Tagakülje tihendi tehnoloogia 200 mm epitaksiaalsete substraatide jaoks: polü-Si, LTO ja autodopingu kontroll

Kui tugevalt legeeritud substraat siseneb epitaksiaalreaktorisse, on soovitud tulemuseks kontrollitud takistusega kergelt legeeritud epitaksiaalne kiht. Siiski võib vahvli serva lähedal olev takistus sihtmärgist erineda. Muudel juhtudel vastab substraat kõigile sissetulevatele geomeetrilistele spetsifikatsioonidele, kuid pärast epitakseerimist ja puhastamist tekivad osakesed või ebanormaalne kõverus. Põhjus ei pruugi peituda ainult epitaksiaalses retseptis; see võib hõlmata ka kahte õhukest kilet substraadi tagaküljel.

Kuigi tagakülje tihend ei asu seadme pinnal, mõjutab see lisandi transporti, metallilise lisandite eraldumist, kile pinget ja servade terviklikkust. Selle mõistmine nõuab enamat, kui mõelda sellest kui "kaitsekihist tagaküljel".

Selles artiklis viitab tagakülje tihend funktsionaalsele kilesüsteemile, mis on kantud räniplaadi tagapinnale. Tavaline komposiitstruktuur, mis on loetletud ränisubstraadist väljapoole, on:

Ühekristallilise räni substraadi tagakülg → Poly-Si (polüräni) → LTO SiO₂(madala temperatuuriga oksiidkork)

Need kaks kihti täidavad erinevaid funktsioone. Poly-Si pakub tagumist välist getteringut ja võib samuti aidata teatud määral pärssida lisandite väljapääsu. Välimine SiO₂ kiht toimib peamiselt difusioonibarjäärina ja isoleerib selle all oleva kile. Tegelikud tooted võivad selle asemel kasutada ainult LTO-d, ainult Polybacki või keerukamaid mitmekihilisi kombinatsioone. Näiteks Okmetic loetleb oma valikute hulgas LTO backseal, Polyback ja Poly-LTO-Poly supersealing. "Tagakülje tihend" on seega funktsionaalne kategooria, mitte üks fikseeritud virn.

Seda ei tohiks segi ajada järgmise kolme mõistega:

• Kahepoolne poleerimine (DSP):See kirjeldab esi- ja tagapindade seisukorda enne kile sadestamist. Mõned tagakülje tihendamise protsessid algavad DSP-plaatidega, kuid kui Poly-Si on sadestatud, kaetakse tagakülg funktsionaalse kilega. Valmistoodet ei tohiks seetõttu lihtsalt kirjeldada kui paljasränist DSP-plaati.
• Epitaksiaalse kvaliteediga substraat:See kirjeldab kavandatud kasutust. Tagakülje tihendamine on üks valikuline tagakülje konstrueerimise vorm epitaksiaalse kvaliteediga substraatide jaoks; mitte iga epitaksiaalne substraat ei vaja sama Poly-Si + LTO struktuuri.
• Epitaksiaalne vahvel:See on viimistletud vahvel, mille esipinnale on kasvatatud epitaksiaalne kiht. Tagaküljega suletud substraat muutub epitaksiaalseks vahvliks alles pärast epitaksiaalset kasvu. Tagumine tihend ise ei ole epitaksiaalne kiht.

Tavalise protsessivoolu korral võib Poly-Si sadestamine katta nii esi- kui ka tagapinna. Esiküljel olev polüräni eemaldatakse poleerimisega, millele järgneb servade eemaldamine ja puhastamine, jättes komposiitkilesüsteemi tagaküljele. Tagakülje tihendamine ei ole seega isoleeritud katmise etapp, vaid protsess, mis on integreeritud poleerimise, servade eemaldamise ja puhastamisega.

Polü-Si: LPCVD silaani pürolüüs, mille faasi määrab temperatuur

Tavaline LPCVD Poly-Si kasutab silaani termilist lagunemist, mida saab lihtsustada kui SiH₄

* Si + 2H₂. Kaminsi 1980. aasta uuring LPCVD ränikilede kohta vahemikus 525–725 kraadi on klassikaline viide selles valdkonnas:üle 600 kraadi moodustunud kiled on polükristallilised, madalamal temperatuuril aga amorfsed, ja kile tekstuur muutub sadestumise temperatuuriga oluliselt. Riikliku Yang Ming Chiao Tungi ülikooli avalik LPCVD seadmete teave pakub sama tööriista võrdlusprotsessi punkte:620 kraadi polü-Si ja 550 kraadi amorfse räni puhulsilaanipõhises protsessis, samuti 585 kraadi in situ fosforiga legeeritud polüräni jaoks.

