Bij de productie van siliciumwafels is de meeste aandacht vaak gericht op de voorkant van de wafel, - kristalkwaliteit, epitaxiale laag, soortelijke weerstand, defectdichtheid en oppervlaktereinheid.
De achterkant van de wafel is echter net zo belangrijk.
Voor epitaxiale wafers, zwaar gedoteerde wafers, wafers die worden gebruikt in elektrische apparaten en CMOS-substraatwafels met hoge{0}}betrouwbaarheid heeft backside-engineering rechtstreeks invloed op de processtabiliteit bij hoge- temperaturen, de kwaliteit van de epitaxiale laag, de beheersing van metaalverontreiniging en de betrouwbaarheid van het apparaat.
Van deze technische technieken aan de achterkant is de Back Seal Layer een van de meest kritische.
Wat is een Silicon Wafer Back Seal-laag?
Een achterafdichtingslaag van siliciumwafels wordt gewoonlijk aangeduid als:
- Achterste afdichtingslaag
- Achterzijde zegel
- Poly-achterafdichting (PBS)
- Achterzijde Oxide / Nitride-afdichting
Het is een functionele dunne film gevormd op de achterkant van de wafel en gebruikt om onzuiverheden en spanningen op de achterkant van de wafel te isoleren, blokkeren, vangen of stabiliseren.
In eenvoudige bewoordingen:
De voorkant van de wafer is waar apparaten worden vervaardigd, terwijl de achterste afdichtingslaag aan de achterkant fungeert als een "beschermende barrière" en een "bufferlaag".
Hoewel de achterste afdichtingslaag niet rechtstreeks betrokken is bij de patroonvorming aan de voorkant{0}}, beïnvloedt deze aanzienlijk het gedrag van de wafer tijdens processen bij hoge- temperaturen, zoals epitaxiale groei, oxidatie, diffusie, uitgloeien en dunne- filmafzetting.
Daarom is de achterste afdichtingslaag, ook al bevindt deze zich aan de achterkant, een kritische structuur die niet over het hoofd kan worden gezien bij hoogwaardige siliciumwafels.
Waarom hebben siliciumwafels een rugafdichtingslaag nodig?
De kernwaarde van de backseallaag kan worden samengevat in vier aspecten: blokkeren, getteren, stabiliseren en vormcontrole.
1. Het onderdrukken van onzuiverheden aan de achterkant
Siliciumwafels, vooral zwaar gedoteerde wafels, kunnen doteringselementen of metaalverontreinigingen vrijgeven vanaf de achterkant tijdens epitaxiale groei bij hoge -temperaturen of thermische verwerking.
Veel voorkomende risico's zijn onder meer:
- Borium (B)
- Fosfor (P)
- Arseen (As)
- Antimoon (Sb)
- Metaalverontreinigingen zoals ijzer (Fe), koper (Cu) en nikkel (Ni)
Als dergelijke onzuiverheden de reactorkamer binnendringen of naar de voorkant van het apparaat migreren, kunnen ze de soortelijke weerstand van de epitaxiale laag, de levensduur van minderheidsdragers, de lekstroom en de algehele betrouwbaarheid van het apparaat beïnvloeden.
De achterste afdichtingslaag fungeert als een barrière, waardoor de impact van besmettingsbronnen aan de achterkant op de voorkant- van het apparaat wordt verminderd.
2. Autodoping voorkomen tijdens epitaxiale groei
De achterste afdichtingslaag is vooral belangrijk bij de productie van epitaxiale wafels.
Voor zwaar gedoteerde substraten zoals:
- P/P+ epitaxiale wafels
- N/N+ epitaxiale wafels
- Epitaxiale wafers van voedingsapparaten
Tijdens epitaxiale groei bij hoge- temperaturen kunnen doteringselementen uit de achterkant van het substraat verdampen in de gasfase en opnieuw- worden opgenomen in de groeiende epitaxiale laag, waardoor weerstandsverloop ontstaat.
Dit fenomeen staat algemeen bekend als autodoping.
De achterste afdichtingslaag helpt het vrijkomen van doteringselementen vanaf de achterkant te verminderen, waardoor de risico's van autodoping worden beperkt en de stabiliteit en uniformiteit van de weerstand van de epitaxiale laag worden verbeterd.
3. Het bieden van opvangmogelijkheden
Sommige back seal-lagen -, met name Poly-Si Back Seal -, vertonen een sterk gettervermogen.
De polysiliciumlaag bevat een groot aantal korrelgrenzen, defecten en grensvlakken, die metaalonzuiverheden kunnen adsorberen of vasthouden, waardoor schadelijke onzuiverheden effectief naar de achterkant van de wafer worden getrokken en de diffusie ervan naar de voorkant van het apparaat wordt verminderd.
Dit proces wordt gewoonlijk Gettering genoemd.
Voor CMOS, voedingsapparaten, analoge apparaten en apparaten met hoge{0}}betrouwbaarheid speelt het gettervermogen een belangrijke rol in de opbrengst en betrouwbaarheid- op de lange termijn.
