مقدمه ای بر لایه مهر و موم پشت ویفر سیلیکونی: یک فناوری کلیدی برای کیفیت همبستگی، کنترل آلودگی و قابلیت اطمینان دستگاه

در تولید ویفر سیلیکونی، بیشتر توجه به سمت جلوی ویفر - کیفیت کریستال، لایه همپایی، مقاومت، تراکم نقص و تمیزی سطح معطوف می‌شود.

با این حال، قسمت پشتی ویفر به همان اندازه مهم است.

برای ویفرهای اپیتاکسیال، ویفرهای دوپ شده شدید، ویفرهای مورد استفاده در دستگاه‌های قدرت، و{0}}ویفرهای زیرلایه CMOS با قابلیت اطمینان بالا، مهندسی پشتی مستقیماً بر پایداری فرآیند دمای بالا، کیفیت لایه همپایی، کنترل آلودگی فلزی و قابلیت اطمینان دستگاه تأثیر می‌گذارد.

در میان این تکنیک‌های مهندسی پشت، لایه مهر و موم پشتی یکی از حیاتی‌ترین آنهاست.

لایه پشتی سیلیکونی ویفر چیست؟

لایه سیلیکونی ویفر پشت مهر و موم معمولاً به عنوان زیر شناخته می شود:

• لایه مهر و موم پشت
• مهر و موم پشت
• مهر و موم پشت پلی (PBS)
• مهر و موم اکسید پشتی / نیترید

این یک لایه نازک کاربردی است که در پشت ویفر تشکیل شده است و برای جداسازی، مسدود کردن، جمع‌آوری یا تثبیت ناخالصی‌ها و فشار بر روی پشت ویفر استفاده می‌شود.

به زبان ساده:

قسمت جلویی ویفر جایی است که دستگاه ها ساخته می شوند، در حالی که لایه مهر و موم پشتی در قسمت پشتی مانند یک "موانع محافظ" و یک "لایه بافر" عمل می کند.

اگرچه لایه مهر و موم پشتی مستقیماً در الگوسازی دستگاه جلو- نقشی ندارد، اما به طور قابل توجهی بر رفتار ویفر در طی فرآیندهای{1}در دمای بالا مانند رشد همپایی، اکسیداسیون، انتشار، بازپخت و رسوب- لایه نازک تأثیر می‌گذارد.

بنابراین، اگرچه در قسمت پشتی قرار دارد، اما لایه مهر و موم پشتی ساختار مهمی است که نمی توان آن را در ویفرهای سیلیکونی با کیفیت- نادیده گرفت.

چرا ویفرهای سیلیکونی به یک لایه مهر و موم پشتی نیاز دارند؟

ارزش اصلی لایه پشت مهر را می توان در چهار جنبه خلاصه کرد: مسدود کردن، گرفتن، تثبیت و کنترل شکل.

1. سرکوب انتشار ناخالصی پشت

ویفرهای سیلیکونی، به ویژه آنهایی که به شدت دوپ شده‌اند، ممکن است عناصر ناخالص یا ناخالصی‌های فلزی را از قسمت پشتی در طی رشد همپایه‌ای در دمای بالا-یا پردازش حرارتی آزاد کنند.

خطرات رایج عبارتند از:

• بور (B)
• فسفر (P)
• آرسنیک (As)
• آنتیموان (Sb)
• آلاینده های فلزی مانند آهن (آهن)، مس (مس) و نیکل (نیکل)

اگر چنین ناخالصی‌هایی وارد محفظه راکتور شوند یا به قسمت جلو{0}}دستگاه جانبی منتقل شوند، ممکن است بر مقاومت لایه همپایی، طول عمر حامل اقلیت، جریان نشتی و قابلیت اطمینان کلی دستگاه تأثیر بگذارند.

لایه مهر و موم پشتی به عنوان یک مانع عمل می کند و تأثیر منابع آلودگی پشتی را در قسمت جلویی-دستگاه کاهش می دهد.

