Tecnologia di tenuta posteriore per substrati epitassiali da 200 mm: Poly-Si, LTO e controllo autodoping

Quando un substrato fortemente drogato entra in un reattore epitassiale, il risultato desiderato è uno strato epitassiale leggermente drogato con resistività controllata. Tuttavia la resistività vicino al bordo del wafer potrebbe discostarsi dal target. In altri casi, un substrato soddisfa tutte le specifiche geometriche in arrivo ma sviluppa particelle o deformazioni anomale dopo l'epitassia e la pulizia. La causa potrebbe non risiedere esclusivamente nella ricetta epitassiale; può coinvolgere anche le due pellicole sottili sul retro del substrato.

Sebbene sulla superficie del dispositivo non sia presente una guarnizione posteriore, essa influisce sul trasporto del drogante, sulla penetrazione delle impurità metalliche, sullo stress della pellicola e sull'integrità dei bordi. Comprenderlo richiede qualcosa di più che pensarlo come "uno strato protettivo sulla schiena".

In questo articolo, un sigillo posteriore si riferisce a un sistema di pellicola funzionale depositato sulla superficie posteriore di un wafer di silicio. Una struttura composita comune, elencata dal substrato di silicio verso l'esterno, è:

Retro del substrato in silicio monocristallino → Poly-Si (polisilicio) → LTO SiO₂(tappo di ossido a bassa temperatura)

I due strati svolgono funzioni diverse. Il Poly-Si fornisce gettering estrinseco sul retro e può anche aiutare a sopprimere in una certa misura la fuga di drogante. Lo strato esterno di SiO₂ funge principalmente da barriera alla diffusione e isola la pellicola sottostante. I prodotti reali possono invece utilizzare solo LTO, solo Polyback o combinazioni multistrato più complesse. Okmetic, ad esempio, elenca tra le sue opzioni LTO backseal, Polyback e Poly-LTO-Poly supersealing. La "saldatura posteriore" è quindi una categoria funzionale, non uno stack fisso.

Non deve essere confuso con i seguenti tre concetti:

• Lucidatura bilaterale (DSP):Descrive la condizione delle superfici anteriore e posteriore prima della deposizione della pellicola. Alcuni processi di sigillatura del retro iniziano con wafer DSP, ma una volta depositato il Poly-Si, il retro viene coperto da una pellicola funzionale. Il prodotto finito non dovrebbe quindi essere descritto semplicemente come un wafer DSP in silicio nudo.
• Substrato di grado epitassiale:Questo descrive l'uso previsto. La sigillatura sul retro è una forma opzionale di ingegneria del retro per substrati di grado epitassiale; non tutti i substrati epitassiali richiedono la stessa struttura Poly-Si + LTO.
• Wafer epitassiale:Questo è un wafer finito con uno strato epitassiale cresciuto sulla sua superficie anteriore. Un substrato sigillato sul retro diventa un wafer epitassiale solo dopo la crescita epitassiale. La sigillatura posteriore stessa non è uno strato epitassiale.

In un flusso di processo comune, la deposizione di Poly-Si può rivestire sia la superficie anteriore che quella posteriore. Il polisilicio sulla parte anteriore viene successivamente rimosso mediante lucidatura, seguita dalla rimozione dei bordi e dalla pulizia, lasciando il sistema di pellicola composita sul retro. La sigillatura del retro non è quindi una fase di rivestimento isolata, ma un processo integrato con lucidatura, rimozione dei bordi e pulizia.

Poly-Si: pirolisi silanica LPCVD, con temperatura che determina la fase

Il convenzionale LPCVD Poly-Si utilizza la decomposizione termica del silano, che può essere semplificata come SiH₄

* Si + 2H₂. Lo studio di Kamins del 1980 sui film di silicio LPCVD nell'intervallo 525‒725 gradi è un riferimento classico in questo campo:i film formati sopra i 600 gradi sono policristallini, mentre quelli formati a temperature più basse sono amorfie la struttura del film cambia significativamente con la temperatura di deposizione. Le informazioni sulle apparecchiature pubbliche LPCVD dell'Università Nazionale Yang Ming Chiao Tung forniscono punti del processo di confronto sullo stesso strumento:620 gradi per Poly-Si e 550 gradi per silicio amorfoin un processo a base di silano, nonché 585 gradi per il polisilicio drogato con fosforo in situ.

