率

步 骤 将 晶 棒 置 于 偏 振 光 源 前 端 将 折 射 率 匹 配 液 涂 抹 于 晶 棒 表 面, 提 高 图 像 清 晰 度 然 后 通 过 偏 光 眼 镜 检 测 晶 棒 的 块 料 缺 陷 详 细 步 骤 见 下 图 ( 图 5 - OHT 过 程 ) 近 乎 完 美 的 晶 格 结 构 利 用 高 强 度 光 检 测 蓝 宝 石 晶 棒 的 气 泡 和 杂 质 利 用 偏 振 光 检 测 晶 棒 的 晶 体 结 构 质 量 轻 微 的 晶 格 变 形 中 等 程 度 的 晶 格 变 形 晶 棒 气 泡 / 气 体 / 杂 质 高 强 度 光 源 镀 有 偏 光 膜 的 光 台 蓝 宝 石 晶 棒 马 耳 他 十 字, 显 示 晶 锭 的 晶 体 结 构 偏 光 眼 镜 严 重 的 晶 格 变 形 图 6 蓝 宝 石 中 的 晶 格 缺 陷 在 高 强 度 白 光 照 射 下, 用 肉 眼 检 测 气 体 散 射 和 杂 质 在 整 个 晶 棒 受 到 高 强 度 光 照 的 情 况 下 进 行 检 测 能 够 非 常 准 确 地 反 映 材 料 内 部 的 气 体 含 量 可 以 在 晶 棒 上 标 记 气 体 或 气 泡, 并 视 气 泡 大 小 和 分 布 情 况 决 定 去 除 或 是 进 行 晶 片 加 工 图 5 OHT 步 骤 分 级 工 序 对 材 料 的 分 级 依 据 一 系 列 可 变 因 素 进 行, 包 括 晶 格 畸 变 小 角 度 晶 界 ( 系 谱 ) 孪 晶 和 杂 质 孪 晶 和 杂 质 很 少 出 现, 所 以 本 文 不 予 讨 论 利 用 镀 有 偏 光 膜 的 光 台 和 偏 光 眼 镜 对 晶 锭 进 行 偏 振 光 检 测 可 以 观 测 到 晶 体 的 马 耳 他 十 字, 对 整 个 晶 棒 的 晶 体 结 构 进 行 准 确 的 缺 陷 分 析, 包 括 小 角 度 晶 界 ( 系 谱 ) 孪 晶 和 晶 格 畸 变 晶 格 畸 变 晶 体 分 子 的 原 子 间 结 构 如 果 出 现 局 部 或 全 局 裂 痕 就 会 导 致 晶 格 畸 变 的 产 生 晶 格 错 位 的 程 度 可 能 不 尽 相 同, 利 用 交 叉 偏 振 光 可 以 检 测 到 图 6 - 蓝 宝 石 中 的 晶 格 点 阵 缺 陷 呈 现 了 种 逐 渐 严 重 的 晶 格 畸 变 情 况 0 AT Corporation 公 司 材 料 造 就 晶 片 制 造 的 最 高 成 品 率 5

先 进 技 术 公 司 领 先 研 究 报 告 系 列 公 司 材 料 造 就 晶 片 制 造 的 最 高 成 品 率 无 系 谱 缺 陷 晶 体 轻 微 小 角 度 晶 界 ( 系 谱 缺 陷 ) 小 角 度 晶 界 如 果 在 同 一 块 材 料 中 出 现 两 种 不 同 的 晶 向 就 会 导 致 出 现 小 角 度 晶 界 小 角 度 晶 界 的 严 重 程 度 取 决 于 晶 格 失 配 的 程 度 这 种 缺 陷 有 时 候 被 称 为 晶 体 的 系 谱 缺 陷 图 7 - 小 角 度 晶 界 系 谱 缺 陷 显 示 的 是 晶 片 局 部 的 一 个 小 角 度 晶 界 材 料 外 表 面 的 精 细 研 磨 层 能 在 很 大 程 度 上 提 高 晶 体 块 料 的 晶 锭 或 晶 棒 透 明 度 完 美 的 晶 体 是 不 存 在 的, 经 过 培 训 的 操 作 人 员 能 够 判 断 缺 陷 的 不 同 等 级 设 立 了 一 个 可 接 受 的 缺 陷 严 重 等 级 标 准, 但 某 些 制 造 流 程 对 所 使 用 的 材 料 质 量 要 求 可 能 会 更 低 或 者 更 高 操 作 人 员 必 须 经 过 培 训, 才 能 够 判 断 晶 体 的 质 量 等 级 或 者 马 耳 他 十 字 的 变 形 程 度 是 否 在 可 接 受 的 标 准 之 内, 以 及 识 别 晶 界 及 其 严 重 程 度 项 目 规 格 材 料 高 纯 度 Al O 单 晶 直 径 50.8±0.5mm 厚 度 0±0µm C 面 (000) 取 向 斜 角 0.0 ±0. (M 轴 ); 0±0. (A 轴 ) 基 准 面 6.0±.0mm 主 参 考 面 定 位 A 轴 [-0]±0. 