2. جلوگیری از اتودوپینگ در طول رشد اپیتاکسیال

لایه پشتی مهر و موم به ویژه در ساخت ویفر همپایی اهمیت دارد.

برای بسترهای دارای دوپینگ شدید مانند:

• ویفرهای اپیتاکسیال P/P+
• ویفرهای اپیتاکسیال N/N+
• ویفر اپیتاکسیال دستگاه پاور

در طول رشد همپایی در دمای بالا، عناصر ناخالص از پشت بستر ممکن است به فاز گاز تبخیر شوند و دوباره در لایه همپایی در حال رشد{1} ادغام شوند و باعث رانش مقاومت شود.

این پدیده معمولاً به عنوان اتودوپینگ شناخته می شود.

لایه مهر و موم پشتی به کاهش انتشار عناصر ناخالص از قسمت پشتی کمک می کند، خطرات اتودوپینگ را کاهش می دهد و پایداری و یکنواختی مقاومت لایه اپیتاکسیال را بهبود می بخشد.

3. ارائه قابلیت گرفتن

برخی از لایه‌های مهر و موم پشتی - به‌ویژه Poly-Si Back Seal - قابلیت جذب قوی دارند.

لایه پلی سیلیکون حاوی تعداد زیادی مرز دانه، نقص و رابط است که می تواند ناخالصی های فلزی را جذب یا به دام بیندازد، به طور موثر ناخالصی های مضر را به سمت پشت ویفر می کشد و انتشار آنها را در ناحیه جلویی- کناری دستگاه کاهش می دهد.

این فرآیند به طور کلی به عنوان Gettering نامیده می شود.

برای CMOS، دستگاه‌های قدرت، دستگاه‌های آنالوگ و دستگاه‌های{0}با قابلیت اطمینان بالا، قابلیت دریافت نقش مهمی در عملکرد و قابلیت اطمینان بلندمدت- دارد.

4. بهبود استرس و کنترل تاب خوردگی

ویفرهای سیلیکونی در طی فرآیندهای{0}در دمای بالا مستعد استرس حرارتی هستند که ممکن است باعث خم شدن، تاب برداشتن یا حتی خطوط لغزش شود.

یک لایه مهر و موم پشتی با طراحی خوب-می‌تواند به تعادل تنش بین دو طرف جلو و پشت ویفر کمک کند و خطرات زیر را کاهش دهد:

• کمان: خمش ویفر
• تار: تاب ویفر
• لغزش: خطوط لغزش
• نقص استرس حرارتی

با این حال، توجه به این نکته مهم است که ضخیم تر همیشه برای لایه پشتی مهر و موم بهتر نیست.

اگر تنش فیلم به درستی کنترل نشود، ممکن است در واقع تاب خوردگی ویفر را افزایش دهد یا منجر به ترک خوردن یا لایه لایه شدن فیلم شود. بنابراین، طراحی لایه مهر و موم پشتی باید اندازه ویفر، ضخامت، سیستم مواد، تاریخچه حرارتی و شرایط فرآیند خاص مشتری را در نظر بگیرد.

مواد متداول برای لایه های مهر و موم پشت ویفر سیلیکونی

مواد لایه پشت مهر و موم مختلف ویژگی های مانع، قابلیت های جذب، سطوح تنش و سازگاری فرآیند را ارائه می دهند. مواد متداول عبارتند از پلی سیلیکون، دی اکسید سیلیکون، نیترید سیلیکون و سیلیکون اکسی نیترید.

1. لایه سیل پشتی پلی سیلیکون

لایه پشت سیل پلی سیلیکونی یکی از معمولی ترین انواع است که اغلب به اختصار PBS (Poly Back Seal) نامیده می شود.

ارزش اصلی آن:

هم توابع مانع و هم توابع دریافت کننده را فراهم می کند.

