У виробництві кремнієвих пластин найбільшу увагу, як правило, зосереджено на якості кристала передньої сторони пластини -, епітаксійному шарі, питомому опорі, щільності дефектів і чистоті поверхні.
Однак не менш важлива зворотна сторона вафлі.
Для епітаксійних пластин, сильно легованих пластин, пластин, які використовуються в енергетичних пристроях, і високо-надійних пластин КМОП-підкладки розробка задньої сторони безпосередньо впливає на стабільність процесу при високих-температурах, якість епітаксійного шару, контроль забруднення металу та надійність пристрою.
Серед цих інженерних методів задньої сторони шар заднього ущільнення є одним із найважливіших.
Що таке шар заднього ущільнювача силіконової пластини?
Задній ущільнювальний шар кремнієвої пластини зазвичай називають:
- Задній ущільнювальний шар
- Тильна печатка
- Поліетиленове заднє ущільнення (PBS)
- Тильне оксидне/нітридне ущільнення
Це функціональна тонка плівка, утворена на тильній стороні пластини, яка використовується для ізоляції, блокування, газопоглинання або стабілізації домішок і напруги на тильній стороні пластини.
Простими словами:
На передній стороні пластини виготовляються пристрої, а задній ущільнювальний шар на задній стороні діє як «захисний бар’єр» і «буферний шар».
Хоча задній ущільнювальний шар не бере безпосередньої участі в формуванні візерунка-переднього боку пристрою, він суттєво впливає на поведінку пластини під час високо-температурних процесів, таких як епітаксійне зростання, окислення, дифузія, відпал і осадження тонкої-плівки.
Тому, незважаючи на те, що задній ущільнювальний шар розташований на тильній стороні, він є важливою структурою, яку не можна не помітити у високоякісних кремнієвих пластинах-.
Навіщо силіконовим пластинам потрібен задній ущільнювальний шар?
Основну цінність заднього ущільнювального шару можна узагальнити в чотирьох аспектах: блокування, поглинання, стабілізація та контроль форми.
1. Придушення вивільнення домішок із задньої сторони
Кремнієві пластини, особливо сильно леговані, можуть виділяти легуючі елементи або металеві домішки зі зворотного боку під час високотемпературного епітаксійного росту або термічної обробки.
Загальні ризики включають:
- Бор (B)
- Фосфор (P)
- Миш'як (As)
- Сурма (Sb)
- Металеві забруднення, такі як залізо (Fe), мідь (Cu) і нікель (Ni)
Якщо такі домішки потрапляють у камеру реактора або мігрують до передньої -області пристрою, вони можуть вплинути на питомий опір епітаксійного шару, термін служби неосновних носіїв, струм витоку та загальну надійність пристрою.
Задній ущільнювальний шар діє як бар’єр, зменшуючи вплив джерел забруднення на передній-боковій частині пристрою.
2. Запобігання автодопінгу під час епітаксіального росту
Задній ущільнювальний шар особливо важливий у виробництві епітаксійних пластин.
Для сильно легованих підкладок, таких як:
- П/П+ епітаксіальні пластини
- N/N+ епітаксіальні пластини
- Силовий пристрій епітаксійних пластин
Під час високо-температурного епітаксійного росту легуючі елементи із зворотного боку підкладки можуть випаровуватися в газову фазу та повторно-включатися в зростаючий епітаксійний шар, спричиняючи дрейф питомого опору.
Це явище широко відоме як автодопінг.
Задній ущільнювальний шар допомагає зменшити виділення легуючих елементів із зворотного боку, пом’якшуючи ризики автолегування та покращуючи стабільність і рівномірність питомого опору епітаксійного шару.
3. Надання можливості отримання
Деякі шари заднього ущільнення -, зокрема Poly-Si Back Seal -, демонструють сильну здатність до гетерування.
Шар полікремнію містить велику кількість меж зерен, дефектів і поверхонь розділу, які можуть адсорбувати або затримувати металеві домішки, ефективно притягуючи шкідливі домішки до задньої частини пластини та зменшуючи їх дифузію в передню-область пристрою.
Цей процес зазвичай називають отриманням.
Для CMOS, пристроїв живлення, аналогових пристроїв і пристроїв із високою-надійністю здатність отримати важливу роль у продуктивності та довгостроковій-надійності.
4. Покращення контролю напруги та викривлення
Кремнієві пластини схильні до термічної напруги під час високо-температурних процесів, що може спричинити вигин, викривлення або навіть ковзання.