Pertanto, la pratica ingegneristica comune colloca la deposizione di polisilicio al di sopra dei 600 gradi, spesso intorno ai 620 gradi. Tuttavia, la temperatura effettiva deve essere confermata rispetto all'attrezzatura, alle proprietà della pellicola e agli obiettivi di stress. Non esiste un'unica temperatura applicabile a ogni strumento.

LTO SiO₂: La deposizione di ossido di silicio a bassa temperatura non implica uno strumento o una reazione Sentiero

LTO sta per ossido a bassa temperatura. Una reazione silano-ossigeno è un percorso di processo comune, con una finestra di deposizione tipica del settore di circa 400-450 gradi. La "bassa temperatura" è relativa a processi a temperatura più elevata come l'ossidazione termica o la deposizione basata su TEOS a circa 700 gradi. L'LTO utilizzato per la sigillatura sul retro può essere implementato mediante APCVD, LPCVD o altri metodi. I disegni di approvvigionamento dovrebbero specificare le proprietà e le prestazioni della pellicola richieste piuttosto che dedurre uno strumento e una ricetta dal solo termine "LTO".

Spessore: 800/400 è un esempio strutturale comune, non uno standard universale

Circa 800 nm di Poly-Si più circa 400 nm di SiO₂ sono un esempio comune nelle richieste di settore e nelle discussioni sui disegni e possono servire come punto di partenza per la comunicazione tecnica. Un riferimento incrociato disponibile al pubblico è la specifica del wafer di BYU Cleanroom:i wafer epitassiali hanno comunemente una caratteristica sigillatura posteriore in ossido, tipicamente di spessore 3000-5000 Å (300-500 nm), che impedisce al boro di fuoriuscire dalla parte posteriore durante l'epitassia ad alta temperatura e di contaminare lo strato epitassiale leggermente drogato sulla parte anteriore. Ciò è coerente con l'ordine di grandezza di una calotta di ossido di circa 400 nm.

È importante sottolineare che la combinazione specifica di spessore Poly-Si e LTO varia in base al fornitore, al tipo di drogante e all'obiettivo dell'applicazione. Non esiste una base standard universale per presentare 800/400 come specifica a livello di settore o per dedurre che la produzione non deve superare un particolare spessore

limite.

In altre parole, le prestazioni delle particelle dipendono dadensità del film + integrità della copertura + profilo del bordo + successivo trattamento termico, e non può essere attribuito esclusivamente al nome del materiale più esterno.

Una pellicola di Poly-Si più spessa non offre semplicemente vantaggi proporzionalmente maggiori attraverso bordi di grano e strutture getter aggiuntive. Lo stress intrinseco del film sottile si accumula all'aumentare dello spessore, rendendo più difficile il controllo della deformazione del wafer. Anche lo spessore del film, la temperatura di deposizione e la successiva storia termica influiscono congiuntamente sulla stabilità geometrica del wafer. Questo è il motivo per cui Okmetic elenca accanto gli stack con sigillo sul retroottimizzazione della deformazione/arco del wafercome opzioni personalizzabili.

Per l’integrazione dei processi, almeno tre categorie di risultati dovrebbero essere valutate insieme:

• Geometria in entrata:Arco/ordito dopo la deposizione del film, anziché solo dati sul wafer nudo misurati prima del rivestimento;
• Geometria dopo il trattamento termico:Deformazione e stabilità dopo una storia termica epitassiale simulata, evitando una situazione in cui i wafer in entrata passano ma i wafer post-epitassia cadono fuori controllo;
• Difetti marginali ed epitassiali:Larghezza di rimozione dei bordi, pellicole residue sui bordi, noduli, particelle, opacità epitassiale e difetti correlati.

Una sigillatura sul retro non è "più spessa è, meglio è". Si tratta di un compromesso tra prestazioni della barriera, getting, stress e comportamento ai margini.

La sigillatura sul retro è particolarmente utile da valutare nei processi che combinano un substrato fortemente drogato con uno strato epitassiale leggermente drogato, includono uno strato sepolto altamente drogato o sono sensibili all'uniformità della resistività epitassiale. Le discussioni sulle applicazioni spesso coinvolgono dispositivi di potenza e piattaforme BCD. Sono disponibili anche opzioni di fornitori pubblici: la pagina dei wafer dei dispositivi di alimentazione di Okmetic per i prodotti da 200 mm e 150 mm elenca esplicitamente i trattamenti sul retro Etched, Polyback e LTO.

