Viktige takeaways
- En baksideforsegling (BS) er et funksjonelt filmsystem på baksiden av en silisiumplate. Det er ikke en pakkeprosess, og det er ikke synonymt med dobbeltsidig polering eller et epitaksielt lag. Denne artikkelen fokuserer på den ofte brukte Poly-Si + LTO SiO₂-komposittstrukturen.
- Omtrent 800 nm av Poly-Si pluss omtrent 400 nm av SiO₂ er et vanlig eksempel som brukes i strukturelle diskusjoner og kildehenvendelser; det er ikke en enhetlig SEMI-standard. Et offentlig verifiserbart eksempel på oksyd-bakforseglingstykkelse er 300‒500 nm (BYU).
- Klassisk forskning av Kamins (1980) viste at LPCVD silisiumfilmer er polykrystallinske over 600 grader og amorfe under 600 grader. Informasjon om offentlig universitetsutstyr viser prosesspunkter på 620 grader for Poly-Si og 550 grader for amorft silisium. Den faktiske temperaturen må bekreftes sammen med utstyr, filmegenskaper og spenningskrav.
- Poly-Si støtter primært baksidens ekstrinsiske gettering, mens SiO₂ primært blokkerer dopingutslipp fra baksiden. En baksideforsegling kan ikke eliminere alle autodopingveier, og den kan heller ikke garantere lave partikkelnivåer uavhengig av kantbehandling.
- Anskaffelsesspesifikasjoner bør ikke stoppe ved "BS, 800/400." De bør også definere stabelsekvensen, filmtykkelsestoleranser, kantmorfologi, bue/forvrengning og post-epitaksi-resistivitet og partikkelverifisering.
Når et sterkt dopet substrat kommer inn i en epitaksial reaktor, er det tiltenkte resultatet et lett dopet epitaksialt lag med kontrollert resistivitet. Likevel kan resistiviteten nær waferkanten avvike fra målet. I andre tilfeller oppfyller et substrat alle innkommende geometriske spesifikasjoner, men utvikler partikler eller unormal forvrengning etter epitaksi og rengjøring. Årsaken ligger kanskje ikke utelukkende i den epitaksiale oppskriften; det kan også involvere de to tynne filmene på baksiden av underlaget.
Selv om en baksideforsegling ikke er plassert på enhetens overflate, påvirker den dopingtransport, metallisk urenheter, filmspenning og kantintegritet. Å forstå det krever mer enn å tenke på det som "et beskyttende lag på baksiden."
1.Hva er en baksideforsegling? Skille BS, dobbeltsidig polering og epitaksial Underlag
I denne artikkelen refererer en baksideforsegling til et funksjonelt filmsystem avsatt på den bakre overflaten av en silisiumplate. En vanlig komposittstruktur, oppført fra silisiumsubstratet utover, er:
Enkeltkrystall silisium substrat bakside → Poly-Si (polysilisium) → LTO SiO₂(lavtemperatur oksidhette)
De to lagene utfører forskjellige funksjoner. Poly-Si gir ekstrinsisk gettering på baksiden og kan også bidra til å undertrykke dopantflukt til en viss grad. Det ytre SiO2-laget tjener først og fremst som en diffusjonsbarriere og isolerer den underliggende filmen. Faktiske produkter kan i stedet bruke LTO alene, Polyback alene eller mer komplekse flerlagskombinasjoner. Okmetic, for eksempel, viser LTO backseal, Polyback og Poly-LTO-Poly supersealing blant alternativene. "Baksidetetning" er derfor en funksjonskategori, ikke én fast stabel.
Det må ikke forveksles med følgende tre konsepter:
- Dobbeltsidig polering (DSP):Dette beskriver tilstanden til for- og bakoverflatene før filmavsetning. Noen baksideforseglingsprosesser begynner med DSP-wafere, men når Poly-Si har blitt avsatt, er baksiden dekket av en funksjonell film. Det ferdige produktet skal derfor ikke bare beskrives som en DSP-plate av bare silisium.
- Substrat av epitaksialkvalitet:Dette beskriver tiltenkt bruk. Baksideforsegling er en valgfri form for baksideteknikk for substrater av epitaksialkvalitet; ikke alle epitaksiale substrater krever den samme Poly-Si + LTO-strukturen.
- Epitaksial wafer:Dette er en ferdig wafer med et epitaksialt lag vokst på frontoverflaten. Et baksideforseglet substrat blir en epitaksial wafer først etter epitaksial vekst. Selve baksideforseglingen er ikke et epitaksielt lag.
