Užpakalinės dalies sandarinimo technologija, skirta 200 mm epitaksiniams substratams: Poly-Si, LTO ir autodopingo kontrolė

Kai stipriai legiruotas substratas patenka į epitaksinį reaktorių, numatomas rezultatas yra lengvai legiruotas epitaksinis sluoksnis su kontroliuojama varža. Tačiau varža šalia plokštelės krašto gali nukrypti nuo tikslo. Kitais atvejais substratas atitinka visas gaunamas geometrines specifikacijas, tačiau po epitaksijos ir valymo atsiranda dalelių arba nenormalių deformacijų. Priežastis gali slypėti ne tik epitaksiniame recepte; taip pat gali būti dvi plonos plėvelės pagrindo galinėje pusėje.

Nors galinės pusės sandariklis nėra įrenginio paviršiuje, jis turi įtakos legiravimo pernešimui, metalinių priemaišų įsiskverbimui, plėvelės įtempimui ir krašto vientisumui. Norint jį suprasti, reikia daugiau nei galvoti apie tai kaip apie „apsauginį sluoksnį ant nugaros“.

Šiame straipsnyje užpakalinės pusės sandariklis reiškia funkcinę plėvelės sistemą, nusodintą ant galinio silicio plokštelės paviršiaus. Įprasta sudėtinė struktūra, nurodyta nuo silicio pagrindo į išorę, yra:

Vieno kristalo silicio substrato nugarėlė → Poly-Si (polisilicis) → LTO SiO₂(žemos temperatūros oksido dangtelis)

Abu sluoksniai atlieka skirtingas funkcijas. „Poly-Si“ užtikrina išorinį išorinį gaudymą ir tam tikru mastu gali padėti slopinti priedo išsiskyrimą. Išorinis SiO₂ sluoksnis pirmiausia tarnauja kaip difuzijos barjeras ir izoliuoja apatinę plėvelę. Tikruose produktuose gali būti naudojamas tik LTO, vien „Polyback“ arba sudėtingesni kelių sluoksnių deriniai. Pavyzdžiui, „Okmetic“ tarp savo parinkčių pateikia „LTO backseal“, „Polyback“ ir „Poly-LTO-Poly supersealing“. Todėl "užpakalinės dalies sandariklis" yra funkcinė kategorija, o ne vienas fiksuotas kaminas.

Jo nereikėtų painioti su šiomis trimis sąvokomis:

• Dvipusis poliravimas (DSP):Tai apibūdina priekinio ir galinio paviršių būklę prieš nusodinant plėvelę. Kai kurie užpakalinės pusės sandarinimo procesai prasideda nuo DSP plokštelių, tačiau nusodinus Poly-Si, užpakalinė pusė padengiama funkcine plėvele. Todėl galutinis produktas neturėtų būti tiesiog apibūdinamas kaip pliko silicio DSP plokštelė.
• Epitaksinio lygio substratas:Tai apibūdina numatomą naudojimą. Užpakalinės dalies sandarinimas yra viena iš pasirenkamų epitaksinio lygio substratų užpakalinės dalies inžinerijos formų; ne kiekvienam epitaksiniam substratui reikalinga tokia pati Poly-Si + LTO struktūra.
• Epitaksinė plokštelė:Tai gatavas vaflis, kurio priekiniame paviršiuje išaugintas epitaksinis sluoksnis. Užpakalinėje pusėje sandarus substratas tampa epitaksine plokštele tik po epitaksinio augimo. Pats užpakalinis sandariklis nėra epitaksinis sluoksnis.

Įprasto proceso eigoje Poly-Si nusodinimas gali padengti tiek priekinį, tiek galinį paviršių. Po to polisilicis priekyje pašalinamas poliruojant, po to nuimamas kraštas ir nuvalomas, paliekant kompozitinės plėvelės sistemą galinėje pusėje. Todėl užpakalinės dalies sandarinimas nėra atskiras dengimo etapas, o procesas, integruotas su poliravimu, kraštų pašalinimu ir valymu.

Poli-Si: LPCVD silano pirolizė, kurios fazę lemia temperatūra

Įprastas LPCVD Poly-Si naudoja terminį silano skaidymą, kurį galima supaprastinti kaip SiH₄

* Si + 2H₂. Kaminso 1980 m. atliktas LPCVD silicio plėvelių tyrimas 525–725 laipsnių diapazone yra klasikinė nuoroda šioje srityje:plėvelės, susidarančios aukštesnėje nei 600 laipsnių temperatūroje, yra polikristalinės, o žemesnėje temperatūroje susidariusios plėvelės yra amorfinės, o plėvelės tekstūra labai pasikeičia priklausomai nuo nusodinimo temperatūros. Viešoji LPCVD įrangos informacija iš Nacionalinio Yang Ming Chiao Tung universiteto pateikia palyginimo proceso taškus tame pačiame įrankyje:620 laipsnių poli-Si ir 550 laipsnių amorfiniam siliciuisilano pagrindu pagamintame procese, taip pat 585 laipsnių in situ fosforu legiruoto polisilicio.