Ciò non dovrebbe essere semplificato eccessivamente al contrario nel senso che "ogni processo BCD richiede 800/400". La necessità di Poly-Si + LTO dovrebbe essere determinata congiuntamente dal tipo e dalla concentrazione del drogante del substrato, dagli strati sepolti, dallo spessore epitassiale e dalla resistività, dal budget termico e dal budget dei difetti ai bordi.

Per l'integrazione dell'approvvigionamento e del processo, i seguenti elementi dovrebbero essere inclusi nei disegni e nei piani di verifica:

1. Sistema cinematografico:Materiali, sequenza di stack, spessore target di ogni strato e tolleranze. Non accettare solo "BS" o "Superseal" come specifica;
2. Condizioni dei bordi:Metodo di rimozione dei bordi, esclusione dei bordi, copertura dell'intaglio e del bisello e pellicole residue dei bordi consentite;
3. Geometria:Arco/Deformazione in una condizione di misurazione definita, con accordo sulla ripetizione della misurazione dopo l'epitassia o una storia termica equivalente;
4. Verifica elettrica:Profili di resistività radiale dopo l'epitassia, come le misurazioni SRP, con particolare attenzione alle regioni vicine al bordo e alle transizioni brusche piuttosto che solo al centro del wafer;
5. Verifica della contaminazione e dei difetti:Particelle sul retro e sui bordi, noduli epitassiali e foschia. Laddove sia richiesto il controllo della contaminazione metallica, concordare il metodo di valutazione del getting corrispondente.

Anche la terminologia dei fornitori necessita di interpretazione. Okmetic utilizza "LTO backsealing", "Polyback sealing" e "Poly-LTO-Poly supersealing", mentre la letteratura accademica utilizza spesso PBS (Polysilicon Back Seal).I nomi possono differire, ma la struttura deve essere inequivocabile.Quando si lavora con altri fornitori, le opzioni specifiche di tenuta posteriore dovrebbero essere confermate anche rispetto ai disegni attuali del prodotto, alle specifiche e ai risultati di qualificazione reciproca, piuttosto che dedurre dal nome di una linea di prodotto.

• Okmetic - Discrete Power Device Wafer (LTO backsealing, Polyback, Poly-LTO-Poly supersealing e specifiche da 200 mm): https://www.okmetic.com/silicon-wafers/power-wafer-line/discrete- power-device-wafers/
• BYU Cleanroom - Specifiche dei wafer (tipica sigillatura posteriore in ossido da 3000-5000 Å su wafer epitassiali; gettering del polisilicio sul retro): https://cleanroom.byu.edu/EW_wafer_specs
• Centro nazionale nano dell'Università Yang Ming Chiao Tung - Sistema di deposizione chimica da vapore a bassa pressione (LPCVD) (punti di processo tra cui Poly-Si a 620 gradi e silicio amorfo a 550 gradi): https://scholar.nycu.edu.tw/en/equipments/low- Pressure-chemical-vapor-deposition-system-lpcvd/
• TI Kamins, struttura e proprietà dei film di silicio LPCVD, J. Electrochem. Soc. 127(3), 686 (1980) (film policristallini superiori a 600 gradi e film amorfi di seguito): https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1.2129733
• S. Ogushi et al., Caratteristiche di gettering delle impurità di metalli pesanti nei wafer di silicio con sigillo posteriore in polisilicio e gettering interno, Jpn. J.Appl. Fisica. 36, 6601 (1997): https://iopscience.iop.org/article/10.1143/JJAP.36.6601

Disclaimer:Questo articolo è composto da abstract cartacei disponibili al pubblico, informazioni sulle apparecchiature universitarie e pagine Web dei fornitori esclusivamente a scopo di comunicazione tecnica e riferimento all'approvvigionamento. Gli spessori, le temperature e le strutture discussi sono esempi pubblici o finestre di processi industriali comuni; non costituiscono specifiche standard o garanzie di alcun fornitore. La qualificazione della produzione dovrebbe basarsi su disegni reciprocamente approvati, specifiche attuali, condizioni di misurazione definite e risultati effettivi della verifica epitassiale.