I en vanlig prosessflyt kan Poly-Si-avsetning belegge både front- og bakoverflaten. Polysilisiumet på forsiden fjernes deretter ved polering, etterfulgt av kantfjerning og rengjøring, og etterlater komposittfilmsystemet på baksiden. Baksideforsegling er derfor ikke et isolert belegningstrinn, men en prosess integrert med polering, kantfjerning og rengjøring.
2.Hvordan er en 800 nm + 400 nm struktur laget? Skille et typisk eksempel fra et universal Spesifikasjon
Poly-Si: LPCVD-silanpyrolyse, med temperaturbestemmelse av fasen
Konvensjonell LPCVD Poly-Si bruker termisk dekomponering av silan, som kan forenkles som SiH₄
* Si + 2H₂. Kamins 'studie fra 1980 av LPCVD silisiumfilmer over området 525‒725 grader er en klassisk referanse på dette feltet:filmer dannet over 600 grader er polykrystallinske, mens de som dannes ved lavere temperaturer er amorfe, og filmtekstur endres betydelig med avsetningstemperaturen. Offentlig LPCVD-utstyrsinformasjon fra National Yang Ming Chiao Tung University gir sammenligningsprosesspunkter på det samme verktøyet:620 grader for Poly-Si og 550 grader for amorft silisiumi en silanbasert prosess, samt 585 grader for in situ fosfordopet polysilisium.
Dermed plasserer vanlig ingeniørpraksis polysilisiumavsetning over 600 grader, ofte rundt 620 grader. Den faktiske temperaturen må imidlertid bekreftes mot utstyret, filmegenskaper og spenningsmål. Det er ingen enkelt temperatur som gjelder for hvert verktøy.
LTO SiO₂: Lavtemperatur silisiumoksidavsetning innebærer ikke ett verktøy eller en reaksjon Sti
LTO står for lavtemperaturoksid. En silan-oksygenreaksjon er en vanlig prosessrute, med et typisk industriavsetningsvindu på omtrent 400-450 grader. "Lav temperatur" er i forhold til prosesser med høyere temperatur som termisk oksidasjon eller TEOS-basert avsetning ved omtrent 700 grader. LTO som brukes til baksideforsegling kan implementeres med APCVD, LPCVD eller andre metoder. Anskaffelsestegninger bør spesifisere de nødvendige filmegenskapene og ytelsen i stedet for å utlede et verktøy og en oppskrift fra begrepet "LTO" alene.
Tykkelse: 800/400 er et vanlig strukturelt eksempel, ikke en universell standard
Omtrent 800 nm Poly-Si pluss omtrent 400 nm SiO₂ er et vanlig eksempel i bransjeforespørsler og tegningsdiskusjoner, og det kan tjene som utgangspunkt for teknisk kommunikasjon. En offentlig tilgjengelig kryssreferanse er BYU Cleanrooms wafer-spesifikasjon:epitaksiale wafere har vanligvis en karakteristisk oksid-bakforsegling, typisk 3000‒5000 Å tykk (300‒500 nm), som hindrer bor i å unnslippe fra baksiden under høytemperatur epitaksi og forurenser det lett dopede epitaksiale laget på forsiden. Dette stemmer overens med størrelsesordenen til en oksidhette på omtrent 400 nm.
Det er viktig å understreke at den spesifikke kombinasjonen av Poly-Si og LTO-tykkelse varierer etter leverandør, dopemiddeltype og applikasjonsmål. Det finnes ingen universelle standarder for å presentere 800/400 som en bransjedekkende spesifikasjon, eller for å utlede at produksjonen ikke må overstige en bestemt tykkelse
begrense.
3.Hvordan fungerer de to lagene? Autodopingkontroll og gettering er forskjellige Mekanismer
3.1 Blokkering av autodoping: Kontrollerer først og fremst rømningsveien på baksiden, ikke alle Pathway
Under de termiske trinnene av epitaksi kan dopingmidler i et sterkt dopet substrat eller en wafer som inneholder et sterkt dopet nedgravd lag diffundere ut av substratet eller unnslippe inn i gassfasen og deretter gå inn i det voksende epitaksiale laget. Dette skaper utilsiktet doping, og derfor må autodoping kontrolleres. Det kan endre resistiviteten til det epitaksiale laget og forringe jevnheten innenfor wafer og nær-kant.
Verdien av bakside SiO2 ligger i å redusere banen som dopingmidler går inn i gassfasen fra baksiden og deretter returnerer til frontoverflaten eller waferkanten. BYUs spesifikasjon beskriver dette direkte: en baksideforsegling av oksid brukes for å forhindre at bor slipper ut under epitaksial avsetning ved høy temperatur og forurenser frontoverflaten. Okmetic identifiserer også eksplisitt LTO-bakforsegling som et middel for autodopingforebygging.