Taigi pagal įprastą inžinerinę praktiką polisilicio nusodinimas viršija 600 laipsnių, dažnai apie 620 laipsnių. Tačiau tikroji temperatūra turi būti patvirtinta atsižvelgiant į įrangą, plėvelės savybes ir įtempių taikinius. Nėra vienos temperatūros, kuri būtų taikoma kiekvienam įrankiui.

KOP SiO₂: Žemos temperatūros silicio oksido nusodinimas nereiškia vieno įrankio ar vienos reakcijos Kelias

LTO reiškia žemos temperatūros oksidą. Silano ir deguonies reakcija yra įprastas proceso būdas, kurio tipinis pramonės nusodinimo langas yra maždaug 400–450 laipsnių. „Žema temperatūra“ yra susijusi su aukštesnės temperatūros procesais, tokiais kaip terminis oksidavimas arba TEOS pagrindu nusodinimas maždaug 700 laipsnių temperatūroje. Užpakalinės dalies sandarinimui naudojamas LTO gali būti įgyvendintas APCVD, LPCVD ar kitais metodais. Pirkimo brėžiniuose turėtų būti nurodytos reikiamos plėvelės savybės ir eksploatacinės savybės, o ne daryti išvadą apie įrankį ir receptą vien iš termino „LTO“.

Storis: 800/400 yra įprastas konstrukcijos pavyzdys, o ne universalus standartas

Maždaug 800 nm poli-Si plius maždaug 400 nm SiO₂ yra įprastas pramonės užklausų ir piešimo diskusijų pavyzdys ir gali būti techninės komunikacijos atskaitos taškas. Viešai prieinama kryžminė nuoroda yra BYU Cleanroom plokštelių specifikacija:epitaksinės plokštelės paprastai turi būdingą oksido galinę sandariklį, paprastai 3000–5000 Å storio (300–500 nm)., kuris neleidžia borui ištrūkti iš užpakalinės dalies epitaksijos metu aukštoje temperatūroje ir užteršti priekyje esantį lengvai legiruotą epitaksinį sluoksnį. Tai atitinka maždaug 400 nm oksido dangtelio dydį.

Svarbu pabrėžti, kad konkretus Poly-Si ir LTO storio derinys skiriasi priklausomai nuo tiekėjo, priedo tipo ir naudojimo tikslo. Nėra universalaus standarto pagrindo pateikti 800/400 kaip visos pramonės specifikaciją arba daryti išvadą, kad gamyba neturi viršyti tam tikro storio.

riba.

Kitaip tariant, dalelių našumas priklauso nuoplėvelės tankis + padengimo vientisumas + krašto profilis + vėlesnis terminis apdorojimas, ir negali būti siejamas tik su atokiausios medžiagos pavadinimu.

Storesnė Poly-Si plėvelė ne tik suteikia proporcingai didesnę naudą dėl papildomų grūdelių ribų ir gavimo struktūrų. Būdingas plonasluoksnės plėvelės įtempis kaupiasi didėjant storiui, todėl plokštelės deformacijos valdymas tampa sunkesnis. Plėvelės storis, nusodinimo temperatūra ir vėlesnė terminė istorija taip pat turi įtakos plokštelių geometriniam stabilumui. Štai kodėl „Okmetic“ kartu pateikia ir užpakalinės dalies sandarinimo rietuvesvaflių metmenų / lanko optimizavimaskaip pritaikomas parinktis.

Norint integruoti procesą, kartu turėtų būti vertinamos bent trys rezultatų kategorijos:

• Įeinanti geometrija:Lankas / Metmenys po plėvelės nusodinimo, o ne tik plikos plokštelės duomenys, išmatuoti prieš dengimą;
• Geometrija po terminio apdorojimo:Iškrypimas ir stabilumas po imituotos epitaksinės šiluminės istorijos, išvengiant situacijos, kai gaunamos plokštelės praeina, bet po epitaksijos plokštelės tampa nekontroliuojamos;
• Kraštų ir epitaksiniai defektai:Kraštų pašalinimo plotis, likusios kraštų plėvelės, mazgeliai, dalelės, epitaksinis miglotas ir susiję defektai.

Galinės pusės sandariklis nėra „kuo storesnis, tuo geriau“. Tai kompromisas tarp kliūčių veikimo, įsiskverbimo, streso ir elgesio.

