Bagsideforseglingsteknologi til 200 mm epitaksiale substrater: Poly-Si, LTO og autodopingkontrol - Nyheder

Nøgle takeaways

En bagsideforsegling (BS) er et funktionelt filmsystem på bagsiden af en siliciumwafer. Det er ikke en pakkeproces, og det er ikke synonymt med dobbeltsidet polering eller et epitaksialt lag. Denne artikel fokuserer på den almindeligt anvendte Poly-Si + LTO SiO₂-kompositstruktur.
Ca. 800 nm Poly-Si plus ca. 400 nm SiO₂ er et almindeligt eksempel, der bruges i strukturelle diskussioner og indkøbsforespørgsler; det er ikke en ensartet SEMI-standard. Et offentligt verificerbart eksempel på oxidbagforseglingstykkelse er 300‒500 nm (BYU).
Klassisk forskning af Kamins (1980) viste, at LPCVD siliciumfilm er polykrystallinske over 600 grader og amorfe under 600 grader. Information om offentligt universitetsudstyr viser procespunkter på 620 grader for Poly-Si og 550 grader for amorft silicium. Den faktiske temperatur skal bekræftes sammen med udstyr, filmegenskaber og spændingskrav.
Poly-Si understøtter primært bagsidens ydre gettering, mens SiO₂ primært blokerer dopingudslip fra bagsiden. En bagsideforsegling kan ikke eliminere enhver autodopingvej, og den kan heller ikke garantere lave partikelniveauer uafhængigt af kantbehandling.
Indkøbsspecifikationer bør ikke stoppe ved "BS, 800/400." De bør også definere staksekvensen, filmtykkelsestolerancer, kantmorfologi, bue/forvridning og post-epitaksi-resistivitet og partikelverifikation.

Når et stærkt doteret substrat kommer ind i en epitaksial reaktor, er det tilsigtede resultat et let doteret epitaksialt lag med kontrolleret resistivitet. Alligevel kan modstanden nær waferkanten afvige fra målet. I andre tilfælde opfylder et substrat alle indkommende geometriske specifikationer, men udvikler partikler eller unormal forvridning efter epitaksi og rengøring. Årsagen ligger måske ikke udelukkende i den epitaksiale opskrift; det kan også involvere de to tynde film på bagsiden af substratet.

Selvom en bagsideforsegling ikke er placeret på enhedens overflade, påvirker den dopingtransport, metallisk urenhed, filmspænding og kantintegritet. At forstå det kræver mere end at tænke på det som "et beskyttende lag på bagsiden."

1. Hvad er en bagsideforsegling? Adskiller BS, dobbeltsidet polering og epitaksial Underlag

I denne artikel henviser en bagsideforsegling til et funktionelt filmsystem, der er afsat på bagsiden af en siliciumwafer. En almindelig kompositstruktur, anført fra siliciumsubstratet udad, er:

Single-krystal silicium substrat bagside → Poly-Si (polysilicium) → LTO SiO₂(lav temperatur oxidhætte)

De to lag udfører forskellige funktioner. Poly-Si giver ydre gettering på bagsiden og kan også hjælpe med at undertrykke dopingudslip til en vis grad. Det ydre SiO2-lag tjener primært som en diffusionsbarriere og isolerer den underliggende film. Faktiske produkter kan i stedet bruge LTO alene, Polyback alene eller mere komplekse flerlagskombinationer. Okmetic, for eksempel, opregner LTO backseal, Polyback og Poly-LTO-Poly supersealing blandt sine muligheder. "Bagsidetætning" er derfor en funktionel kategori, ikke én fast stabel.

Det må ikke forveksles med følgende tre begreber:

Dobbeltsidet polering (DSP):Dette beskriver tilstanden af for- og bagflader før filmaflejring. Nogle bagsideforseglingsprocesser begynder med DSP-wafere, men når først Poly-Si er blevet deponeret, er bagsiden dækket af en funktionel film. Det færdige produkt skal derfor ikke blot beskrives som en bar-silicium DSP wafer.
Epitaksial-kvalitet substrat:Dette beskriver den påtænkte anvendelse. Bagsideforsegling er en valgfri form for bagsidekonstruktion til substrater af epitaksial kvalitet; ikke alle epitaksiale substrater kræver den samme Poly-Si + LTO-struktur.
Epitaksial wafer:Dette er en færdig wafer med et epitaksialt lag vokset på dens forside. Et bagsideforseglet substrat bliver først til en epitaksial wafer efter epitaksial vækst. Bagsideforseglingen i sig selv er ikke et epitaksielt lag.

I et fælles procesflow kan Poly-Si-aflejring belægge både for- og bagoverfladen. Polysiliciumet på forsiden fjernes efterfølgende ved polering, efterfulgt af kantfjernelse og rensning, hvilket efterlader kompositfilmsystemet på bagsiden. Bagsideforsegling er derfor ikke et isoleret belægningstrin, men en proces integreret med polering, kantfjernelse og rengøring.