En grense må forbli klar:en baksidetetning kan ikke eliminere all autodoping.Dopanter kan også komme inn i det epitaksiale laget gjennom ut-diffusjon i fast tilstand på forsiden, redistribuering av begravde lag og gassfasetransport i reaktoren. Baksideforsegling bør optimaliseres sammen med epitaksial forbehandling, temperaturprofil og reaktorforhold. En innkommende filmtykkelsesrapport alene er ikke tilstrekkelig.
3.2 Poly-Si ekstrinsisk gettering og oksygenutfelling intern gettering: komplementær, ikke Utskiftbare
Målet med gettering er å fange opp metalliske urenheter på steder fjernt fra den aktive enhetsregionen. To vanlige tilnærminger er:
|
Nærme |
Fange plassering og mekanisme |
Tekniske hensyn |
|
Ekstern gettering på baksiden (PBS/EG) |
Korngrenser, uordnede strukturer og andre steder i baksiden av Poly-Si gir fangststeder |
Effektiviteten avhenger av Poly-Si-avsetningsforholdene, påfølgende varmebehandling og forurensningsarten |
|
Intern gettering (IG) i wafer bulk |
Oksygenutfellinger og tilhørende defekter i silisiumbulken fanger opp urenheter |
Avhenger av initial oksygenkonsentrasjon, BMD og denuded-sone design, og den fullstendige termiske historien |
Ogushi et al. (1997, Sumitomo Sitix) brukte DLTS for systematisk å undersøke PBS- og IG-adferd under jernforurensning.PBS-gettering-effektiviteten var sterkt avhengig av både polysilisiumavsetningstemperaturen og den påfølgende gettering-glødingstemperaturen, mens IG-effektiviteten var avhengig av størrelsen og tettheten til oksygenutfellinger.Disse eksperimentelle resultatene viser at de to tilnærmingene styres av forskjellige parametere og må designes separat og optimaliseres sammen. En kildehenvendelse bør derfor gå utover å spørre om det er et "gettering-lag"; det bør avklare om målet er bakside-ekstrinsisk gettering, bulk intern gettering eller en kombinasjon av begge.
3.3 LTO-dekning og partikler: Komplett dekning hjelper, men Edge Engineering er like Viktig
Det ytre LTO-laget isolerer Poly-Si fra det ytre miljøet og fungerer som en dopantdiffusjonsbarriere. Det er imidlertid ikke teknisk forsvarlig å anta at en oksidhette automatisk garanterer lave partikkelnivåer. Rester av filmer ved waferkanten kan løsne under epitaksi eller etterfølgende behandling, mens eksponert Poly-Si også kan skape partikkelrisiko under kontakt og håndtering. Kantfjerning, kantpolering og rengjøring er derfor nødvendig. Okmetic tilbyr flerlagsalternativer som Poly-LTO-Poly supersealing spesifikt for å redusere knuter og kantrelaterte epitaksiale defekter, noe som viser at kant- og filmsystemet må designes sammen.
Med andre ord, partikkelytelse avhenger avfilmtetthet + dekningsintegritet + kantprofil + påfølgende termisk behandling, og kan ikke kun tilskrives navnet på det ytterste materialet.
4.Hvorfor krever en 800 nm film fortsatt tett stresskontroll? Større tykkelse gir ikke en lineær ytelsesforsterkning
En tykkere Poly-Si-film gir ikke bare proporsjonalt større fordeler gjennom ytterligere korngrenser og getteringstrukturer. Iboende tynnfilmspenning akkumuleres etter hvert som tykkelsen øker, noe som gjør wafer-forvrengningskontroll vanskeligere. Filmtykkelse, avsetningstemperatur og påfølgende termisk historie påvirker også wafers geometriske stabilitet. Dette er grunnen til at Okmetic lister opp baksideforseglinger ved siden avwafer warp/bue-optimaliseringsom tilpassbare alternativer.
For prosessintegrasjon bør minst tre kategorier av resultater evalueres sammen:
- Innkommende geometri:Bow/Warp etter filmavsetning, snarere enn bare-wafer-data målt før belegg;
- Geometri etter termisk behandling:Forvrengning og stabilitet etter en simulert epitaksial termisk historie, unngår en situasjon der innkommende wafere passerer, men post-epitaxy wafere faller ut av kontroll;
- Kant- og epitaksiale defekter:Kantfjerningsbredde, gjenværende kantfilmer, knuter, partikler, epitaksial uklarhet og relaterte defekter.
En baksidetetning er ikke "jo tykkere, jo bedre." Det er en avveining mellom barriereytelse, gettering, stress og kantadferd.
