200mm 에피택셜 기판을 위한 후면 밀봉 기술: Poly-Si, LTO 및 자동 도핑 제어

고농도로 도핑된 기판이 에피택셜 반응기에 들어갈 때 의도된 결과는 저항이 제어된 저농도로 도핑된 에피택셜 층입니다. 그러나 웨이퍼 가장자리 근처의 저항률은 목표에서 벗어날 수 있습니다. 다른 경우에는 기판이 들어오는 모든 기하학적 사양을 충족하지만 에피택시 및 세척 후에 입자나 비정상적인 뒤틀림이 발생합니다. 그 원인은 에피택셜 제조법에만 있는 것이 아닐 수도 있습니다. 또한 기판 뒷면에 있는 두 개의 얇은 필름이 포함될 수도 있습니다.

뒷면 씰은 장치 표면에 위치하지 않지만 도펀트 이동, 금속 불순물 게터링, 막 응력 및 가장자리 무결성에 영향을 미칩니다. 그것을 이해하려면 "뒷면의 보호층"이라고 생각하는 것 이상이 필요합니다.

이 기사에서 후면 씰은 실리콘 웨이퍼의 후면에 증착된 기능성 필름 시스템을 의미합니다. 실리콘 기판에서 바깥쪽으로 나열되는 일반적인 복합 구조는 다음과 같습니다.

단결정 실리콘 기판 후면 → Poly-Si(폴리실리콘) → LTO SiO2(저온산화캡)

두 레이어는 서로 다른 기능을 수행합니다. Poly-Si는 후면 외부 게터링을 제공하며 도펀트 탈출을 어느 정도 억제하는 데 도움이 될 수도 있습니다. 외부 SiO2 층은 주로 확산 장벽 역할을 하며 밑에 있는 필름을 격리합니다. 실제 제품은 대신 LTO 단독, Polyback 단독 또는 더 복잡한 다층 조합을 사용할 수 있습니다. 예를 들어 Okmetic은 옵션 중에서 LTO 백씰, Polyback 및 Poly-LTO-Poly 슈퍼씰링을 나열합니다. 따라서 "뒷면 씰"은 하나의 고정 스택이 아닌 기능 범주입니다.

다음 세 가지 개념과 혼동해서는 안 됩니다.

• 양면 연마(DSP):필름 증착 전의 앞면과 뒷면의 상태를 나타냅니다. 일부 후면 밀봉 공정은 DSP 웨이퍼로 시작되지만 일단 Poly-Si가 증착되면 후면은 기능성 필름으로 덮입니다. 따라서 완성된 제품은 단순히 실리콘 DSP 웨이퍼로 설명되어서는 안 됩니다.
• 에피택셜 등급 기판:이는 의도된 용도를 설명합니다. 후면 밀봉은 에피택셜 등급 기판을 위한 후면 엔지니어링의 선택적 형태 중 하나입니다. 모든 에피택셜 기판에 동일한 Poly-Si + LTO 구조가 필요한 것은 아닙니다.
• 에피택셜 웨이퍼:전면에 에피택셜층을 성장시킨 완성된 웨이퍼입니다. 뒷면이 밀봉된 기판은 에피택셜 성장 후에만 에피택셜 웨이퍼가 됩니다. 뒷면 씰 자체는 에피택셜 층이 아닙니다.

일반적인 공정 흐름에서 Poly-Si 증착은 전면과 후면을 모두 코팅할 수 있습니다. 전면의 폴리실리콘은 연마를 통해 제거되고, 가장자리 제거 및 세척이 이어지며, 복합 필름 시스템은 후면에 남게 됩니다. 따라서 후면 밀봉은 분리된 코팅 단계가 아니라 연마, 가장자리 제거 및 세척이 통합된 프로세스입니다.

Poly-Si: LPCVD 실란 열분해(온도에 따라 상 결정)

기존 LPCVD Poly-Si는 실란의 열분해를 이용하는데, 이를 SiH₄로 단순화할 수 있습니다.

* 시 + 2H₂. 525~725도 범위의 LPCVD 실리콘 필름에 대한 Kamins의 1980년 연구는 이 분야의 고전적인 참고 자료입니다.600도 이상에서 형성된 필름은 다결정이고, 더 낮은 온도에서 형성된 필름은 비정질입니다., 필름 질감은 증착 온도에 따라 크게 변합니다. National Yang Ming Chiao Tung University의 공개 LPCVD 장비 정보는 동일한 도구에 대한 비교 프로세스 포인트를 제공합니다.Poly-Si의 경우 620도, 비정질 실리콘의 경우 550도실란 기반 공정과 현장 인 도핑 폴리실리콘의 경우 585도.

