טכנולוגיית איטום אחורי עבור מצע אפיטקסיאלי 200 מ"מ: Poly-Si, LTO ובקרת סימום אוטומטי

כאשר מצע מסומם בכבדות נכנס לכור אפיטקסיאלי, התוצאה המיועדת היא שכבה אפיטקסיאלית מסוממת קלות עם התנגדות מבוקרת. עם זאת, ההתנגדות ליד קצה רקיק עשויה לסטות מהמטרה. במקרים אחרים, מצע עומד בכל המפרט הגיאומטרי הנכנס אך מפתח חלקיקים או עיוות חריג לאחר אפיטקסיה וניקוי. ייתכן שהסיבה אינה נעוצה רק במתכון האפיטקסיאלי; זה עשוי לכלול גם את שני הסרטים הדקים בצד האחורי של המצע.

למרות שאיטום צד אחורי אינו ממוקם על משטח המכשיר, הוא משפיע על הובלת חומרי סימון, קבלת זיהומים מתכתיים, מתח הסרט ושלמות הקצוות. הבנתו דורשת יותר מאשר לחשוב עליו כעל "שכבת הגנה על הגב".

במאמר זה, חותמת אחורית מתייחסת למערכת סרטים פונקציונלית המונחת על המשטח האחורי של פרוסת סיליקון. מבנה מרוכב נפוץ, המופיע ממצע הסיליקון כלפי חוץ, הוא:

מצע סיליקון חד גביש מאחור → Poly-Si (פוליסיליקון) → LTO SiO₂(מכסה תחמוצת בטמפרטורה נמוכה)

שתי השכבות מבצעות פונקציות שונות. Poly-Si מספק גטרינג חיצוני של הצד האחורי ויכול גם לעזור לדכא בריחת סמים במידה מסוימת. שכבת SiO₂ החיצונית משמשת בעיקר כמחסום דיפוזיה ומבודדת את הסרט הבסיסי. מוצרים בפועל עשויים להשתמש במקום זאת ב-LTO לבד, ב-Polyback לבד, או בשילובים מרובי-שכבתיים מורכבים יותר. Okmetic, למשל, מפרטת את LTO backseal, Polyback ו- Poly-LTO- Poly supersealing בין האפשרויות שלה. "חותם אחורי" הוא אפוא קטגוריה פונקציונלית, לא מחסנית אחת קבועה.

אין לבלבל את זה עם שלושת המושגים הבאים:

• ליטוש דו צדדי (DSP):זה מתאר את מצב המשטחים הקדמיים והאחוריים לפני שקיעת הסרט. חלק מתהליכי איטום הצד האחורי אכן מתחילים עם פרוסות DSP, אך לאחר שהופקד Poly-Si, הצד האחורי מכוסה בסרט פונקציונלי. לכן אין לתאר את המוצר המוגמר כפריסת DSP חשופה מסיליקון.
• מצע בדרגה אפיטקסיאלית:זה מתאר את השימוש המיועד. איטום הצד האחורי הוא צורה אופציונלית אחת של הנדסת הצד האחורי עבור מצעים בדרגה אפיטקסיאלית; לא כל מצע אפיטקסיאלי דורש את אותו מבנה Poly-Si + LTO.
• רקיק אפיטקסיאלי:זהו רקיק מוגמר עם שכבה אפיטקסיאלית שגדלה על פני השטח הקדמיים שלו. מצע אטום בצד האחורי הופך לרקיק אפיטקסיאלי רק לאחר צמיחה אפיטקסיאלית. החותם האחורי עצמו אינו שכבה אפיטקסיאלית.

בזרימת תהליך נפוצה, תצהיר Poly-Si עשוי לצפות הן את המשטח הקדמי והן האחורי. הפוליסיליקון בחזית מוסר לאחר מכן על ידי ליטוש, ולאחר מכן הסרת קצוות וניקוי, ומשאיר את מערכת הסרטים המרוכבים בצד האחורי. איטום הצד האחורי אינו שלב ציפוי מבודד, אלא תהליך המשולב עם ליטוש, הסרת קצוות וניקוי.

Poly-Si: LPCVD Silane Pyrolysis, עם טמפרטורה הקובעת את השלב

LPCVD Poly-Si קונבנציונלי משתמש בפירוק תרמי של סילאן, שניתן לפשט אותו כ-SiH₄

* סי + 2H₂. המחקר של Kamins משנת 1980 על סרטי סיליקון LPCVD בטווח של 525-725 מעלות הוא התייחסות קלאסית בתחום זה:סרטים שנוצרו מעל 600 מעלות הם פוליקריסטליים, בעוד אלו שנוצרו בטמפרטורות נמוכות יותר הם אמורפיים, ומרקם הסרט משתנה באופן משמעותי עם טמפרטורת השקיעה. מידע ציבורי על ציוד LPCVD מאוניברסיטת Yang Ming Chiao Tung הלאומי מספק נקודות השוואת תהליך השוואה באותו כלי:620 מעלות עבור Poly-Si ו-550 מעלות עבור סיליקון אמורפיבתהליך מבוסס סילאן, כמו גם 585 מעלות לפוליסיליקון מסומם בזרחן באתרו.