مرزهای دانه و ساختارهای معیوب در لایه پلی سیلیکون می تواند ناخالصی های فلزی را به دام بیندازد و باعث می شود که به طور گسترده در ویفرهای بستر همپایی، ویفرهای با دوپ شدید و ویفرها برای دستگاه های- با قابلیت اطمینان بالا استفاده شود.

2. سیلیکون دی اکسید لایه پشت مهر و موم

لایه های آب بند پشتی SiO2 در درجه اول عملکردهای ایزوله و مانع را ارائه می دهند.

آنها عایق خوبی، سازگاری با فرآیند و تنش نسبتاً کم فیلم را ارائه می دهند و آنها را برای کاربردهایی با نیازهای بالا برای پایداری و سازگاری فیلم مناسب می کند.

با این حال، در مقایسه با لایه‌های مهر و موم پشتی پلی سیلیکونی، قابلیت جذب SiO2 به طور کلی ضعیف‌تر است.

3. سیلیکون نیترید پشت سیل لایه

فیلم های Si3N4 متراکم هستند و عملکرد مانع قوی دارند، به ویژه در برابر رطوبت، یون های سدیم و انتشار ناخالصی خاص موثر هستند.

با این حال، فیلم‌های نیترید سیلیکون معمولاً تنش بالایی را نشان می‌دهند. کنترل ضعیف تنش ممکن است منجر به تاب خوردگی ویفر، ترک خوردن فیلم یا بی ثباتی در فرآیندهای بعدی شود.

4. لایه سیلیکون اکسینیتراید پشت مهر و موم

SiON بین SiO2 و Si3N4 قرار دارد و خواص آن را می توان با تنظیم نسبت اکسیژن به نیتروژن تنظیم کرد.

این عملکرد مانع خوب را با تنش نسبتا قابل کنترل ترکیب می کند و انتخاب انعطاف پذیرتری از مواد لایه پشتی را ارائه می دهد.

طراحی نامناسب لایه پشت مهر و موم ممکن است باعث ایجاد مشکلات جدید ذرات، تنش یا تاب خوردگی شود. بنابراین، هر دو پارامتر مواد و فرآیند باید به دقت با فرآیندهای پایین دستی مشتری مطابقت داده شوند.

در کدام نوع از ویفرهای سیلیکونی از لایه مهر و موم پشتی بیشتر استفاده می شود؟

1. ویفر اپیتاکسیال

ویفرهای اپیتاکسیال یکی از مهمترین مناطق کاربرد لایه پشتی مهر و موم هستند.

مخصوصاً برای ویفرهای اپیتاکسیال بستر بسیار دوپ شده، آزادسازی مواد ناخالص و دوپینگ خودکار از مسائل رایج در طول رشد همپایی با دمای بالا-است. لایه مهر و موم پشتی به طور موثری خطر مهاجرت ناخالصی پشت به لایه اپیتاکسیال را کاهش می دهد و به تثبیت مقاومت کمک می کند.

محصولات معمولی عبارتند از:

• ویفرهای اپیتاکسیال P/P+
• ویفرهای اپیتاکسیال N/N+
• ویفر اپیتاکسیال دستگاه پاور
• ویفر اپیتاکسیال برای آی سی های آنالوگ
• بسترهای سنسورهای تصویر CMOS

2. ویفر سیلیکونی برای دستگاه های قدرت

دستگاه های برق به شدت به جریان نشتی، ولتاژ شکست، طول عمر حامل اقلیت و آلودگی فلزی حساس هستند.

لایه مهر و موم پشتی به کاهش خطرات آلودگی فلزی کمک می کند و یکنواختی و قابلیت اطمینان دستگاه را بهبود می بخشد.

کاربردهای معمولی عبارتند از:

• ماسفت
• IGBT
• FRD
• TVS
• دیودهای شاتکی
• آی سی های برق{0} ولتاژ بالا

3. بسترهای CMOS و دستگاه های آنالوگ

برای{0}CMOS، آی سی های آنالوگ، حسگرها و محصولات مشابه با قابلیت اطمینان بالا، لایه مهر و موم پشتی به کنترل آلودگی و عیوب، بهبود عملکرد و پایداری طولانی مدت- کمک می کند.

