복합 반도체 연마 기술 마스터링: 차세대 전자 부품의 고성능 구현

5G, 전기 자동차, 고주파 레이더, 그리고 첨단 광전자 부품의 급속한 발전으로 인해 기존 실리콘 소재는 점차 성능 요건을 충족하지 못하고 있습니다. 탄화규소(SiC), 질화갈륨(GaN), 갈륨비소(GaAs)와 같은 화합물 반도체는 높은 밴드갭, 높은 열전도도, 고주파, 그리고 고전력 특성을 갖춰 차세대 전자 부품의 핵심 소재로 자리 잡았습니다. 그러나 실리콘 웨이퍼와 비교했을 때,이러한 고경도 소재의 연마 및 표면 처리 난이도 는 크게 증가하여 부품 성능 달성 및 대량 생산 수율 향상에 큰 과제가 되었습니다.

복합 반도체 연마: 왜 이것이 병목 현상이고 효율성을 달성하는 데 중요한가?

탄화규소(SiC)와 질화갈륨(GaN)과 같은 화합물 반도체 소재는 높은 밴드갭, 높은 열전도도, 높은 전압 내성과 같은 우수한 특성을 가지고 있어 소자 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다. 그러나 이러한 소재의 극한적인 물성은 공정에 전례 없는 난제를 안겨줍니다.

단결정 SiC를 예로 들면, 모스 경도 은 다이아몬드에 가까운 9.2~9.6으로 매우 높습니다. 취성이 매우 강하고 파괴인성 은 낮습니다. 또한 화학적 불활성 와 표면 결함 민감도 가지고 있습니다. 이러한 특성으로 인해 연삭부터 연마까지 모든 단계가 매우 어렵습니다. 가공 영역이 확장됨에 따라 가공 균일성과 수율에 대한 압력이 동시에 증가하고 가공 난이도도 두 배로 증가합니다.

연삭 단계의 핵심 과제

기존의 기계적 연삭 단계에서는 웨이퍼 표면의 변형된 층을 제거하고 예비 평탄화를 수행하기 위해 더 높은 압력과 더 거친 연마 입자를 적용해야 하는 경우가 많습니다. 그러나 SiC는 경도가 높고 인성이 낮기 때문에 국부적인 응력 집중으로 인해 취성 파괴가 발생하기 쉽고, 깊은 취성층과 표면 하부 손상(SSD)이 형성되기 쉽습니다.이러한 SSD는 감지하기 어려울 뿐만 아니라 후속 연마 정확도와 부품 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다. 또한, 연마 공정은 시간이 오래 걸리고 안정성이 낮아 웨이퍼 표면 평탄도와 두께 제어가 불안정해질 수 있습니다.이후 CMP 시간을 2~3시간 이상으로 더욱 연장합니다.전반적인 생산 능력과 제조 효율성이 크게 감소합니다.

CMP 연마: 성능과 안정성을 위한 최종 체크포인트

CMP(화학적 기계적 연마) 공정은 표면 거칠기와 SSD(반도체 표면 연마)를 더욱 향상시킬 수 있지만, 초기 연마 단계에서 지나치게 깊거나 고르지 않은 연마 손상은 CMP 공정을 더욱 어렵고 위험하게 만들 수 있습니다. 특히 SiC와 같은 소재의 경우, CMP 공정은 용해성 산화막을 효과적으로 형성하고 제거하기 위해 화학 반응 속도와 기계적 힘을 정밀하게 제어해야 합니다. 그렇지 않으면 손상 없는 경면 연마를 달성하는 것이 불가능합니다.

이러한 사소해 보이는 가공 손상은 실제로는 구성 요소의 핵심 전기 성능에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.예를 들면 다음과 같습니다.

• 캐리어 이동성이 감소합니다
• 누설 전류의 비정상적인 증가
• 구성 요소 전환 지연 또는 열 안정성 부족
• 포장 후 신뢰성 문제 또는 실패

또한 SSD 및 표면 결함은 에칭, 박막 증착, 금속화 및 패키징과 같은 후속 공정에도 연쇄 반응을 일으켜 전체 웨이퍼의 수율 감소로 직접 이어집니다.

따라서 화합물 반도체의 경우, CMP 연마는 단순히 재료 평탄화를 위한 공정 단계가 아니라, 소자의 전기적 안정성과 생산 수율을 결정하는 중요한 병목 현상 기술입니다. 특수 설계된 연마 슬러리, 연마 패드, CMP 드레서, 그리고 정밀한 공정 파라미터를 통해서만 재료 제거율, 표면 품질, 그리고 손상 제어의 균형을 유지할 수 있으며, 이를 통해 연마 패드 표면이 장시간 제조 공정에서 최적의 평탄도와 절삭력을 유지하도록 보장하여 재료의 고유한 성능을 최대한 발휘할 수 있습니다.