前 端 面 外 延 生 长 级 抛 光 表 面 粗 糙 度 Ra<0.nm 边 缘 倒 棱 用 5 度 角 倒 棱 研 磨 后 端 面 精 细 研 磨 Ra=.0±0.µm 总 厚 度 变 化 (TTV) <0µm 弯 曲 度 / 翘 曲 度 +~-0µm/<0µm 封 装 无 尘 室 氮 气 气 氛 图 8 外 延 晶 片 规 格 晶 片 加 工 步 骤 外 延 晶 片 的 生 产 采 用 标 准 的 两 英 寸 加 工 工 序 外 延 晶 片 规 格 具 有 可 接 受 程 度 的 小 角 度 晶 界 ( 轻 微 系 谱 缺 陷 ) 的 产 品 等 级 选 择 先 进 的 晶 片 厂 进 行 评 价 将 所 有 的 5 根 晶 棒 运 送 至 晶 片 厂 做 上 标 记, 隐 藏 来 源 和 质 量, 以 确 保 盲 评, 不 偏 向 于 任 何 供 应 商 或 者 生 长 方 法 图 8- 外 延 晶 片 规 格 列 出 了 晶 片 厂 提 供 的 外 延 生 长 晶 片 规 格 M C W S ABC00000 明 显 的 小 角 度 晶 界 会 影 响 GaN 生 长 ( 明 显 系 谱 缺 陷 ) H D A B C C 图 7 小 角 度 晶 界 系 谱 缺 陷 C 图 8 外 延 晶 片 规 格 6 0 AT Corporation 公 司 材 料 造 就 晶 片 制 造 的 最 高 成 品 率

图 9 EPD 采 样 图 腐 蚀 坑 密 度 (EPD) 分 析 步 骤 蓝 宝 石 行 业 采 用 EPD 分 析 法 对 用 于 衬 底 的 蓝 宝 石 材 料 进 行 晶 片 级 的 辅 助 分 析 检 测 EPD 法 是 一 种 破 坏 性 的 分 析 方 法, 通 过 这 种 方 法 可 以 在 一 定 程 度 上 了 解 晶 体 结 构 和 晶 体 表 面 质 量 采 用 EPD 分 析 法 可 以 获 得 晶 片 经 过 化 学 蚀 刻 后 表 面 的 坑 数 这 种 检 测 方 法 会 检 测 单 位 面 积 内 的 EPD 数, 并 且 会 与 晶 体 结 构 和 晶 片 制 造 过 程 中 形 成 的 表 面 损 坏 (Robert T. Bondokov, 006 ) 相 联 系 公 司 也 进 行 EPD 分 析, 从 判 断 和 非 蓝 宝 石 质 量 的 可 靠 性 方 面 将 EPD 方 法 与 OHT 方 法 进 行 对 比 完 成 晶 片 加 工 后, 从 这 5 根 晶 棒 的 每 一 根 上 各 选 出 个 晶 片, 晶 片 位 于 晶 棒 两 段 各 约 0mm 深 处 然 后, 对 选 出 的 50 个 晶 片 进 行 EPD 分 析, 需 要 在 每 个 晶 片 上 测 量 9 个 点 图 9 显 示 了 蓝 宝 石 晶 片 上 的 测 量 分 布 图 结 果 OHT 分 级 结 果 如 前 所 述,OHT 工 序 被 用 于 对 所 有 蓝 宝 石 块 料 进 行 单 个 检 验 和 分 级 本 研 究 使 用 了 个 ASF 样 品, 其 中 5 个 为 非 级 材 料 该 与 非 级 ASF 材 料 的 比 率 不 是 目 前 ASF 级 产 品 的 典 型 成 品 率, 而 是 为 了 确 保 采 用 的 分 析 方 法 能 够 有 效 帮 助 人 们 理 解 晶 体 缺 陷 对 制 造 成 品 率 的 影 响 而 选 择 的 比 率 分 析 其 他 材 料 时, 使 用 了 市 场 上 有 售 的 被 晶 棒 供 应 商 确 定 为 级 的 晶 棒 公 司 训 练 有 素 经 验 丰 富 的 技 术 人 员 对 每 一 根 没 有 名 称 和 标 识 的 晶 棒 都 进 行 了 检 验 和 分 级, 给 予 定 级 评 分 下 图 是 一 个 简 化 的 分 级 结 果, 只 有 和 非 两 个 等 级 实 际 情 况 下, 为 了 区 分 不 同 等 级 晶 棒 的 细 微 质 量 区 别, 会 对 晶 棒 级 别 加 以 细 分 图 0 - OHT 的 表 格 中 也 给 出 了 晶 棒 供 应 商 标 记 的 晶 棒 等 级 公 司 采 用 OHT 检 