Tecnología de sellado posterior para sustratos epitaxiales de 200 mm: control de poli-Si, LTO y autodopaje

Cuando un sustrato fuertemente dopado ingresa a un reactor epitaxial, el resultado esperado es una capa epitaxial ligeramente dopada con resistividad controlada. Sin embargo, la resistividad cerca del borde de la oblea puede desviarse del objetivo. En otros casos, un sustrato cumple con todas las especificaciones geométricas entrantes pero desarrolla partículas o deformación anormal después de la epitaxia y la limpieza. Es posible que la causa no resida únicamente en la receta epitaxial; también puede afectar a las dos películas delgadas en la parte posterior del sustrato.

Aunque no hay un sello posterior en la superficie del dispositivo, afecta el transporte de dopantes, la captación de impurezas metálicas, la tensión de la película y la integridad de los bordes. Comprenderlo requiere algo más que pensar en él como "una capa protectora en la espalda".

En este artículo, un sello posterior se refiere a un sistema de película funcional depositado en la superficie posterior de una oblea de silicio. Una estructura compuesta común, enumerada desde el sustrato de silicio hacia afuera, es:

Parte posterior del sustrato de silicio monocristalino → Poli-Si (polisilicio) → LTO SiO₂(tapa de óxido de baja temperatura)

Las dos capas realizan funciones diferentes. Poly-Si proporciona captación extrínseca por la parte trasera y también puede ayudar a suprimir el escape de dopantes hasta cierto punto. La capa exterior de SiO₂ sirve principalmente como barrera de difusión y aísla la película subyacente. En cambio, los productos reales pueden utilizar LTO solo, Polyback solo o combinaciones multicapa más complejas. Okmetic, por ejemplo, incluye entre sus opciones el sellado posterior LTO, Polyback y el supersellado Poly-LTO-Poly. Por lo tanto, el "sello trasero" es una categoría funcional, no una pila fija.

No debe confundirse con los siguientes tres conceptos:

• Pulido de doble cara (DSP):Esto describe el estado de las superficies frontal y posterior antes de la deposición de la película. Algunos procesos de sellado posterior comienzan con obleas de DSP, pero una vez que se ha depositado Poly-Si, la parte posterior queda cubierta por una película funcional. Por lo tanto, el producto terminado no debería describirse simplemente como una oblea DSP de silicio desnudo.
• Sustrato de grado epitaxial:Esto describe el uso previsto. El sellado posterior es una forma opcional de ingeniería posterior para sustratos de grado epitaxial; No todos los sustratos epitaxiales requieren la misma estructura Poly-Si + LTO.
• Oblea epitaxial:Esta es una oblea terminada con una capa epitaxial en su superficie frontal. Un sustrato sellado por la parte posterior se convierte en una oblea epitaxial sólo después del crecimiento epitaxial. El sello posterior en sí no es una capa epitaxial.

En un flujo de proceso común, la deposición de Poly-Si puede cubrir tanto la superficie frontal como la posterior. Posteriormente, el polisilicio de la parte frontal se elimina mediante pulido, seguido de eliminación de bordes y limpieza, dejando el sistema de película compuesta en la parte posterior. Por lo tanto, el sellado posterior no es un paso de recubrimiento aislado, sino un proceso integrado con el pulido, la eliminación de bordes y la limpieza.

Poly-Si: pirólisis de silano LPCVD, con temperatura que determina la fase

El LPCVD Poly-Si convencional utiliza la descomposición térmica del silano, que puede simplificarse como SiH₄

* Si + 2H₂. El estudio de Kamins de 1980 sobre películas de silicio LPCVD en el rango de 525 a 725 grados es una referencia clásica en este campo:Las películas formadas por encima de 600 grados son policristalinas, mientras que las formadas a temperaturas más bajas son amorfas.y la textura de la película cambia significativamente con la temperatura de deposición. La información pública sobre equipos LPCVD de la Universidad Nacional Yang Ming Chiao Tung proporciona puntos de proceso de comparación en la misma herramienta:620 grados para Poly-Si y 550 grados para silicio amorfoen un proceso a base de silano, así como 585 grados para polisilicio dopado con fósforo in situ.