לפיכך, פרקטיקה הנדסית מקובלת מציבה תצהיר פוליסיליקון מעל 600 מעלות, לרוב בסביבות 620 מעלות. עם זאת, יש לאשר את הטמפרטורה בפועל מול הציוד, תכונות הסרט ומטרות הלחץ. אין טמפרטורה אחת החלה על כל כלי.

LTO SiO₂: שקיעת תחמוצת סיליקון בטמפרטורה נמוכה אינה מרמזת על כלי אחד או תגובה אחת נָתִיב

LTO מייצג תחמוצת בטמפרטורה נמוכה. תגובת חמצן של סילאן היא מסלול תהליך נפוץ, עם חלון שקיעה טיפוסי בתעשייה של כ-400-450 מעלות. "טמפרטורה נמוכה" היא ביחס לתהליכים בטמפרטורה גבוהה יותר כגון חמצון תרמי או שקיעה מבוססת TEOS בכ-700 מעלות. LTO המשמש לאיטום האחורי עשוי להיות מיושם על ידי APCVD, LPCVD או שיטות אחרות. שרטוטי הרכש צריכים לציין את מאפייני הסרט והביצועים הנדרשים במקום להסיק כלי ומתכון מהמונח "LTO" בלבד.

עובי: 800/400 הוא דוגמה מבנית נפוצה, לא תקן אוניברסלי

כ-800 ננומטר של Poly-Si בתוספת כ-400 ננומטר של SiO₂ היא דוגמה נפוצה בשאלות בתעשייה ובדיונים בציור, והיא יכולה לשמש נקודת מוצא לתקשורת טכנית. הפניה מוצלבת זמינה לציבור היא מפרט הפרוסות של BYU Cleanroom:לפרוסות אפיטקסיאליות יש בדרך כלל אטם אחורי של תחמוצת אופייני, בדרך כלל בעובי 3000‒5000 Å (300‒500 ננומטר), המונעת בורון לברוח מהחלק האחורי במהלך אפיטקסיה בטמפרטורה גבוהה ולזהם את השכבה האפיטקסיאלית המסוממת קלות בחזית. זה עולה בקנה אחד עם סדר הגודל של מכסה תחמוצת של כ-400 ננומטר.

חשוב להדגיש כי שילוב העובי הספציפי של Poly-Si ו-LTO משתנה בהתאם לספק, לסוג הדונט ולמטרת היישום. אין בסיס סטנדרטים אוניברסלי להצגת 800/400 כמפרט כלל תעשייתי, או להסיק שאסור לייצור לחרוג מעובי מסוים

לְהַגבִּיל.

במילים אחרות, ביצועי החלקיקים תלוייםצפיפות הסרט + שלמות כיסוי + פרופיל קצה + עיבוד תרמי לאחר מכן, ולא ניתן לייחס רק לשם החומר החיצוני ביותר.

סרט Poly-Si עבה יותר לא פשוט מספק יתרונות גדולים יותר באופן פרופורציונלי באמצעות גבולות גרגרים נוספים ומבני גיטרה. מתח פנימי של סרט דק מצטבר ככל שהעובי גדל, מה שהופך את השליטה בעיוות רקיק לקשה יותר. עובי הסרט, טמפרטורת השקיעה וההיסטוריה התרמית שלאחר מכן משפיעים יחד על היציבות הגיאומטרית של הפרוסים. זו הסיבה ש-Okmetic מפרטת ערימות של אטם אחורי לצדאופטימיזציה של עיוות רקיק/קשתכאפשרויות הניתנות להתאמה אישית.

לצורך שילוב תהליכים, יש להעריך לפחות שלוש קטגוריות של תוצאות ביחד:

• גיאומטריה נכנסת:Bow/Warp לאחר שקיעת הסרט, ולא רק נתוני רקיק חשוף שנמדדו לפני הציפוי;
• גיאומטריה לאחר עיבוד תרמי:עיוות ויציבות לאחר סימולציה של היסטוריה תרמית אפיטקסיאלית, הימנעות ממצב שבו פרוסות נכנסות עוברות אך פרוסות פוסט-אפיטקסיות יוצאות משליטה;
• פגמי קצה ואפיטקסיאליים:רוחב הסרת קצוות, שאריות סרטי קצה, גושים, חלקיקים, אובך אפיטקסיאלי ופגמים קשורים.

אטם אחורי אינו "כמה שיותר עבה, יותר טוב". זהו פשרה בין ביצועי מחסומים, התגברות, מתח והתנהגות קצה.