Užpakalinės dalies sandarinimą ypač verta įvertinti procesuose, kuriuose stipriai legiruotas substratas derinamas su mažai legiruotu epitaksiniu sluoksniu, apima labai legiruotą palaidotą sluoksnį arba yra jautrūs epitaksinės varžos vienodumui. Diskusijos apie taikymą dažnai apima maitinimo įrenginius ir BCD platformas. Galimi ir viešųjų tiekėjų variantai: Okmetic 200 mm ir 150 mm gaminių maitinimo prietaisų plokštelių puslapyje aiškiai išvardytos etched, Polyback ir LTO užpakalinės pusės apdorojimo priemonės.

Tai neturėtų būti per daug supaprastinta atvirkščiai, reiškianti, kad „kiekvienam BCD procesui reikia 800/400“. Ar reikalingas Poly-Si + LTO, turėtų būti nustatoma kartu pagal pagrindo priedo tipą ir koncentraciją, palaidotus sluoksnius, epitaksinį storį ir varžą, šiluminį biudžetą ir krašto defektų biudžetą.

Siekiant integruoti pirkimą ir procesą, į brėžinius ir patikros planus turėtų būti įtraukti šie elementai:

1. Filmavimo sistema:Medžiagos, krūvos seka, tikslinis kiekvieno sluoksnio storis ir leistinos nuokrypos. Nepriimkite tik „BS“ arba „Superseal“ kaip specifikacijos;
2. Krašto būklė:Kraštų pašalinimo metodas, briaunų pašalinimas, padengimas įpjovoje ir nuožulnumas bei leistinos liekamosios briaunos plėvelės;
3. Geometrija:Lankas / Metmenys nustatytomis matavimo sąlygomis, susitarus dėl pakartotinio matavimo po epitaksijos arba lygiaverčio terminio istorijos;
4. Elektrinis patikrinimas:Radialinės varžos profiliai po epitaksijos, pvz., SRP matavimai, ypatingą dėmesį skiriant šalia krašto esantiems regionams ir staigiems perėjimams, o ne tik plokštelės centrui;
5. Užteršimo ir defektų patikrinimas:Nugaros ir krašto dalelės, epitaksiniai mazgeliai ir migla. Jei reikalinga metalinio užterštumo kontrolė, susitarkite dėl atitinkamo gavimo įvertinimo metodo.

Tiekėjo terminiją taip pat reikia interpretuoti. Okmetic naudoja "LTO backsealing", "Polyback sandarinimą" ir "Poly-LTO-Poly supersealing", o akademinėje literatūroje dažnai naudojamas PBS (polisilicio nugaros sandariklis).Pavadinimai gali skirtis, tačiau struktūra turi būti nedviprasmiška.When working with other suppliers, the specific backside-seal options should likewise be confirmed against current product drawings, specifications, and mutual qualification results, rather than inferred from a product-line name.

• Okmetic - Diskrečiųjų galios įrenginių plokštelės (LTO užsandarinimas iš nugaros, Polyback, Poly-LTO-Poly supersandarinimas ir 200 mm specifikacijos): https://www.okmetic.com/silicon-wafers/power-wafer-line/discrete-power-device-wafers/
• BYU Cleanroom – plokštelių specifikacijos (tipinis 3000–5000 Å oksido užpakalinis sandariklis ant epitaksinių plokštelių; polisilicio gavimo galinė dalis): https://cleanroom.byu.edu/EW_wafer_specs
• Nacionalinis Yang Ming Chiao Tungo universiteto nanocentras – žemo slėgio cheminio nusodinimo iš garų sistema (LPCVD) (proceso taškai, įskaitant poli-Si 620 laipsnių kampu ir amorfinį silicį 550 laipsnių kampu): https://scholar.nycu.edu.tw/en/equipments/low-pressure-chemical-vapor-lpcvdsystem/
• TI Kamins, LPCVD silicio plėvelių struktūra ir savybės, J. Electrochem. Soc. 127(3), 686 (1980) (polikristalinės plėvelės virš 600 laipsnių ir amorfinės plėvelės žemiau): https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1.2129733
• S. Ogushi ir kt., Sunkiųjų metalų priemaišų gavimo charakteristikos silicio plokštelėse su polisilicio užpakaliniu sandarikliu ir vidiniu griebtuvu, Jpn. J. Appl. Phys. 36, 6601 (1997): https://iopscience.iop.org/article/10.1143/JJAP.36.6601

Atsisakymas:Šis straipsnis sudarytas iš viešai prieinamų popierinių santraukų, informacijos apie universitetų įrangą ir tiekėjų tinklalapius, skirtus tik techninei komunikacijai ir informacijos šaltiniams. Aptariami storiai, temperatūros ir struktūros yra vieši pavyzdžiai arba įprasti pramonės proceso langai; jos nėra standartinės specifikacijos ar jokio tiekėjo garantijos. Gamybos kvalifikacija turėtų būti pagrįsta abipusiai patvirtintais brėžiniais, esamomis specifikacijomis, nustatytomis matavimo sąlygomis ir faktiniais epitaksinės patikros rezultatais.