4. Verbetering van de beheersing van spanning en kromtrekken
Siliciumwafels zijn gevoelig voor thermische spanning tijdens processen bij hoge- temperaturen, waardoor verbuigingen, kromtrekken of zelfs sliplijnen kunnen ontstaan.
Een goed-ontworpen afdichtingslaag aan de achterkant kan helpen de spanning tussen de voor- en achterkant van de wafel in evenwicht te brengen, waardoor de volgende risico's worden verminderd:
- Boeg: wafelbuigen
- Warp: wafelvervorming
- Slip: sliplijnen
- Thermische spanningsdefecten
Het is echter belangrijk op te merken dat dikker niet altijd beter is voor een rugseallaag.
Als de filmspanning niet goed onder controle wordt gehouden, kan dit feitelijk het kromtrekken van de wafel vergroten of leiden tot barsten of delaminatie van de film. Daarom moet bij het ontwerp van de backseallaag rekening worden gehouden met de grootte, de dikte, het materiaalsysteem, de thermische geschiedenis en klant-specifieke procesomstandigheden van de wafel.
Gebruikelijke materialen voor Silicon Wafer Back Seal-lagen
Verschillende materialen voor de rugafdichtingslaag bieden verschillende barrière-eigenschappen, vangvermogen, spanningsniveaus en procescompatibiliteit. Gebruikelijke materialen zijn onder meer polysilicium, siliciumdioxide, siliciumnitride en siliciumoxynitride.
1. Afdichtingslaag van polysilicium aan de achterkant
De polysilicium backseallaag is een van de meest typische typen, vaak afgekort als PBS (Poly Back Seal).
De kernwaarde:
Het biedt zowel barrière- als getterfuncties.
De korrelgrenzen en defectstructuren binnen de polysiliciumlaag kunnen metaalonzuiverheden vasthouden, waardoor deze op grote schaal wordt gebruikt in epitaxiale substraatwafels, zwaar gedoteerde wafels en wafels voor apparaten met hoge{0}} betrouwbaarheid.
2. Siliciumdioxide-afdichtingslaag aan de achterkant
SiO₂-achterafdichtingslagen zorgen voornamelijk voor isolatie- en barrièrefuncties.
Ze bieden goede isolatie, procescompatibiliteit en relatief lage filmspanning, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen met hoge eisen aan filmstabiliteit en compatibiliteit.
Vergeleken met polysilicium-achterafdichtingslagen is het gettervermogen van SiO₂ echter over het algemeen zwakker.
3. Siliciumnitride-afdichtingslaag aan de achterkant
Si₃N₄-films zijn compact en bieden sterke barrièreprestaties, vooral effectief tegen vocht, natriumionen en bepaalde diffusie van onzuiverheden.
Siliciumnitridefilms vertonen echter doorgaans hoge spanningen. Slechte spanningscontrole kan leiden tot kromtrekken van de wafel, barsten van de film of instabiliteit in daaropvolgende processen.
4. Siliciumoxynitride-afdichtingslaag aan de achterkant
SiON ligt tussen SiO₂ en Si₃N₄ en de eigenschappen ervan kunnen worden aangepast door de zuurstof-tot-stikstofverhouding aan te passen.
Het combineert goede barrièreprestaties met relatief beheersbare spanning, waardoor een flexibelere keuze ontstaat uit het materiaal van de rugafdichtingslaag.
|
Materiaal achterkant afdichting |
Belangrijkste kenmerken |
Typische voordelen |
Zorgen om aan te pakken |
|
Polysilicium (Poly-Si) |
Rijk aan korrelgrenzen en defecten |
Sterke getering; geschikt voor wafers met hoge-betrouwbaarheid |
Vereist een strenge filmkwaliteit en deeltjescontrole |
|
Siliciumdioxide (SiO₂) |
Goede isolatie, relatief weinig spanning |
Goede procescompatibiliteit; geschikt als isolatielaag |
Beperkt ontvangstvermogen |
|
Siliciumnitride (Si₃N₄) |
Dichte film met sterke barrière-eigenschappen |
Effectieve barrière tegen vocht, natriumionen, enz. |
Hoge stress; Het risico op kromtrekken moet worden beheerst |
|
Siliciumoxynitride (SiON) |
Eigenschappen tussen SiO₂ en Si₃N₄ |
Afstembare spanning, brekingsindex en barrièreprestaties |
Vereist nauwkeurige controle van het procesvenster |
Een onjuist ontwerp van de afdichtingslaag aan de achterkant kan nieuwe problemen met deeltjes, spanning of kromtrekken veroorzaken. Daarom moeten zowel de materiaal- als de procesparameters zorgvuldig worden afgestemd op de stroomafwaartse processen van de klant.
Op welke soorten siliciumwafels wordt de back-seallaag voornamelijk gebruikt?
1. Epitaxiale wafels
Epitaxiale wafers zijn een van de belangrijkste toepassingsgebieden voor de backseallaag.
Vooral bij zwaar gedoteerde epitaxiale substraatwafels zijn het vrijkomen van doteermiddelen en autodoping veelvoorkomende problemen tijdens epitaxiale groei bij hoge -temperaturen. De achterste afdichtingslaag vermindert effectief het risico van migratie van doteringsmiddel aan de achterkant naar de epitaxiale laag, waardoor de weerstand wordt gestabiliseerd.