5.Hvordan bør 200 mm BCD og Power-Device-brukere velge en struktur? Definer verifikasjonsmål før du diskuterer BS-terminologi
Baksideforsegling er spesielt verdt å evaluere i prosesser som kombinerer et sterkt dopet substrat med et lett dopet epitaksialt lag, inkluderer et sterkt dopet nedgravd lag eller er følsomme for epitaksial resistivitetsuniformitet. Applikasjonsdiskusjoner involverer ofte strømenheter og BCD-plattformer. Offentlige leverandøralternativer er også tilgjengelige: Okmetics power-device wafer-side for 200 mm og 150 mm produkter viser eksplisitt etsede, polyback- og LTO-baksidebehandlinger.
Dette bør ikke forenkles omvendt til å bety at "hver BCD-prosess krever 800/400." Hvorvidt Poly-Si + LTO er nødvendig bør avgjøres i fellesskap av substratdopingmiddeltype og -konsentrasjon, nedgravde lag, epitaksial tykkelse og resistivitet, termisk budsjett og kantdefektbudsjettet.
For anskaffelser og prosessintegrasjon bør følgende elementer inkluderes i tegninger og verifikasjonsplaner:
- Filmsystem:Materialer, stabelsekvens, måltykkelse for hvert lag og toleranser. Ikke aksepter bare "BS" eller "Superseal" som spesifikasjon;
- Kanttilstand:Metode for fjerning av kanter, utelukkelse av kanter, dekning ved hakk og skråkant, og tillatte gjenværende kantfilmer;
- Geometri:Bow/Warp under en definert målebetingelse, med avtale om gjentatt måling etter epitaksi eller tilsvarende termisk historie;
- Elektrisk verifisering:Radielle resistivitetsprofiler etter epitaksi, slik som SRP-målinger, med spesiell oppmerksomhet til nærkantområder og brå overganger i stedet for bare wafersenteret;
- Kontaminering og defektbekreftelse:Bakside- og kantpartikler, epitaksiale knuter og dis. Når metallisk forurensningskontroll er nødvendig, avtal den tilsvarende gettering-evalueringsmetoden.
Leverandørterminologi trenger også tolkning. Okmetic bruker "LTO backsealing", "Polyback sealing" og "Poly-LTO-Poly supersealing", mens akademisk litteratur ofte bruker PBS (Polysilicon Back Seal).Navnene kan variere, men strukturen må være entydig.Når du arbeider med andre leverandører, bør de spesifikke alternativene for baksideforsegling også bekreftes mot gjeldende produkttegninger, spesifikasjoner og gjensidige kvalifikasjonsresultater, i stedet for å utledes fra et produktlinjenavn.
Referanser
- Okmetic - Discrete Power Device Wafers (LTO bakforsegling, Polyback, Poly-LTO-Poly supersealing og 200 mm spesifikasjoner): https://www.okmetic.com/silicon-wafers/power-wafer-line/discrete- power-device-wafers/
- BYU Cleanroom - Wafer-spesifikasjoner (typisk 3000‒5000 Å oksid bakforsegling på epitaksiale wafere; bakside polysilisium gettering): https://cleanroom.byu.edu/EW_wafer_specs
- National Yang Ming Chiao Tung University Nano Center - Low Pressure Chemical Vapor Deposition System (LPCVD) (prosesspunkter inkludert Poly-Si ved 620 grader og amorft silisium 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 filmer over 600 grader og amorfe filmer 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 artikkelen er satt sammen fra offentlig tilgjengelige papirabstrakter, informasjon om universitetsutstyr og leverandørwebsider kun for teknisk kommunikasjon og kildehenvisningsformål. Tykkelsen, temperaturene og strukturene som diskuteres er offentlige eksempler eller vanlige industriprosessvinduer; de utgjør ikke standardspesifikasjoner eller garantier fra noen leverandør. Produksjonskvalifisering bør være basert på gjensidig godkjente tegninger, gjeldende spesifikasjoner, definerte måleforhold og faktiske epitaksiale verifikasjonsresultater.
Om oss
Ningbo Sibranch Microelectronics Technology Co., Ltd. spesialiserer seg på levering av halvledersilisiumskiver og tekniske tjenester. Vi tilbyr 2‒12 tommer enkeltsidepolerte wafere, dobbelsidepolerte wafere, epitaksiale wafere og tilpasset spesifikasjonsstøtte for kunder innen kraftenheter, MEMS, analoge og spesialitetsprosesser. Vi legger vekt på kommunikasjon gjennom parameterdefinisjon, innkommende inspeksjon og søknadskvalifisering.
Nettsteder: www.sibranch.com|www.sibranchwafer.com
For støtte ved valg av 200 mm epitaksial-kvalitets substrater, baksideforseglingsstrukturer eller andre tilpassede silisiumskiver, vennligst kontakt oss.