따라서 일반적인 엔지니어링 관행에서는 폴리실리콘 증착을 600도 이상, 종종 약 620도에서 배치합니다. 그러나 실제 온도는 장비, 필름 특성 및 응력 목표에 대해 확인되어야 합니다. 모든 도구에 적용할 수 있는 단일 온도는 없습니다.

LTOSiO2: 저온 산화규소 증착은 하나의 도구나 하나의 반응을 의미하지 않습니다. 길

LTO는 저온 산화물을 의미합니다. 실란∼산소 반응은 일반적인 공정 경로로, 일반적인 산업 증착 범위는 약 400∼450도입니다. "저온"은 약 700도에서 열 산화 또는 TEOS 기반 증착과 같은 고온 공정과 관련이 있습니다. 후면 밀봉에 사용되는 LTO는 APCVD, LPCVD 또는 기타 방법으로 구현될 수 있습니다. 조달 도면은 "LTO"라는 용어만으로 도구와 방법을 추론하기보다는 필요한 필름 특성과 성능을 지정해야 합니다.

두께: 800/400은 보편적인 표준이 아닌 일반적인 구조적 예입니다.

약 800nm의 Poly-Si와 약 400nm의 SiO2는 업계 문의 및 도면 논의에서 흔히 볼 수 있는 예시이며, 기술 커뮤니케이션의 출발점이 될 수 있습니다. 공개적으로 사용 가능한 상호 참조는 BYU Cleanroom의 웨이퍼 사양입니다.에피택셜 웨이퍼에는 일반적으로 두께가 3000~5000Å(300~500nm)인 특징적인 산화물 백씰이 있습니다.이는 고온 에피택시 동안 붕소가 후면에서 빠져나와 전면의 약하게 도핑된 에피택시층을 오염시키는 것을 방지합니다. 이는 대략 400 nm 산화물 캡의 크기 순서와 일치합니다.

특정 Poly-Si 및 LTO 두께 조합은 공급업체, 도펀트 유형 및 적용 목적에 따라 다르다는 점을 강조하는 것이 중요합니다. 800/400을 업계 전반의 사양으로 제시하거나 생산이 특정 두께를 초과해서는 안 된다고 추론하는 데 대한 보편적인 표준 기반은 없습니다.

한계.

즉, 입자 성능은 다음에 따라 달라집니다.필름 밀도 + 커버리지 무결성 + 가장자리 프로파일 + 후속 열 처리, 그리고 가장 바깥쪽 물질의 이름에만 기인할 수는 없습니다.

더 두꺼운 Poly-Si 필름은 단순히 추가적인 결정 경계 및 게터링 구조를 통해 비례적으로 더 큰 이점을 제공하는 것이 아닙니다. 고유한 박막 응력은 두께가 증가함에 따라 축적되어 웨이퍼 변형 제어를 더욱 어렵게 만듭니다. 필름 두께, 증착 온도 및 그에 따른 열 이력도 함께 웨이퍼 기하학적 안정성에 영향을 미칩니다. 이것이 바로 Okmetic이 뒷면 씰 스택을 나란히 나열하는 이유입니다.웨이퍼 워프/보우 최적화사용자 정의 가능한 옵션으로.

프로세스 통합을 위해서는 최소한 세 가지 범주의 결과를 함께 평가해야 합니다.

• 수신 기하학:코팅 전 측정된 베어 웨이퍼 데이터가 아닌 필름 증착 후의 보우/워프;
• 열처리 후 형상:시뮬레이션된 에피택시 열 이력 이후의 변형 및 안정성, 들어오는 웨이퍼는 통과하지만 에피택시 이후 웨이퍼는 제어할 수 없는 상황을 방지합니다.
• 가장자리 및 에피택셜 결함:가장자리 제거 폭, 잔여 가장자리 막, 결절, 입자, 에피택시 헤이즈 및 관련 결함.

뒷면 씰은 "두꺼울수록 좋다"는 것이 아닙니다. 이는 장벽 성능, 게터링, 스트레스 및 에지 동작 간의 균형입니다.