پارامترهای کنترل کلیدی برای لایه مهر و موم پشتی

لایه مهر و موم پشتی صرفاً فیلمی نیست که در پشت ویفر قرار گرفته است - بلکه یک فرآیند مهندسی نازک-فیلم است که به کنترل دقیق نیاز دارد.

پارامترهای کلیدی عبارتند از:

• ضخامت
• یکنواختی ضخامت
• استرس فیلم
• ذرات
• آلودگی فلزی
• چسبندگی
• تراکم فیلم
• ناهمواری پشت
• ویفر کمان / تار
• پایداری حرارتی

در این میان، تنش، ذرات، و آلودگی فلزی پارامترهای کنترل کیفیت حیاتی هستند.

تفاوت لایه مهر و موم پشتی با آسیب گرفتن پشتی چیست؟

یکی دیگر از تکنیک‌های رایج در مهندسی پشت ویفر، گرفتن آسیب از پشت است.

مثالها عبارتند از:

• لایه آسیب مکانیکی
• سندبلاست
• آسیب ناشی از لیزر{0}}
• زبری پشت

هدف هر دو روش جمع آوری ناخالصی ها یا تثبیت پشت ویفر است، اما رویکردهای آنها متفاوت است.

در برخی{0}}ویفرهای با کیفیت بالا، ممکن است هر دو تکنیک برای دستیابی به کنترل آلودگی و پایداری حرارتی بهتر ترکیب شوند.

چرا لایه مهر و موم پشتی سزاوار توجه است؟

از آنجایی که دستگاه های نیمه هادی به قابلیت اطمینان، یکنواختی و بازدهی بالاتری نیاز دارند، ویفرهای سیلیکونی دیگر صرفاً "زیرهای کریستالی" نیستند. برای برآوردن نیازهای مختلف پردازش دستگاه، مهندسی مواد و سطح پیچیده مورد نیاز است.

اگرچه لایه مهر و موم پشتی در قسمت پشتی قرار دارد و مستقیماً ساختار دستگاه را تشکیل نمی دهد، اما تأثیر می گذارد:

• کنترل مقاومت لایه اپیتاکسیال
• پایداری فرآیند در دمای بالا-
• سطوح آلودگی فلزی
• رفتار تاب خوردگی ویفر
• نشت دستگاه و قابلیت اطمینان
• بازده ساخت ویفر پایین دست

بنابراین، برای-ویفرهای اپیتاکسیال با کیفیت بالا، ویفرهای سیلیکونی برای دستگاه های قدرت، و{1}}ویفرهای زیرلایه با قابلیت اطمینان بالا، لایه مهر و موم پشت یک فناوری اساسی و بسیار مهم است.

سخنان پایانی

نقش اصلی لایه پشتی سیلیکونی ویفر را می توان در چهار نکته خلاصه کرد:

• مسدود کردن: از انتشار یا تبخیر ناخالصی پشتی جلوگیری می کند
• گرفتن: آلاینده های فلزی را به دام می اندازد و از ناحیه جلویی-دستگاه جانبی محافظت می کند
• تثبیت کننده: رفتار ویفر را در طی فرآیندهای{0}در دمای بالا بهبود می بخشد
• کنترل شکل: به مدیریت پیچ خوردگی، استرس و ثبات فرآیند کمک می کند

در یک جمله:

اگرچه لایه مهر و موم پشتی در قسمت پشتی ویفر قرار دارد، اما نقش مهمی در کیفیت همپایی، کنترل آلودگی، پایداری مقاومت و قابلیت اطمینان دستگاه ایفا می کند. این یک فناوری مهندسی کلیدی در-ویفرهای سیلیکونی نیمه هادی با کیفیت بالا است.