Добре-продуманий задній ущільнювальний шар може допомогти збалансувати навантаження між передньою та задньою сторонами пластини, зменшуючи такі ризики:
- Бант: згинання пластин
- Деформація: деформація пластини
- Ковзання: лінії ковзання
- Термічні дефекти
Однак важливо зазначити, що товщий шар не завжди є кращим для заднього ущільнюючого шару.
Якщо напруга плівки не контролюється належним чином, це може фактично збільшити викривлення пластини або призвести до розтріскування або розшарування плівки. Тому при розробці заднього ущільнювального шару необхідно враховувати розмір пластини, товщину, систему матеріалу, термічну історію та -спеціальні умови процесу замовника.
Звичайні матеріали для шарів заднього ущільнення силіконової пластини
Різні матеріали заднього ущільнювального шару пропонують різні бар’єрні властивості, здатність до гетерування, рівні напруги та сумісність з процесами. Поширені матеріали включають полікремній, діоксид кремнію, нітрид кремнію та оксинітрид кремнію.
1. Задній ущільнювальний шар із полікремнію
Полісиліконовий задній ущільнювальний шар є одним із найбільш типових типів, часто скорочено PBS (Poly Back Seal).
Його основна цінність:
Він виконує як бар’єрну, так і геттерну функції.
Межі зерен і дефектні структури в полікремнієвому шарі можуть затримувати металеві домішки, що робить його широко використовуваним в епітаксіальних пластинах підкладки, сильно легованих пластинах і пластинах для високо-надійних пристроїв.
2. Задній ущільнювальний шар діоксиду кремнію
Задні ущільнювальні шари SiO₂ забезпечують головним чином ізоляцію та бар’єрні функції.
Вони пропонують хорошу ізоляцію, сумісність з процесами та відносно низьку напругу плівки, що робить їх придатними для застосування з високими вимогами до стабільності та сумісності плівки.
Однак у порівнянні з полікремнієвими шарами зворотного ущільнення, геттерна здатність SiO₂ зазвичай слабша.
3. Задній ущільнювальний шар нітриду кремнію
Плівки Si₃N₄ є щільними та забезпечують надійний бар'єр, особливо ефективний проти вологи, іонів натрію та дифузії певних домішок.
Однак плівки нітриду кремнію зазвичай виявляють високі навантаження. Поганий контроль напруги може призвести до викривлення пластини, розтріскування плівки або нестабільності в наступних процесах.
4. Задній ущільнювальний шар із оксинітриду кремнію
SiON знаходиться між SiO₂ і Si3N₄, і його властивості можна налаштувати, регулюючи співвідношення кисню-до-азоту.
Він поєднує в собі хороші бар'єрні характеристики з відносно контрольованим навантаженням, пропонуючи більш гнучкий вибір матеріалу заднього ущільнювального шару.
|
Матеріал заднього ущільнення |
Основні характеристики |
Типові переваги |
Застереження за адресою |
|
Полікремній (Poly-Si) |
Багато зернистих меж і дефектів |
Сильний геттер; підходить для високо-надійних пластин |
Вимагає суворого контролю якості плівки та частинок |
|
Діоксид кремнію (SiO₂) |
Хороша ізоляція, відносно низька напруга |
Хороша сумісність процесів; підходить як ізоляційний шар |
Обмежена можливість отримання |
|
Нітрид кремнію (Si₃N₄) |
Щільна плівка з сильними бар'єрними властивостями |
Ефективний бар'єр для вологи, іонів натрію тощо. |
Сильний стрес; необхідно контролювати ризик викривлення |
|
Оксинітрид кремнію (SiON) |
Властивості між SiO₂ і Si3N4 |
Регульована напруга, показник заломлення та бар’єрні характеристики |
Вимагає точного керування вікном процесу |
Неправильна конструкція шару заднього ущільнення може створити нові проблеми з частинками, напругою або викривленням. Тому і параметри матеріалу, і параметри процесу повинні бути ретельно узгоджені з подальшими процесами замовника.
На яких типах силіконових пластин в основному використовується задній ущільнювальний шар?
1. Епітаксіальні пластини
Епітаксіальні пластини є однією з найважливіших областей застосування заднього ущільнювального шару.