Seega on levinud inseneripraktika kohaselt polüräni sadestamine üle 600 kraadi, sageli umbes 620 kraadi. Tegelikku temperatuuri tuleb siiski kinnitada seadmete, kile omaduste ja pingesihtmärkide suhtes. Iga tööriista jaoks pole ühtset temperatuuri.

LTO SiO₂: Madala temperatuuriga ränioksiidi sadestamine ei tähenda ühte tööriista ega ühte reaktsiooni Tee

LTO tähistab madala temperatuuriga oksiidi. Silaani-hapniku reaktsioon on tavaline protsessitee, mille tüüpiline tööstusharu sadestusaken on ligikaudu 400-450 kraadi. "Madal temperatuur" on seotud kõrgema temperatuuriga protsessidega, nagu termiline oksüdatsioon või TEOS-põhine sadestamine ligikaudu 700 kraadi juures. Tagakülje tihendamiseks kasutatavat LTO-d võib rakendada APCVD, LPCVD või muude meetoditega. Hankejoonised peaksid täpsustama nõutavad kile omadused ja jõudlus, selle asemel, et tuletada tööriista ja retsepti ainult termini "LTO" põhjal.

Paksus: 800/400 on tavaline konstruktsiooninäide, mitte universaalne standard

Ligikaudu 800 nm Poly-Si pluss umbes 400 nm SiO₂ on tavaline näide tööstusharu küsitlustes ja joonistusvestlustes ning see võib olla tehnilise suhtluse lähtepunkt. Avalikult kättesaadav ristviide on BYU Cleanroomi vahvli spetsifikatsioon:Epitaksiaalsetel vahvlitel on tavaliselt iseloomulik oksiidtagutihend, tavaliselt 3000–5000 Å paksune (300–500 nm), mis takistab booril kõrgel temperatuuril toimuva epitaksimise ajal tagaküljelt välja pääsemist ja esikülje kergelt legeeritud epitaksiaalse kihi saastumist. See on kooskõlas ligikaudu 400 nm oksiidkatte suurusjärkuga.

Oluline on rõhutada, et konkreetne Poly-Si ja LTO paksuse kombinatsioon varieerub sõltuvalt tarnijast, lisandi tüübist ja rakenduse eesmärgist. Puuduvad universaalsed standardid 800/400 esitamiseks kogu tööstusharu hõlmava spetsifikatsioonina või järelduseks, et toodang ei tohi ületada teatud paksust

piir.

Teisisõnu sõltub osakeste jõudluskile tihedus + katte terviklikkus + servaprofiil + hilisem termiline töötlemine, ja seda ei saa seostada ainult äärepoolseima materjali nimetusega.

Paksem Poly-Si kile ei anna lihtsalt proportsionaalselt suuremat kasu täiendavate terapiiride ja eraldusstruktuuride kaudu. Õhukese kile sisemine pinge kuhjub paksuse suurenedes, muutes vahvlite kõverdumise kontrolli keerulisemaks. Kile paksus, sadestumise temperatuur ja sellele järgnev termiline ajalugu mõjutavad ühiselt ka vahvli geomeetrilist stabiilsust. Seetõttu loetleb Okmetic kõrvuti ka tagakülje tihendite virnadvahvli lõime/kaare optimeeriminekohandatavate valikutena.

Protsessi integreerimiseks tuleks koos hinnata vähemalt kolme tulemuste kategooriat:

• Sissetulev geomeetria:Vibu/lõime pärast kile pealekandmist, mitte ainult enne katmist mõõdetud paljaste vahvlite andmed;
• Geomeetria pärast termilist töötlemist:Väändumine ja stabiilsus pärast simuleeritud epitaksiaalset termilist ajalugu, vältides olukorda, kus sissetulevad vahvlid mööduvad, kuid epitaksijärgsed vahvlid langevad kontrolli alt välja;
• Servad ja epitaksiaalsed defektid:Servade eemaldamise laius, jääkservakiled, sõlmed, osakesed, epitaksiaalne hägusus ja sellega seotud defektid.

Tagakülje tihend ei ole "mida paksem, seda parem". See on kompromiss barjääri jõudluse, getteringi, stressi ja servakäitumise vahel.