2.Hvordan er en 800 nm + 400 nm struktur lavet? Adskil et typisk eksempel fra et universal Specifikation

Poly-Si: LPCVD-silanpyrolyse, med temperaturbestemmelse af fasen

Konventionel LPCVD Poly-Si bruger den termiske nedbrydning af silan, som kan forenkles som SiH₄

* Si + 2H₂. Kamins' undersøgelse fra 1980 af LPCVD-siliciumfilm i intervallet 525‒725 grader er en klassisk reference på dette område:film dannet over 600 grader er polykrystallinske, mens film dannet ved lavere temperaturer er amorfeog filmtekstur ændres væsentligt med aflejringstemperaturen. Offentlige LPCVD-udstyrsoplysninger fra National Yang Ming Chiao Tung University giver sammenligningsprocespunkter på det samme værktøj:620 grader for Poly-Si og 550 grader for amorft siliciumi en silanbaseret proces, samt 585 grader for in situ phosphor-doteret polysilicium.

Således placerer almindelig ingeniørpraksis polysiliciumaflejring over 600 grader, ofte omkring 620 grader. Den faktiske temperatur skal dog bekræftes i forhold til udstyret, filmens egenskaber og stressmål. Der er ingen enkelt temperatur gældende for hvert værktøj.

LTO SiO₂: Lavtemperatur siliciumoxidaflejring indebærer ikke ét værktøj eller én reaktion Sti

LTO står for lavtemperaturoxid. En silan-iltreaktion er en almindelig procesrute med et typisk industriafsætningsvindue på ca. 400-450 grader. "Lav temperatur" er i forhold til processer med højere temperatur, såsom termisk oxidation eller TEOS-baseret aflejring ved ca. 700 grader. LTO brugt til bagsideforsegling kan implementeres med APCVD, LPCVD eller andre metoder. Indkøbstegninger bør specificere de påkrævede filmegenskaber og ydeevne i stedet for at udlede et værktøj og en opskrift fra udtrykket "LTO" alene.

Tykkelse: 800/400 er et almindeligt strukturelt eksempel, ikke en universel standard

Cirka 800 nm Poly-Si plus cirka 400 nm SiO₂ er et almindeligt eksempel i brancheforespørgsler og tegnediskussioner, og det kan tjene som udgangspunkt for teknisk kommunikation. En offentlig tilgængelig krydsreference er BYU Cleanrooms wafer-specifikation:epitaksiale wafere har almindeligvis en karakteristisk oxidbagforsegling, typisk 3000‒5000 Å tyk (300‒500 nm), som forhindrer bor i at undslippe fra bagsiden under højtemperaturepitaksi og forurener det let doterede epitaksiale lag på forsiden. Dette er i overensstemmelse med størrelsesordenen af en ca. 400 nm oxidhætte.

Det er vigtigt at understrege, at den specifikke Poly-Si- og LTO-tykkelseskombination varierer efter leverandør, doteringsmiddeltype og anvendelsesformål. Der er ikke noget universelt standardgrundlag for at præsentere 800/400 som en branchedækkende specifikation eller for at udlede, at produktionen ikke må overstige en bestemt tykkelse

begrænse.

3. Hvordan fungerer de to lag? Autodopingkontrol og gettering er forskellige Mekanismer

3.1 Blokering af autodoping: Primært kontrol af bagsidens flugtvej, ikke alle Pathway

Under epitaksens termiske trin kan doteringsmidler i et stærkt doteret substrat eller en wafer indeholdende et stærkt doteret nedgravet lag diffundere ud af substratet eller undslippe ind i gasfasen og derefter trænge ind i det voksende epitaksiale lag. Dette skaber utilsigtet doping, hvorfor autodoping skal kontrolleres. Det kan ændre det epitaksiale lags resistivitet og forringe ensartetheden inden for wafer og nær-kant.

Værdien af bagside SiO2 ligger i at reducere den vej, hvorved dopingstoffer kommer ind i gasfasen fra bagsiden og efterfølgende vender tilbage til forsiden eller waferkanten. BYU's specifikation beskriver dette direkte: en oxid-bagforsegling bruges til at forhindre bor i at undslippe under epitaksial aflejring ved høj temperatur og forurene den forreste overflade. Okmetic identificerer også eksplicit LTO backsealing som et middel til forebyggelse af autodoping.

En grænse skal forblive klar:en bagsideforsegling kan ikke eliminere al autodoping.Doteringsmidler kan også trænge ind i det epitaksiale lag gennem faststof-uddiffusion på forsiden, omfordeling af begravet lag og gasfasetransport i reaktoren. Bagsideforsegling bør optimeres sammen med epitaksial forbehandling, temperaturprofilen og reaktorforhold. En indkommende filmtykkelsesrapport alene er ikke tilstrækkelig.