후면 밀봉은 강하게 도핑된 기판과 약하게 도핑된 에피택셜 층을 결합하거나, 강하게 도핑된 매립층을 포함하거나, 에피택셜 저항률 균일성에 민감한 공정에서 특히 평가할 가치가 있습니다. 애플리케이션 논의에는 전원 장치와 BCD 플랫폼이 포함되는 경우가 많습니다. 공개 공급업체 옵션도 제공됩니다. 200mm 및 150mm 제품에 대한 Okmetic의 전력 장치 웨이퍼 페이지에는 에칭, 폴리백 및 LTO 후면 처리가 명시적으로 나열되어 있습니다.

이는 "모든 BCD 프로세스에는 800/400이 필요하다"는 의미로 지나치게 단순화되어서는 안 됩니다. Poly-Si + LTO가 필요한지 여부는 기판 도펀트 유형 및 농도, 매립층, 에피택시 두께 및 저항률, 열 예산, 에지 결함 예산에 따라 공동으로 결정되어야 합니다.

조달 및 프로세스 통합을 위해 도면 및 검증 계획에 다음 항목이 포함되어야 합니다.

1. 필름 시스템:재료, 스택 순서, 각 레이어의 목표 두께 및 공차. 사양으로 "BS" 또는 "Superseal"만 허용하지 마십시오.
2. 가장자리 조건:가장자리 제거 방법, 가장자리 제외, 노치 및 경사의 적용 범위 및 허용되는 잔여 가장자리 필름;
3. 기하학:정의된 측정 조건 하에서 에피택시 또는 동등한 열 이력 후 반복 측정에 대한 합의 하에 휘어짐/뒤틀림,
4. 전기적 검증:SRP 측정과 같은 에피택시 후 방사형 저항률 프로파일은 웨이퍼 중심뿐만 아니라 가장자리 근처 영역과 급격한 전이에 특히 주의를 기울입니다.
5. 오염 및 결함 검증:뒷면 및 가장자리 입자, 에피택셜 결절 및 헤이즈. 금속 오염 관리가 필요한 경우 해당 게터링 평가 방법에 동의하십시오.

공급업체 용어에도 해석이 필요합니다. Okmetic에서는 "LTO backsealing", "Polyback sealing", "Poly-LTO-Poly supersealing"을 사용하는 반면, 학술 문헌에서는 PBS(Polysilicon Back Seal)를 사용하는 경우가 많습니다.이름은 다를 수 있지만 구조는 명확해야 합니다.다른 공급업체와 협력할 때 제품 라인 이름에서 추론하기보다는 현재 제품 도면, 사양 및 상호 검증 결과를 기준으로 특정 뒷면 밀봉 옵션을 확인해야 합니다.

• Okmetic - 개별 전력 장치 웨이퍼(LTO 백실링, Polyback, Poly-LTO-Poly 수퍼실링 및 200mm 사양): https://www.okmetic.com/silicon-wafers/power-wafer-line/discrete-power-device-wafers/
• BYU 클린룸 - 웨이퍼 사양(에피택셜 웨이퍼의 일반적인 3000~5000Å 산화물 백씰, 뒷면 폴리실리콘 게터링): https://cleanroom.byu.edu/EW_wafer_specs
• 국립 양밍 치아오퉁 대학교 나노 센터 - 저압 화학 기상 증착 시스템(LPCVD)(620도의 Poly-Si 및 550도의 비정질 실리콘을 포함하는 프로세스 지점): https://scholar.nycu.edu.tw/en/equipments/low-press-chemical-vapor-deposition-system-lpcvd/
• TI Kamins, LPCVD 실리콘 필름의 구조 및 특성, J. Electrochem. Soc. 127(3), 686(1980)(600도 이상의 다결정 필름 및 아래의 비정질 필름): https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1.2129733
• S. Ogushi et al., 폴리실리콘 백 씰 및 내부 게터링을 갖춘 실리콘 웨이퍼의 중금속 불순물의 게터링 특성, Jpn. J. Appl. Phys. 36, 6601(1997): https://iopscience.iop.org/article/10.1143/JJAP.36.6601

부인 성명:이 기사는 공개적으로 이용 가능한 논문 초록, 대학 장비 정보, 공급업체 웹페이지를 기술 커뮤니케이션 및 소싱 참조 목적으로만 편집한 것입니다. 논의된 두께, 온도 및 구조는 공개된 사례이거나 일반적인 산업 프로세스 창입니다. 이는 표준 사양이나 공급업체의 보증을 구성하지 않습니다. 생산 자격은 상호 승인된 도면, 현재 사양, 정의된 측정 조건 및 실제 에피택셜 검증 결과를 기반으로 해야 합니다.