Tagakülje tihendust tasub eriti hinnata protsessides, mis ühendavad tugevalt legeeritud substraati kergelt legeeritud epitaksiaalse kihiga, sisaldavad tugevalt legeeritud maetud kihti või on tundlikud epitaksiaalse takistuse ühtluse suhtes. Rakenduste arutelud hõlmavad sageli toiteseadmeid ja BCD-platvorme. Saadaval on ka avaliku tarnija valikud: Okmeticu toiteseadmete vahvlilehel 200 mm ja 150 mm toodete jaoks on selgesõnaliselt loetletud Etched, Polyback ja LTO tagakülje töötlused.

Seda ei tohiks vastupidiselt liialt lihtsustada, mis tähendab, et "iga BCD protsess nõuab 800/400". Kas Poly-Si + LTO on vaja, tuleks ühiselt kindlaks määrata substraadi lisandi tüübi ja kontsentratsiooni, maetud kihtide, epitaksiaalse paksuse ja takistuse, soojuseelarve ja servadefektide eelarve alusel.

Hanke ja protsesside integreerimiseks tuleks joonistele ja kontrolliplaanidele lisada järgmised üksused:

1. Filmisüsteem:Materjalid, virna järjestus, iga kihi sihtpaksus ja tolerantsid. Ärge aktsepteerige spetsifikatsioonina ainult "BS" või "Superseal";
2. Serva seisukord:Serva eemaldamise meetod, servade välistamine, sälgu ja kaldpinna katmine ning lubatud jääkservakiled;
3. Geomeetria:Vibu/lõhe määratletud mõõtmistingimustes, kokkuleppel kordusmõõtmise kohta pärast epitakseerimist või samaväärset termilist ajalugu;
4. Elektriline kontroll:Radiaalsed takistusprofiilid pärast epitakseerimist, näiteks SRP mõõtmised, pöörates erilist tähelepanu servalähedastele piirkondadele ja järskudele üleminekutele, mitte ainult vahvli keskpunktile;
5. Saastumise ja defektide kontrollimine:Tagakülje ja serva osakesed, epitaksiaalsed sõlmed ja udu. Kui on vaja metallilise saastumise kontrolli, leppige kokku vastav saastumise hindamismeetod.

Tarnija terminoloogia vajab samuti tõlgendamist. Okmetic kasutab "LTO backsealing", "Polyback tihendus" ja "Poly-LTO-Poly supersealing", samas kui akadeemilises kirjanduses kasutatakse sageli PBS-i (Polysilicon Back Seal).Nimed võivad erineda, kuid struktuur peab olema üheselt mõistetav.Teiste tarnijatega töötades tuleks konkreetsed tagakülje tihendi valikud samuti kinnitada kehtivate tootejooniste, spetsifikatsioonide ja vastastikuste kvalifitseerimise tulemuste põhjal, mitte tuletada tootesarja nimest.

• Okmetic – diskreetsed toiteseadme vahvlid (LTO tagatihend, Polyback, Poly-LTO-Poly supersulg ja 200 mm spetsifikatsioonid): https://www.okmetic.com/silicon-wafers/power-wafer-line/discrete- power-device-wafers/
• BYU puhasruum – vahvlite spetsifikatsioonid (tüüpiline 3000–5000 Å oksiidtaguse tihend epitaksiaalsetel plaatidel; tagumine polüsilicon gettering): https://cleanroom.byu.edu/EW_wafer_specs
• Riiklik Yang Ming Chiao Tungi ülikooli nanokeskus – madalrõhu keemiline aurustamise-sadestamise süsteem (LPCVD) (töötlemispunktid, sealhulgas polü-Si 620 kraadi juures ja amorfne räni 550 kraadi juures): https://scholar.nycu.edu.tw/en/equipments/low-pressure-chemical-vapor-depositionvsystem/
• TI Kamins, LPCVD Silicon Films struktuur ja omadused, J. Electrochem. Soc. 127(3), 686 (1980) (polükristallilised kiled üle 600 kraadi ja amorfsed kiled allpool): https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1.2129733
• S. Ogushi et al., Gettering Characteristics of Heavy Metal Inpurities 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

Vastutusest loobumine:See artikkel on koostatud avalikult kättesaadavatest paberkokkuvõtetest, ülikooliseadmete teabest ja tarnijate veebisaitidest, mis on mõeldud ainult tehniliseks suhtluseks ja hankimiseks. Kõnealused paksused, temperatuurid ja struktuurid on avalikud näited või tavalised tööstusprotsesside aknad; need ei kujuta endast ühegi tarnija standardseid spetsifikatsioone ega garantiisid. Tootmise kvalifikatsioon peaks põhinema vastastikku kinnitatud joonistel, praegustel spetsifikatsioonidel, määratletud mõõtmistingimustel ja tegelikel epitaksiaalse kontrolli tulemustel.