测 法 对 即 将 用 做 衬 底 的 蓝 宝 石 材 料 进 行 分 析 和 检 测 OHT 法 能 够 有 效 地 检 测 出 小 角 度 晶 界 和 气 泡 缺 陷, 众 所 周 知, 这 些 缺 陷 会 影 响 外 延 生 长, 进 而 影 响 器 件 的 成 品 率 颜 色 以 及 电 气 性 能 供 应 商 竞 争 者 竞 争 者 竞 争 者 竞 争 者 竞 争 者 竞 争 者 竞 争 者 竞 争 者 竞 争 者 竞 争 者 竞 争 者 竞 争 者 生 长 法 ASF 类 HEM 图 0 OHT 检 测 结 果 表 供 应 商 标 记 等 级 非 非 非 非 非 OHT 分 级 结 果 非 非 非 非 非 非 非 非 0 AT Corporation 公 司 材 料 造 就 晶 片 制 造 的 最 高 成 品 率 7

先 进 技 术 公 司 领 先 研 究 报 告 系 列 公 司 材 料 造 就 晶 片 制 造 的 最 高 成 品 率 盲 码 CS-9 检 测 晶 片 数 平 均 值 6 EPD 标 准 偏 差 最 大 值 平 均 05 7 最 小 值 平 均 5 CS-99 85 65 559 CS-75 6 85 07 CS-89 65 8 8 OHT 技 术 能 够 有 效 地 检 测 出 CS--688 CS--9 CS-5 CS-7 66 7 7 80 6 07 77 57 66 950 8 89 660 9 6 765 小 角 度 晶 界 和 气 泡 缺 陷 这 些 会 影 响 外 延 生 长, 进 而 影 响 器 件 的 CS-5 CS-99 CS-8 CS-89 CS-67 CS-68 CS-77 CS-5 CS-609 86 568 67 670 655 0 58 5 55 7 8 6 88 65 006 68 69 87 9 898 8 78 77 8 550 55 7 78 8 60 55 66 7 685 成 品 率 CS-8 CS-6 6 77 0 77 8 50 CS- 5 8 8 CS-9 9 85 0 8 CS-96 68 0 70 60 CS- 60 7 67 6 CS-99 5 59 95 CS-76 898 55 9 60 图 EPD 分 析 结 果 表 EPD 分 析 结 果 如 图 - EPD 分 析 结 果 表 所 示, 用 于 分 析 的 5 根 晶 棒 中, 根 的 EPD 分 析 结 果 低 于 000 个 / 平 方 厘 米 两 个 已 通 过 EPD 测 试 ( 低 于 000 个 / 平 方 厘 米 ) 的 样 品 来 源 于 用 OHT 检 测 法 测 定 为 非 级 的 材 料 这 表 明 OHT 法 能 够 检 测 出 关 键 的 材 料 缺 陷, 而 EPD 法 却 不 能, 因 而 进 一 步 说 明 OHT 法 是 一 种 更 强 大 更 可 靠 的 级 蓝 宝 石 分 级 技 术 我 们 的 研 究 分 析 发 现, 公 司 采 用 的 样 品 中 一 些 EPD 数 很 高 的 晶 棒 在 下 面 的 OHT 法 检 测 结 果 中 却 因 为 存 在 系 谱 或 者 小 角 度 晶 界 缺 陷 而 被 定 为 低 于 级 产 品 尽 管 EPD 分 析 法 和 OHT 检 测 法 之 间 存 在 一 定 的 联 系, 但 一 些 包 含 异 常 数 据 却 具 有 低 EPD 数 的 样 品 还 是 因 为 存 在 明 显 的 系 谱 缺 陷 而 被 OHT 法 测 定 为 非 级 这 种 系 谱 缺 陷 是 在 外 延 生 长 过 程 中 制 造 高 亮 度 时 的 重 要 缺 陷, 具 有 这 种 缺 陷 的 晶 体 通 常 被 认 为 是 废 品 于 是, 我 们 更 加 有 理 由 认 为 EPD 分 析 法 不 能 全 面 反 映 蓝 宝 石 材 料 的 质 量, 因 为 这 种 方 法 无 法 检 测 到 某 些 重 要 的 缺 陷 共 有 5 根 晶 棒 被 OHT 法 定 级 为 低 于 级, 但 是 标 准 的 EPD 评 价 程 序 却 认 为 这 些 晶 棒 已 达 到 级 ( 图 ) 8 0 AT Corporation 公 司 材 料 造 就 晶 片 制 造 的 最 高 成 品 率