연삭 및 연마 기술은 화합물 반도체의 “어려운” 과제를 어떻게 극복할 수 있을까?

화합물 반도체 기술의 인기가 높아지고, 특히 SiC 및 GaN과 같은 고경도 소재가 8인치 웨이퍼 크기로 발전함에 따라 기존 웨이퍼 연삭 및 연마 기술은 심각한 문제에 직면하고 있습니다. Hongwei Precision은 극한의 물리적 특성을 지닌 이러한 소재를 처리하기 위해 다양한 측면가지 소모품, 공정 제어 및 기계 설계에 중점을 둔 포괄적인 연삭 및 연마 솔루션을 제공하여 업계가 병목 현상을 극복하고 안정적인 공정 품질과 높은 수율을 달성할 수 있도록 지원합니다.

분쇄 단계 : 거친 분쇄부터 미세 분쇄까지 안정적인 제어

SiC와 같이 매우 단단하고 부서지기 쉬운 재료의 경우 모스 경도는 9.2~9.6입니다.기존의 연삭 도구는 종종 긴 처리 시간, 너무 깊은 SSD, 불균일한 두께, 심각한 표면 손상와 같은 문제에 직면합니다.

이러한 과제를 해결하기 위해 Hongway는 거친 연삭, 미세 연삭에서 얇게 깎는 작업까지 안정적인 제어를 달성하기 위해 고성능 연삭 휠과 연마 패드를 제공합니다.

• 웨이퍼 전용 연삭 휠: 경도가 높고 내마모성이 뛰어나 미세균열을 억제하고 표면 및 표면 아래 손상을 줄이는 동시에 재료를 빠르게 제거할 수 있습니다.
• 홍웨이 연마 패드: 압력 분포 안정성과 패드 평탄도를 개선하여 연마 중 웨이퍼 뒤틀림을 방지하고 두께 변화(TTV)와 뒤틀림(WARP)을 제어합니다.
• CMP 드레서: CMP 공정에서 드레서는 다이아몬드나 기타 고경도 입자를 사용하여 연마 패드를 정밀하게 드레싱하여 이물질과 화학 침전물을 제거하고, 표면 거칠기를 복원하며, 제거 효율에 영향을 미치는 장기간 사용으로 인한 광택을 방지합니다.

또한, Honway의 나노급 다이아몬드 슬러리는 고경도 소재용으로 특별히 설계되었습니다. 표면 구조 개질 및 구형 다이아몬드 입자를 도입하여 스크래치 및 잔류 응력 후속 CMP 부담을 줄입니다.

CMP 연마: 초평탄하고 손상 없는 표면을 달성하기 위한 기계화된 협업

화합물 반도체의 표면 평탄도와 결함 제어는 장치 성능에 매우 중요합니다.이로써 CMP(화학적 기계적 연마)는 전체 공정 흐름의 핵심 공정 가 됩니다.Honway는 고도로 통합된 연마 소모품 설계와 드레싱 기술을 통해 화합물 반도체의 미러급 가공을 달성했습니다.

• 5층 CMP 연마 패드: 기존 연마 패드와 비교하여 Hongway의 혁신적인 5층 패드 소재는 뛰어난 강성, 쿠셔닝, 동적 압력 조절 기능을 갖추고 있어 제거 속도와 표면 균일성을 효과적으로 제어하고 다양한 소재와 연마 슬러리 유형(예: CeO₂, Al₂O₃, 다이아몬드 등)을 지원합니다.
• 미세기공 및 홈 질감 설계: 연마액의 유동성과 기포 배출 효율을 향상시켜 건조 마찰 및 긁힘 위험을 줄입니다.
• 긴 수명과 변형 제어: 높은 하중과 장기 작동에도 안정적인 압력과 균일한 연마 효과를 유지하여 공정 일관성을 향상시키고 교체 주기를 연장합니다.
• CMP 드레서: 다이아몬드 또는 고경도 입자를 사용하여 연마 패드를 정밀하게 드레싱하여 이물질과 침전물을 제거하여 글레이징으로 인한 효율 저하를 방지합니다. SiC 및 GaN과 같은 소재의 경우, 안정적인 절삭력과 유체 분배를 유지하여 소모품 수명을 연장하고 일관성을 향상시킵니다.

연마 슬러리: 화학적 에칭 및 선택성 제어의 핵심

화합물 반도체 CMP에서는 화학적 에칭과 재료 선택적 제거 성능이 연마 효율과 최종 표면 품질을 결정합니다. Hongway는 다양한 재료에 대한 독점적인 포뮬러를 제공합니다.