Por lo tanto, la práctica común de ingeniería sitúa la deposición de polisilicio por encima de los 600 grados, a menudo alrededor de los 620 grados. Sin embargo, la temperatura real debe confirmarse con el equipo, las propiedades de la película y los objetivos de tensión. No existe una temperatura única aplicable a todas las herramientas.

LTO SiO₂: La deposición de óxido de silicio a baja temperatura no implica una herramienta ni una reacción Camino

LTO significa óxido de baja temperatura. Una reacción de silano-oxígeno es una ruta de proceso común, con una ventana de deposición típica en la industria de aproximadamente 400-450 grados. La "baja temperatura" está relacionada con procesos de mayor temperatura, como la oxidación térmica o la deposición basada en TEOS a aproximadamente 700 grados. El LTO utilizado para el sellado posterior puede implementarse mediante APCVD, LPCVD u otros métodos. Los planos de adquisición deben especificar las propiedades y el rendimiento requeridos de la película en lugar de inferir una herramienta y una receta a partir del término "LTO" únicamente.

Espesor: 800/400 es un ejemplo estructural común, no un estándar universal

Aproximadamente 800 nm de Poly-Si más aproximadamente 400 nm de SiO₂ es un ejemplo común en consultas de la industria y discusiones sobre dibujos, y puede servir como punto de partida para la comunicación técnica. Una referencia cruzada disponible públicamente es la especificación de oblea de BYU Cleanroom:Las obleas epitaxiales suelen tener un sello posterior de óxido característico, normalmente de 3000 a 5000 Å de espesor (300 a 500 nm)., que evita que el boro se escape por la parte posterior durante la epitaxia a alta temperatura y contamine la capa epitaxial ligeramente dopada en la parte frontal. Esto es consistente con el orden de magnitud de una capa de óxido de aproximadamente 400 nm.

Es importante enfatizar que la combinación de espesor específica de Poly-Si y LTO varía según el proveedor, el tipo de dopante y el objetivo de la aplicación. No existe una base estándar universal para presentar 800/400 como una especificación para toda la industria, o para inferir que la producción no debe exceder un espesor particular.

límite.

En otras palabras, el rendimiento de las partículas depende dedensidad de la película + integridad de la cobertura + perfil del borde + procesamiento térmico posterior, y no puede atribuirse únicamente al nombre del material más externo.

Una película de Poly-Si más gruesa no solo proporciona beneficios proporcionalmente mayores a través de límites de grano adicionales y estructuras absorbentes. La tensión intrínseca de la película delgada se acumula a medida que aumenta el espesor, lo que dificulta el control de la deformación de las obleas. El espesor de la película, la temperatura de deposición y el historial térmico posterior también afectan conjuntamente la estabilidad geométrica de la oblea. Esta es la razón por la que Okmetic incluye pilas de sellos traseros junto aoptimización de deformación/arco de obleacomo opciones personalizables.

Para la integración de procesos, se deben evaluar juntas al menos tres categorías de resultados:

• Geometría entrante:Arqueamiento/deformación después de la deposición de la película, en lugar de medir únicamente los datos de la oblea desnuda antes del recubrimiento;
• Geometría después del procesamiento térmico:Deformación y estabilidad después de una historia térmica epitaxial simulada, evitando una situación en la que las obleas entrantes pasan pero las obleas post-epitaxia se salen de control;
• Defectos de borde y epitaxiales:Ancho de eliminación de bordes, películas de bordes residuales, nódulos, partículas, neblina epitaxial y defectos relacionados.

Un sello trasero no es "cuanto más grueso, mejor". Es una compensación entre el desempeño de la barrera, la captación, el estrés y el comportamiento de borde.

Vale la pena evaluar particularmente el sellado posterior en procesos que combinan un sustrato fuertemente dopado con una capa epitaxial ligeramente dopada, incluyen una capa enterrada altamente dopada o son sensibles a la uniformidad de la resistividad epitaxial. Las discusiones sobre aplicaciones a menudo involucran dispositivos eléctricos y plataformas BCD. También están disponibles opciones de proveedores públicos: la página de obleas de dispositivos de potencia de Okmetic para productos de 200 mm y 150 mm enumera explícitamente los tratamientos posteriores Etched, Polyback y LTO.