Зокрема, для епітаксійних пластин із сильно легованою підкладкою вивільнення легуючої домішки та автодопування є поширеними проблемами під час високо-температурного епітаксійного росту. Задній шар ущільнення ефективно знижує ризик міграції тильної легуючої домішки в епітаксіальний шар, допомагаючи стабілізувати питомий опір.
Типові продукти включають:
- П/П+ епітаксіальні пластини
- N/N+ епітаксіальні пластини
- Силовий пристрій епітаксійних пластин
- Епітаксіальні пластини для аналогових мікросхем
- Підкладки для датчиків зображення CMOS
2. Кремнієві пластини для силових пристроїв
Силові пристрої дуже чутливі до струму витоку, напруги пробою, терміну служби неосновних носіїв і забруднення металом.
Задній шар ущільнення допомагає зменшити ризик забруднення металу, покращуючи однорідність і надійність пристрою.
Типові програми включають:
- MOSFET
- IGBT
- FRD
- TVS
- Діоди Шотткі
- Високовольтні мікросхеми-
3. Підкладки для CMOS та аналогових пристроїв
Для високо-надійних CMOS, аналогових мікросхем, датчиків і подібних продуктів шар заднього ущільнення допомагає контролювати забруднення та дефекти, підвищуючи продуктивність і довгострокову-стабільність.
Ключові контрольні параметри для заднього ущільнювального шару
Задній ущільнювальний шар — це не просто плівка, нанесена на тильну сторону пластини - це тонко{1}}технологічний процес, що вимагає точного контролю.
Ключові параметри включають:
- Товщина
- Рівномірність товщини
- Фільм Стрес
- Частинки
- Забруднення металом
- Адгезія
- Щільність плівки
- Шорсткість задньої сторони
- Вафельний бантик / основа
- Термічна стабільність
Серед них особливо важливими параметрами контролю якості є стрес, частинки та забруднення металом.
Чим задній ущільнювальний шар відрізняється від пошкодження задньої сторони?
Ще одна поширена техніка в розробці задньої сторони пластини – це отримання пошкоджень задньої сторони.
Приклади:
- Шар механічних пошкоджень
- Піскоструминна обробка
- Пошкодження,-спричинені лазером
- Огрубіння задньої сторони
Обидва методи спрямовані на видалення домішок або стабілізацію задньої сторони пластини, але їхні підходи відрізняються.
|
Тип |
метод |
Основна функція |
|
Отримання пошкоджень задньої частини |
Уловлює домішки через індуковані дефекти |
Посилює вловлювання металевих домішок |
|
Задній ущільнювальний шар |
Відкладає плівку для блокування, геттерування або контролю напруги |
Зменшує забруднення тильної сторони та покращує стабільність-високої температури |
У деяких високоякісних пластинах можна поєднати обидва методи для досягнення кращого контролю забруднення та термічної стабільності.
Чому задній шар ущільнення заслуговує на увагу?
Оскільки напівпровідникові пристрої вимагають більшої надійності, однорідності та продуктивності, кремнієві пластини більше не є просто «кристалічними підкладками». Щоб задовольнити різноманітні потреби в обробці пристроїв, потрібна складна інженерія матеріалів і поверхонь.
Незважаючи на те, що шар заднього ущільнення знаходиться на тильній стороні і не формує безпосередньо структур пристрою, він впливає на:
- Контроль питомого опору епітаксійного шару
- Стабільність-процесу при високих температурах
- Ступінь забруднення металу
- Поведінка деформації пластини
- Течність і надійність пристрою
- Продуктивність виробництва пластини
Таким чином, для високоякісних епітаксійних пластин, кремнієвих пластин для силових пристроїв і високо-надійних підкладок шар заднього ущільнення є основоположною та дуже важливою технологією.
Заключне слово
Основні функції заднього ущільнювального шару кремнієвої пластини можна підсумувати за чотирма пунктами:
- Блокування: запобігає дифузії або випаровуванню забруднень
- Геттер: уловлює металеві забруднення та захищає передню-область пристрою
- Стабілізація: покращує поведінку пластин під час високо-температурних процесів
- Контроль форми: допомагає керувати деформацією, напругою та стабільністю процесу
Одним реченням:
Хоча шар заднього ущільнення розташований на задній стороні пластини, він відіграє вирішальну роль у якості епітаксію, контролі забруднення, стабільності питомого опору та надійності пристрою. Це ключова технічна технологія задньої сторони у високоякісних напівпровідникових кремнієвих пластинах-.