איטום הצד האחורי ראוי במיוחד להערכה בתהליכים המשלבים מצע מסומם בכבדות עם שכבה אפיטקסיאלית מסוממת קלות, כוללים שכבה קבורה מסוממת מאוד, או רגישים לאחידות התנגדות אפיטקסיאלית. דיוני יישומים כוללים לעתים קרובות התקני חשמל ופלטפורמות BCD. זמינות גם אפשרויות של ספקים ציבוריים: דף ה-power-device wafer של Okmetic למוצרים של 200 מ"מ ו-150 מ"מ מפרט במפורש טיפולים אחוריים מסוג Etched, Polyback ו-LTO.

אין לפשט זאת בצורה הפוכה ולומר ש"כל תהליך BCD דורש 800/400." אם יש צורך ב-Poly-Si + LTO, יש לקבוע במשותף לפי סוג וריכוז המצע, שכבות קבורות, עובי והתנגדות אפיטקסיאלית, תקציב תרמי ותקציב פגמי הקצה.

עבור רכש ושילוב תהליכים, יש לכלול את הפריטים הבאים בשרטוטים ובתוכניות אימות:

1. מערכת סרטים:חומרים, רצף ערימה, עובי יעד של כל שכבה וסובלנות. אין לקבל רק "BS" או "Superseal" כמפרט;
2. מצב קצה:שיטת הסרת קצוות, החרגת קצוות, כיסוי בחריץ ובשיפוע, ושאריות שוליים מותרים;
3. גֵאוֹמֶטרִיָה:Bow/Warp בתנאי מדידה מוגדרים, עם הסכמה על מדידה חוזרת לאחר אפיטקסיה או היסטוריה תרמית שווה ערך;
4. אימות חשמלי:פרופילי התנגדות רדיאלית לאחר אפיטקסיה, כגון מדידות SRP, עם תשומת לב מיוחדת לאזורים קרובים לקצה ולמעברים פתאומיים ולא רק למרכז הפרוסות;
5. זיהום ואימות פגמים:חלקיקי הצד האחורי והקצה, גושים אפיטקסיאליים ואובך. היכן שנדרשת בקרת זיהום מתכתי, הסכימו על שיטת הערכת הגטר המתאימה.

גם מינוח הספקים זקוק לפרשנות. Okmetic משתמשת ב-"LTO backsealing", "Polyback seal" ו-"Poly-LTO-Poly supersealing", בעוד ספרות אקדמית משתמשת לעתים קרובות ב-PBS (Polysilicon Back Seal).השמות עשויים להיות שונים, אבל המבנה חייב להיות חד משמעי.כאשר עובדים עם ספקים אחרים, יש לאשר את אפשרויות האיטום האחורי הספציפיות גם מול שרטוטי המוצר הנוכחיים, המפרטים ותוצאות ההסמכה ההדדית, במקום להסיק מהשם של קו המוצר.

• Okmetic - Wafers Discrete Power Device (איטום אחורי LTO, Polyback, Poly-LTO-Poly supersealing ומפרטי 200 מ"מ): https://www.okmetic.com/silicon-wafers/power-wafer-line/discrete- power-device-wafers/
• BYU Cleanroom - מפרטי רקיק (אטם אחורי תחמוצת אופייני 3000‒5000 Å על פרוסות אפיטקסיאליות; משיכת פוליסיליקון בצד האחורי): https://cleanroom.byu.edu/EW_wafer_specs
• מרכז הננו הלאומי של אוניברסיטת יאנג מינג צ'יאו טונג - מערכת שקיעת אדים כימית בלחץ נמוך (LPCVD) (נקודות תהליך כולל Poly-Si ב-620 מעלות וסיליקון אמורפי ב-550 מעלות): https://scholar.nycu.edu.tw/en/equipments/low-pressure-chemical-vapor-deposition-system/
• TI Kamins, מבנה ומאפיינים של סרטי סיליקון LPCVD, J. Electrochem. Soc. 127(3), 686 (1980) (סרטים רב גבישיים מעל 600 מעלות וסרטים אמורפיים למטה): https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1.2129733
• S. Ogushi et al., Gettering Characteristics of Heavy Metal Impurities in Wafers Silicon with Polysilicon Back Paint and Internal Gettering, Jpn. J. Appl. Phys. 36, 6601 (1997): https://iopscience.iop.org/article/10.1143/JJAP.36.6601

כתב ויתור:מאמר זה מלוקט מתוך תקצירי נייר זמינים לציבור, מידע על ציוד אוניברסיטאי ודפי אינטרנט של ספקים למטרות תקשורת טכנית והפניה למקור בלבד. העוביים, הטמפרטורות והמבנים הנידונים הם דוגמאות ציבוריות או חלונות תהליכים נפוצים בתעשייה; הם אינם מהווים מפרטים סטנדרטיים או ערבויות מאף ספק. הסמכת הייצור צריכה להתבסס על שרטוטים מאושרים הדדיים, מפרטים נוכחיים, תנאי מדידה מוגדרים ותוצאות אימות אפיטקסיאליות בפועל.