Esto no debe simplificarse demasiado a la inversa para decir que "cada proceso BCD requiere 800/400". La necesidad de Poly-Si + LTO debe determinarse conjuntamente por el tipo y la concentración de dopante del sustrato, las capas enterradas, el espesor epitaxial y la resistividad, el balance térmico y el balance del defecto del borde.

Para la adquisición y la integración de procesos, se deben incluir los siguientes elementos en los planos y planes de verificación:

1. Sistema de película:Materiales, secuencia de apilamiento, espesor objetivo de cada capa y tolerancias. No acepte únicamente "BS" o "Superseal" como especificación;
2. Estado del borde:Método de eliminación de bordes, exclusión de bordes, cobertura en la muesca y bisel y películas de bordes residuales permitidas;
3. Geometría:Arqueamiento/deformación bajo una condición de medición definida, con acuerdo sobre la repetición de la medición después de la epitaxia o un historial térmico equivalente;
4. Verificación eléctrica:Perfiles de resistividad radial después de la epitaxia, como mediciones de SRP, con especial atención a las regiones cercanas al borde y las transiciones abruptas en lugar de solo el centro de la oblea;
5. Contaminación y verificación de defectos:Partículas en la parte trasera y en los bordes, nódulos epitaxiales y neblina. Cuando se requiera control de contaminación metálica, acordar el método de evaluación de obtención correspondiente.

La terminología de los proveedores también necesita interpretación. Okmetic utiliza "sellado posterior LTO", "sellado Polyback" y "supersellado Poly-LTO-Poly", mientras que la literatura académica suele utilizar PBS (sello posterior de polisilicio).Los nombres pueden diferir, pero la estructura debe ser inequívoca.Cuando se trabaja con otros proveedores, las opciones específicas de sellado posterior también deben confirmarse con los dibujos, las especificaciones y los resultados de calificación mutua del producto actual, en lugar de inferirse del nombre de una línea de producto.

• Okmetic: obleas para dispositivos de energía discreta (sellado posterior LTO, Polyback, supersellado Poly-LTO-Poly y especificaciones de 200 mm): https://www.okmetic.com/silicon-wafers/power-wafer-line/discrete-power-device-wafers/
• Sala limpia de BYU: especificaciones de obleas (sello posterior de óxido típico de 3000‒5000 Å en obleas epitaxiales; captación de polisilicio en la parte posterior): https://cleanroom.byu.edu/EW_wafer_specs
• Nano Centro de la Universidad Nacional Yang Ming Chiao Tung - Sistema de deposición química de vapor a baja presión (LPCVD) (puntos de proceso que incluyen poli-Si a 620 grados y silicio amorfo a 550 grados): https://scholar.nycu.edu.tw/en/equipments/low- Pressure-chemical-vapor-deposition-system-lpcvd/
• TI Kamins, Estructura y propiedades de las películas de silicio LPCVD, J. Electrochem. Soc. 127(3), 686 (1980) (películas policristalinas por encima de 600 grados y películas amorfas por debajo): https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1.2129733
• S. Ogushi et al., Características de obtención de impurezas de metales pesados ​​en obleas de silicio con sello posterior de polisilicio y captación interna, Jpn. J. Aplica. Física. 36, 6601 (1997): https://iopscience.iop.org/article/10.1143/JJAP.36.6601

Descargo de responsabilidad:Este artículo está compilado a partir de resúmenes en papel disponibles públicamente, información sobre equipos universitarios y páginas web de proveedores únicamente con fines de comunicación técnica y referencia de abastecimiento. Los espesores, temperaturas y estructuras discutidos son ejemplos públicos o ventanas de procesos industriales comunes; no constituyen especificaciones estándar ni garantías de ningún proveedor. La calificación de la producción debe basarse en dibujos aprobados mutuamente, especificaciones actuales, condiciones de medición definidas y resultados reales de verificación epitaxial.