总 地 来 说, 本 项 研 究 表 明 EPD 法 不 是 一 种 衡 量 或 控 制 材 料 质 量 的 有 效 方 法, 因 为 采 用 这 种 方 法 检 测 通 过 的 6 个 样 本 经 OHT 法 鉴 定 存 在 重 要 缺 陷, 会 影 响 的 制 造 并 造 成 晶 片 损 失 换 句 话 说,OHT 法 能 够 在 加 工 晶 片 之 前 识 别 出 所 有 缺 陷 材 料, 避 免 了 晶 片 损 失 为 了 进 一 步 证 实 此 观 点, 会 进 行 更 深 入 的 实 验 获 取 有 关 OHT 法 和 EPD 法 可 靠 性 对 比 的 更 多 支 持 性 数 据 观 察 EPD 法 不 是 一 种 衡 量 或 控 制 晶 棒 样 本 EPD ( 坑 / 平 方 厘 米 ) 平 均 值 标 准 偏 差 最 大 值 平 均 最 小 值 平 均 6 85 6 65 05 65 85 7 559 07 8 5 8 EPD 分 级 (<000 个 坑 / 平 方 厘 米 OHT 分 级 结 果 EPD 法 未 检 测 到 质 量 问 题 材 料 质 量 的 有 效 方 法 5 6 7 8 66 7 7 80 6 07 77 57 66 950 8 89 660 9 6 765 非 失 误 9 86 7 9 78 非 失 误 0 568 8 898 8 非 非 67 6 8 非 失 误 670 88 78 60 655 65 77 55 非 失 误 0 006 8 5 58 68 550 66 非 6 5 69 55 7 非 失 误 7 55 87 7 685 非 非 8 77 8 9 6 0 77 50 0 5 8 8 9 85 0 8 68 0 70 60 60 7 67 6 5 59 95 5 898 55 9 60 非 失 误 图 EPD 法 和 OHT 法 检 测 结 果 对 比 0 AT Corporation 公 司 材 料 造 就 晶 片 制 造 的 最 高 成 品 率 9

先 进 技 术 公 司 领 先 研 究 报 告 系 列 公 司 材 料 造 就 晶 片 制 造 的 最 高 成 品 率 晶 片 废 品 率 是 衡 量 材 料 质 量 的 好 指 标 它 表 明 了 未 达 到 晶 片 厂 提 出 的 外 延 生 长 晶 片 规 格 的 晶 片 百 分 比 EPD 分 析 结 果 表 明 公 司 所 有 经 OHT 法 鉴 定 为 级 或 以 上 等 级 的 样 品 的 平 均 EPD 数 为 个 坑 / 平 方 厘 米 而 其 他 供 应 商 的 材 料 的 EPD 数 分 别 为 9 98 68 个 坑 / 平 方 厘 米 ( 图 ) 对 比 和 ASF 可 以 看 出, 采 用 生 长 技 术 的 材 料 每 平 方 厘 米 的 EPD 统 计 平 均 值 远 高 于 公 司 ASF 生 长 的 材 料, 平 均 下 来 是 ASF 的 两 倍 供 应 商 竞 争 者 竞 争 者 竞 争 者 图 EPD 法 分 析 结 果 生 长 技 术 ASF 类 HEM 平 均 EPD 数.00 9.60 97.67 68. 晶 片 加 工 结 果 晶 片 加 工 结 果 通 过 评 价 退 火 前 后 的 晶 片 质 量 以 及 追 踪 晶 片 废 品 率 来 衡 量, 该 废 品 率 体 现 了 损 坏 或 者 不 符 合 外 延 晶 片 规 格 的 晶 片 数 目 关 键 看 点 在 于 每 一 根 晶 棒 所 生 产 出 的 成 品 晶 片 ( 符 合 规 格 ) 数 和 不 合 格 晶 片 数 之 比 和 晶 片 成 品 率 成 反 比 的 晶 片 废 品 率, 是 衡 量 晶 片 加 工 退 火 以 及 抛 光 过 程 中 材 料 性 能 的 关 键 性 依 据 图 晶 片 废 品 率 是 材 料 质 量 的 一 个 可 靠 指 标, 它 表 明 了 未 达 到 晶 片 厂 提 出 的 外 延 生 长 晶 片 规 格 的 晶 片 百 分 比 在 本 项 研 究 中, 公 司 级 材 料 的 晶 片 废 品 率 最 低 供 应 商 竞 争 者 竞 争 者 竞 争 者 生 长 技 术 ASF 类 HEM 图 晶 片 废 品 率 结 果 表 损 失 晶 片 率.