3.2 Poly-Si ydre gettering og ilt-præcipitat intern gettering: Komplementær, ikke Udskiftelig

Formålet med gettering er at fange metalliske urenheder på steder fjernt fra den aktive enhedsregion. To almindelige tilgange er:

Nærme sig	Optag placering og mekanisme	Tekniske overvejelser
Bagside ydre gettering (PBS/EG)	Korngrænser, uordnede strukturer og andre steder i bagsiden af Poly-Si giver indfangningssteder	Effektiviteten afhænger af Poly-Si-aflejringsbetingelser, efterfølgende varmebehandling og den forurenende art
Intern gettering (IG) i wafer bulk	Iltudfældninger og associerede defekter i siliciummassen opfanger urenheder	Afhænger af initial iltkoncentration, BMD og denuded-zone design og den komplette termiske historie

Ogushi et al. (1997, Sumitomo Sitix) brugte DLTS til systematisk at undersøge PBS- og IG-adfærd under jernforurening.PBS-gettering-effektiviteten afhang stærkt af både polysiliciumaflejringstemperaturen og den efterfølgende gettering-udglødningstemperatur, hvorimod IG-effektiviteten afhang af størrelsen og densiteten af oxygenpræcipitater.Disse eksperimentelle resultater viser, at de to tilgange er styret af forskellige parametre og skal designes separat og optimeres sammen. En sourcing-forespørgsel bør derfor gå ud over at spørge, om der er et "gettering-lag" til stede; det bør afklare, om målet er bagside-ekstrinsisk gettering, bulk intern gettering eller en kombination af begge.

3.3 LTO-dækning og partikler: Fuldstændig dækning hjælper, men Edge Engineering er lige så Vigtig

Det ydre LTO-lag isolerer Poly-Si fra det ydre miljø og fungerer som en dopingdiffusionsbarriere. Det er dog ikke teknisk forsvarligt at antage, at en oxidhætte automatisk garanterer lave partikelniveauer. Rester af film ved waferkanten kan løsne sig under epitaksi eller efterfølgende behandling, mens blotlagt Poly-Si også kan skabe partikelrisici under kontakt og håndtering. Kantfjernelse, kantpolering og rengøring er derfor påkrævet. Okmetic tilbyder flerlagsmuligheder såsom Poly-LTO-Poly supersealing specifikt til at afbøde knuder og kantrelaterede epitaksiale defekter, hvilket viser, at kant- og filmsystemet skal designes sammen.

Med andre ord afhænger partikelydelsen affilmtæthed + dækningsintegritet + kantprofil + efterfølgende termisk behandling, og kan ikke alene henføres til navnet på det yderste materiale.

4.Hvorfor kræver en 800 nm film stadig tæt stresskontrol? Større tykkelse giver ikke en lineær præstationsforøgelse

En tykkere Poly-Si-film giver ikke blot proportionelt større fordele gennem yderligere korngrænser og gettering-strukturer. Iboende tyndfilmsspænding ophobes, efterhånden som tykkelsen øges, hvilket gør kontrol med wafer-forvridning vanskeligere. Filmtykkelse, aflejringstemperatur og efterfølgende termisk historie påvirker også i fællesskab wafers geometriske stabilitet. Dette er grunden til, at Okmetic lister bagsideforseglingsstabler ved siden afwafer warp/bue optimeringsom tilpasningsmuligheder.

For procesintegration bør mindst tre kategorier af resultater evalueres sammen:

Indgående geometri:Bow/Warp efter filmaflejring, snarere end kun blot-wafer-data målt før coating;
Geometri efter termisk behandling:Forvridning og stabilitet efter en simuleret epitaksial termisk historie, undgår en situation, hvor indkommende wafere passerer, men post-epitaxy wafers falder ud af kontrol;
Kant- og epitaksiale defekter:Kantfjernelsesbredde, resterende kantfilm, knuder, partikler, epitaksial uklarhed og relaterede defekter.

En bagsideforsegling er ikke "jo tykkere, jo bedre." Det er en afvejning mellem barriereydelse, gettering, stress og kantadfærd.

5.Hvordan skal 200 mm BCD og Power-Device-brugere vælge en struktur? Definer verifikationsmål før diskussion af BS-terminologi

Bagsideforsegling er især værd at evaluere i processer, der kombinerer et stærkt doteret substrat med et let doteret epitaksialt lag, inkluderer et stærkt doteret nedgravet lag eller er følsomme over for epitaksial resistivitetsensartethed. Applikationsdiskussioner involverer ofte strømenheder og BCD-platforme. Offentlige leverandørmuligheder er også tilgængelige: Okmetics power-device wafer-side for 200 mm og 150 mm produkter angiver eksplicit ætsede, polyback- og LTO-bagsidebehandlinger.