Typische producten zijn onder meer:
- P/P+ epitaxiale wafels
- N/N+ epitaxiale wafels
- Epitaxiale wafers van voedingsapparaten
- Epitaxiale wafers voor analoge IC's
- Substraten voor CMOS-beeldsensoren
2. Siliciumwafels voor elektrische apparaten
Voedingsapparaten zijn zeer gevoelig voor lekstroom, doorslagspanning, levensduur van minderheidsdragers en metaalverontreiniging.
De achterste afdichtingslaag helpt het risico van metaalverontreiniging te verminderen, waardoor de uniformiteit en betrouwbaarheid van het apparaat wordt verbeterd.
Typische toepassingen zijn onder meer:
- MOSFET
- IGBT
- FRD
- TVS
- Schottky-diodes
- Hoog-stroom-IC's
3. Substraten voor CMOS en analoge apparaten
Voor CMOS met hoge{0}}betrouwbaarheid, analoge IC's, sensoren en soortgelijke producten helpt de achterste afdichtingslaag vervuiling en defecten onder controle te houden, waardoor de opbrengst en de stabiliteit op de lange- termijn worden verbeterd.
Belangrijke controleparameters voor de rugafdichtingslaag
De achterste seallaag is niet simpelweg een film die op de achterkant van de wafer wordt aangebracht - het is een dun- filmtechnisch proces dat nauwkeurige controle vereist.
Belangrijke parameters zijn onder meer:
- Dikte
- Dikte-uniformiteit
- Filmstress
- Deeltjes
- Metaalverontreiniging
- Hechting
- Filmdichtheid
- Ruwheid van de achterkant
- Waferboog / schering
- Thermische stabiliteit
Hiervan zijn vooral stress, deeltjes en metaalverontreiniging kritische parameters voor kwaliteitscontrole.
Hoe verschilt de afdichtingslaag aan de achterkant van schade aan de achterkant?
Een andere veel voorkomende techniek bij de techniek van de achterkant van wafers is het opvangen van schade aan de achterkant.
Voorbeelden zijn onder meer:
- Mechanische schadelaag
- Zandstralen
- Laser-geïnduceerde schade
- Opruwen van de achterkant
Beide technieken zijn bedoeld om onzuiverheden op te vangen of de achterkant van de wafer te stabiliseren, maar hun benaderingen verschillen.
|
Type |
Methode |
Hoofdfunctie |
|
Schade aan de achterkant |
Vangt onzuiverheden op via geïnduceerde defecten |
Verbetert de opname van metaalonzuiverheden |
|
Achterste afdichtingslaag |
Plaatst een film voor blokkering, gettering of stressbeheersing |
Vermindert vervuiling aan de achterkant en verbetert de stabiliteit bij hoge- temperaturen |
Bij sommige hoogwaardige-wafels kunnen beide technieken worden gecombineerd om een betere verontreinigingsbeheersing en thermische stabiliteit te bereiken.
Waarom verdient de Back Seal-laag aandacht?
Omdat halfgeleiderapparaten een hogere betrouwbaarheid, uniformiteit en rendement vereisen, zijn siliciumwafels niet langer alleen maar 'kristalsubstraten'. Complexe materiaal- en oppervlaktetechniek is vereist om aan de diverse verwerkingsbehoeften van apparaten te voldoen.
Hoewel de achterste afdichtingslaag zich op de achterkant bevindt en niet rechtstreeks apparaatstructuren vormt, heeft deze invloed op:
- Controle van de weerstand van de epitaxiale laag
- Processtabiliteit bij hoge- temperaturen
- Niveaus van metaalverontreiniging
- Wafer-vervormingsgedrag
- Apparaatlekkage en betrouwbaarheid
- Opbrengst stroomafwaartse wafelfabricage
Daarom is de achterste afdichtingslaag voor epitaxiale wafers van hoge- kwaliteit, siliciumwafels voor elektrische apparaten en substraatwafels met hoge- betrouwbaarheid een fundamentele en uiterst belangrijke technologie.
Slotopmerkingen
De kernrollen van de silicium wafer-achterafdichtingslaag kunnen in vier punten worden samengevat:
- Blokkeren: voorkomt verspreiding of verdamping van onzuiverheden aan de achterkant
- Gettering: vangt metaalverontreinigingen op en beschermt de apparaatregio aan de voorkant-
- Stabiliserend: verbetert het wafergedrag tijdens processen bij hoge- temperaturen
- Shape Control: helpt kromtrekken, stress en processtabiliteit te beheersen
In één zin:
Hoewel de achterste afdichtingslaag zich aan de achterkant van de wafer bevindt, speelt deze een cruciale rol in de epitaxiale kwaliteit, controle op contaminatie, weerstandsstabiliteit en betrouwbaarheid van het apparaat. Het is een belangrijke technische technologie op het gebied van halfgeleider-siliciumwafels van hoge-kwaliteit.