% 6.0% 6.9%.0% 总 体 排 名 图 5 - 下 表 列 出 各 个 供 应 商 与 晶 片 性 能 相 关 的 晶 片 度 量 结 果 及 排 名 此 次 评 价 对 退 火 后 的 晶 片 几 何 数 据 ( 包 括 平 均 粗 糙 度 总 厚 度 变 化 弯 曲 度 和 翘 曲 度 ) 进 行 了 测 量 和 分 析 平 坦 的 晶 片 几 何 特 征 意 味 着 表 面 翘 曲 度 和 绝 对 弯 曲 度 较 低, 晶 片 与 MOCVD 载 体 的 热 接 触 面 积 最 大, 从 而 获 得 最 理 想 的 晶 片 温 度 这 种 情 况 直 接 影 响 了 的 波 长 均 匀 度, 实 现 了 器 件 成 品 率 以 及 合 格 器 件 价 格 上 涨 空 间 的 最 大 化 ( MOCVD 氮 化 镓 材 料 生 长 现 场 度 量 技 术 新 进 展,00 年 0 月 ) 供 应 商 生 长 技 术 退 火 后 总 体 排 名 平 均 Ra 平 均 TTV 平 均 表 面 起 伏 度 平 均 翘 曲 度 竞 争 者 竞 争 者 竞 争 者 ASF 类 HEM.5...0 6.7 6.6 8.60 7.87.9.9 6.08.56-0.76 -..8 -.06 图 5 晶 片 度 量 结 果 及 排 名 0 0 AT Corporation 公 司 材 料 造 就 晶 片 制 造 的 最 高 成 品 率

结 果 汇 总 公 司 的 晶 片 成 品 率 排 名 第 一 这 点 非 常 重 要, 因 为 晶 片 成 品 率 直 接 影 响 到 利 润 供 应 商 竞 争 者 竞 争 者 竞 争 者 生 长 技 术 ASF 类 HEM 图 6 结 果 汇 总 排 名 EPD 平 均 数 整 体 排 名 是 基 于 损 失 晶 片 比 EPD 分 析 结 果 以 及 晶 片 几 何 特 征 做 出 的 该 评 价 中 的 排 名 将 每 个 变 量 划 分 为 ~ 个 等 级, 表 示 最 佳 性 能, 表 示 最 差 性 能 ( 图 6) 本 分 析 表 明 相 对 于 - 号 竞 争 者, ASF 材 料 的 平 均 得 分 最 高 其 他 重 要 研 究 发 现 包 括 : 最 重 要 的 是, 从 晶 片 成 品 率 来 看, 排 名 第 一 ( 由. 部 分 所 描 述 的 晶 片 废 品 率 决 定 的 晶 片 产 品 成 品 率 ) 这 点 非 常 重 要, 因 为 晶 片 成 品 率 直 接 影 响 到 晶 片 制 造 商 的 利 润 采 用 不 同 的 长 晶 技 术 生 成 的 材 料 之 间 在 统 计 学 上 有 着 显 著 的 可 量 化 的 差 别 ASF 长 晶 方 法 生 成 的 材 料 整 体 上 有 着 最 好 的 晶 片 几 何 特 征, 即 包 括 平 均 粗 糙 度 总 厚 度 变 化 弯 曲 度 和 翘 曲 度 等 指 标 这 也 确 保 了 使 用 ASF 生 长 材 料 的 晶 片 制 造 商 的 竞 争 优 势, 因 为 晶 片 几 何 特 征 同 外 延 生 长 过 程 中 的 下 游 加 工 工 艺 有 着 直 接 的 关 联, 在 此 过 程 中 MOCVD 炉 室 对 晶 片 几 何 特 征 有 着 特 定 的 要 求 晶 片 加 工 分 析 排 名 结 果 晶 片 加 工 性 能 平 均 Ra 平 均 TTV 平 均 表 面 起 伏 度 平 均 翘 曲 度 晶 片 产 量 本 项 研 究 证 实 了 的 光 学 均 匀 法 (OHT) 的 有 效 性, 年 来, 这 一 方 法 一 直 被 用 于 向 高 亮 度 行 业 提 供 稳 定 的 级 高 质 量 材 料 OHT 法 所 鉴 定 的 材 料 级 别 经 证 实 同 晶 片 的 废 品 率 相 关 这 种 关 联 性 验 证 了 高 质 量 蓝 宝 石 块 料 对 外 延 晶 片 制 造 工 艺 的 价 值 本 项 研 究 表 明, 利 用 公 司 ASF 技 术 生 长 的 材 料 整 体 性 能 比 其 他 包 括 Kyropulos( 泡 生 法 ) 和 类 HEM 在 内 的 长 晶 方 法 所 生 产 的 材 料 都 