• 다이아몬드 연마액: SiC 및 GaN용으로 특별히 설계된 이 제품은 표면 미세 구조 최적화와 구형 입자를 통합하여 가공 스크래치와 SSD를 효과적으로 줄여 손상 없는 후면 연마를 실현하고 전력 소자의 방열 및 신뢰성을 향상시킵니다.
  (구형 다이아몬드 외에도 다양한 연마 문제를 효과적으로 해결하기 위한 다른 공정 다이아몬드 유체 옵션도 제공됩니다.)
• 알루미나 연마액: 높은 제거율과 낮은 Ra값을 고려하여 실리콘 기반 및 금속층의 평탄화에 적합합니다.
• 세리아 및 SiO2 연마 슬러리: STI 및 Low-K 층 구조에서 높은 선택성과 낮은 결함성을 보여주므로 특히 다층 구조와 고급 논리 공정에 적합합니다.

홍웨이 연마액은 나노 크기의 입자로 완벽하게 설계되어 거친 연삭에서 미세 연마까지 완벽한 적용 솔루션을 제공합니다.

고경도 화합물 반도체 소재의 경우, 연삭 및 연마는 더 이상 단순한 물리적 제거 공정이 아닙니다.이제재료 과학, 화학적 메커니즘 및 기계적 정밀도를 통합한 크로스 도메인 엔지니어링 기술 재료의 본질에 뿌리를 둔 Hongwei는 다이아몬드 슬러리, CMP 연마 패드, 특수 연삭 휠 및 다이싱 블레이드와 같은 최첨단 소모품을 통합하여 산업에 효율적이고 결함이 적은 공정 솔루션을 제공하고 전력 장치, RF 통신 및 고급 패키징에서 화합물 반도체의 양산을 가속화합니다.

고성능 달성: 연마 기술이 부품 성능에 미치는 직접적인 영향

화합물 반도체 소자 제조에 있어 연마 기술의 정밀도와 안정성은 공정 제어의 핵심일 뿐만 아니라 소자의 최종 전기적 성능과 제품 수율을 직접적으로 좌우합니다. Acer에서 제공하는 고성능 연삭 및 연마 소모품은 다음과 같은 여러 측면에서 소자 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.

• 표면 거칠기 감소를 통한 전자 이동도 및 스위칭 속도 향상: 표면 평탄도는 화합물 반도체 소자의 전자 이동도에 상당한 영향을 미칩니다. Hongway의 다이아몬드 연마액은 구형 다이아몬드 입자와 표면 개질 기술을 활용하여 스크래치와 미세 표면 거칠기를 크게 줄여 캐리어 산란을 효과적으로 최소화하고 재료 내 전자 흐름 효율을 향상시킵니다. 이를 통해 고전력 및 고주파 응용 분야에 특히 중요한 빠른 스위칭 속도와 낮은 온 저항을 구현할 수 있습니다.
• 표면 하부 손상 제거, 전기적 안정성 및 높은 항복 전압 보장: 기존의 연삭 또는 연마 불량 공정은 웨이퍼 표면에 균열층이나 응력 집중점을 쉽게 형성하여 격자 결함을 유발하고, 이는 PN 접합의 품질을 더욱 저하시킵니다. Hongwei의 연마 슬러리 및 패드 시스템은 재료 제거율을 정밀하게 제어하여 손상 없는 연마를 달성하고, 표면 하부 손상을 효과적으로 제거하며, 결정 구조의 무결성을 보존합니다. 이는 소자의 항복 전압을 높이는 데 도움이 될 뿐만 아니라 신뢰성과 장기 안정성도 향상시킵니다.
• 고전력 작동을 지원하는 향상된 열 관리: 화합물 반도체 부품은 고전압 및 고온 환경에서 자주 사용되므로, 안정적인 작동을 위해서는 우수한 열 관리가 필수적입니다. Acer의 후면 연삭 및 다이아몬드 등급 연마 솔루션은 매우 평탄하고 손상이 적은 표면을 형성하여 열 저항을 줄이고 방열판으로의 빠른 열 전달을 촉진합니다. 이는 SiC 및 GaN과 같은 전력 부품의 방열 및 수명 향상에 매우 중요합니다.
• 공정 수율 및 전반적인 생산 효율성 향상: 안정적인 연마 품질은 웨이퍼 표면의 결함 밀도를 크게 줄입니다. Hongway의 고도로 안정적인 연마 슬러리와 장수명 연마 패드 설계는 고부하 대량 생산 환경에서도 일관된 웨이퍼 간 성능을 보장하여 공정 수율을 크게 향상시킵니다. 또한, 재작업 및 스크랩을 줄여 전반적인 제조 비용을 절감하고, 치열한 경쟁 속에서도 고객이 안정적인 납품을 유지할 수 있도록 지원합니다.

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(첫 번째 이미지 출처: shutterstock)