Dette skal ikke forsimples omvendt til at betyde, at "enhver BCD-proces kræver 800/400." Hvorvidt der er behov for Poly-Si + LTO, bør afgøres i fællesskab af substratdoteringsmiddeltype og -koncentration, nedgravede lag, epitaksial tykkelse og resistivitet, termisk budget og kantdefektbudgettet.

Til indkøb og procesintegration skal følgende elementer inkluderes i tegninger og verifikationsplaner:

Film system:Materialer, stakrækkefølge, måltykkelse for hvert lag og tolerancer. Accepter ikke kun "BS" eller "Superseal" som specifikationen;
Kanttilstand:Kantfjernelsesmetode, kantudelukkelse, dækning ved indhak og affasning og tilladte resterende kantfilm;
Geometri:Bow/Warp under en defineret måletilstand, med aftale om gentagen måling efter epitaksi eller en tilsvarende termisk historie;
Elektrisk verifikation:Radiale resistivitetsprofiler efter epitaksi, såsom SRP-målinger, med særlig opmærksomhed på nærkantsområder og pludselige overgange i stedet for kun wafercentret;
Kontaminering og defekt verifikation:Bagside- og kantpartikler, epitaksiale knuder og uklarhed. Hvor metallisk forureningskontrol er påkrævet, aftales den tilsvarende gettering-evalueringsmetode.

Leverandørterminologi skal også fortolkes. Okmetic bruger "LTO backsealing", "Polyback seal" og "Poly-LTO-Poly supersealing", mens akademisk litteratur ofte bruger PBS (Polysilicon Back Seal).Navne kan være forskellige, men strukturen skal være entydig.Når du arbejder med andre leverandører, bør de specifikke bagsideforseglingsmuligheder ligeledes bekræftes i forhold til aktuelle produkttegninger, specifikationer og gensidige kvalifikationsresultater, i stedet for at udledes af et produktlinjenavn.

Referencer

Okmetic - Diskrete Power Device Wafers (LTO backsealing, Polyback, Poly-LTO-Poly supersealing og 200 mm specifikationer): https://www.okmetic.com/silicon-wafers/power-wafer-line/discrete- power-device-wafers/
BYU Cleanroom - Wafer Specifikationer (typisk 3000‒5000 Å oxid bagsideforsegling på epitaksiale wafere; bagside polysilicium gettering): https://cleanroom.byu.edu/EW_wafer_specs
National Yang Ming Chiao Tung University Nano Center - Low Pressure Chemical Vapor Deposition System (LPCVD) (procespunkter inklusive Poly-Si ved 620 grader og amorft silicium ved 550 grader): https://scholar.nycu.edu.tw/en/equipments/low-pressure-chemical-vapor-lpcvd-system/
TI Kamins, Structure and Properties of LPCVD Silicon Films, J. Electrochem. Soc. 127(3), 686 (1980) (polykrystallinske film over 600 grader og amorfe film nedenfor): https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1.2129733
S. Ogushi et al., Gettering Characteristics of Heavy Metal Urities in Silicon Wafers with Polysilicon Back Seal and Internal Gettering, Jpn. J. Appl. Phys. 36, 6601 (1997): https://iopscience.iop.org/article/10.1143/JJAP.36.6601

Ansvarsfraskrivelse:Denne artikel er samlet ud fra offentligt tilgængelige papirabstrakter, information om universitetsudstyr og leverandørwebsider kun til teknisk kommunikation og indkøbsreferenceformål. De diskuterede tykkelser, temperaturer og strukturer er offentlige eksempler eller almindelige industriprocesvinduer; de udgør ikke standardspecifikationer eller garantier fra nogen leverandør. Produktionskvalifikation bør baseres på gensidigt godkendte tegninger, aktuelle specifikationer, definerede måleforhold og faktiske epitaksiale verifikationsresultater.

Om os

Ningbo Sibranch Microelectronics Technology Co., Ltd. er specialiseret i levering af halvledersiliciumwafer og tekniske tjenester. Vi leverer 2‒12 tommer enkeltsidepolerede wafere, dobbeltsidepolerede wafers, epitaksiale wafers og tilpasset specifikationssupport til kunder inden for strømenheder, MEMS, analoge og specialprocesser. Vi lægger vægt på kommunikation gennem parameterdefinition, indgående inspektion og ansøgningskvalificering.

Hjemmesider: www.sibranch.com|www.sibranchwafer.com

For støtte til valg af 200 mm epitaksial-kvalitet substrater, bagside-forseglingsstrukturer eller andre tilpassede silicium wafers, bedes du kontakte os.