要 好 的 ASF 材 料 在 重 要 的 衡 量 指 标 晶 片 成 品 率 方 面 排 名 最 高, 而 晶 片 成 品 率 直 接 影 响 晶 片 制 造 商 的 利 润, 因 此 是 一 个 非 常 重 要 的 度 量 指 标 另 外, 实 践 表 明, 的 ASF 材 料 还 具 有 其 他 一 些 优 点, 比 如 改 善 晶 片 几 何 特 征, 从 而 使 晶 片 制 造 商 在 下 游 客 户 竞 争 上 具 有 较 大 的 竞 争 优 势 排 名 0 AT Corporation 公 司 材 料 造 就 晶 片 制 造 的 最 高 成 品 率

先 进 技 术 公 司 领 先 研 究 报 告 系 列 公 司 材 料 造 就 晶 片 制 造 的 最 高 成 品 率 ASF 技 术 生 产 的 材 料 整 体 上 有 着 最 好 的 晶 片 几 何 特 征 晶 片 几 何 特 征 同 外 延 生 长 过 程 中 的 下 游 加 工 工 艺 有 着 直 接 的 关 联 未 来 特 征 描 述 项 目 的 研 究 工 作 公 司 正 致 力 于 为 蓝 宝 石 材 料 确 定 一 系 列 重 要 标 准, 这 些 标 准 对 高 亮 度 器 件 的 整 个 制 造 过 程 具 有 重 要 影 响 本 晶 片 制 造 研 究 是 公 司 此 项 工 作 的 一 部 分 内 容 目 前 还 在 与 多 个 业 内 领 先 的 合 作 伙 伴 共 同 对 蓝 宝 石 材 料 的 关 键 特 性 进 行 客 观 评 价, 这 些 特 性 对 下 游 业 者 至 关 重 要 另 外, 正 与 一 家 一 流 的 MOCVD 原 始 设 备 制 造 商 以 及 几 家 知 名 元 器 件 制 造 商 就 英 寸 英 寸 和 6 英 寸 衬 底 工 艺 进 行 合 作, 目 前 已 处 于 元 器 件 制 造 分 析 的 最 后 阶 段 计 划 在 未 来 几 个 月 里 将 会 就 进 一 步 的 研 究 分 析 报 告 及 结 果 对 外 发 布 参 考 文 献 Robert T. Bondokov, K. E. (006 ). Defect Content Evaluation in Single-Crystal AlN Wafers. Materials Research Society,. In situ metrology advances in MOCVD growth of GaN-based materials. (October 00). Journal of Crystal Growth 7 (00); journal pages 9 99, 98. POLYSILICON PHOTOVOLTAIC SAPPHIRE Crystal Systems, LLC 5 Congress Street Salem, MA 0970 (USA) Phone: + 978.75.0088 Fax: + 978.75.5059 Advanced Technologies leverages its core crystalline growth and materials expertise in polysilicon, photovoltaic and sapphire to deliver sustained value to our customers. Our innovative ideas and industry experience enable the evolution and commercialization of products that elevate performance, improve quality and lower manufacturing costs. Learn more at www.at.com 0 AT Corporation. All rights reserved. Trademarks and trade names are property of their respective owners. CS.SAPH.008.SC 0 AT Corporation 公 司 材 料 造 就 晶 片 制 造 的 最 高 成 品 率