Dalam pembuatan wafer silikon, sebagian besar perhatian cenderung terfokus pada sisi depan kualitas kristal wafer -, lapisan epitaksial, resistivitas, kepadatan cacat, dan kebersihan permukaan.
Namun, sisi belakang wafer juga sama pentingnya.
Untuk wafer epitaksi, wafer dengan doping berat, wafer yang digunakan pada perangkat listrik, dan wafer substrat CMOS dengan keandalan tinggi, rekayasa bagian belakang secara langsung memengaruhi stabilitas proses suhu tinggi, kualitas lapisan epitaksi, kontrol kontaminasi logam, dan keandalan perangkat.
Di antara teknik rekayasa bagian belakang ini, Lapisan Segel Belakang adalah salah satu yang paling penting.
Apa Itu Lapisan Segel Belakang Wafer Silikon?
Lapisan segel belakang wafer silikon biasanya disebut sebagai:
- Lapisan Segel Belakang
- Segel Belakang
- Segel Belakang Poli (PBS)
- Segel Oksida / Nitrida Bagian Belakang
Ini adalah film tipis fungsional yang dibentuk di sisi belakang wafer, digunakan untuk mengisolasi, memblokir, mengambil, atau menstabilkan kotoran dan tekanan pada bagian belakang wafer.
Secara sederhana:
Sisi depan wafer adalah tempat pembuatan perangkat, sedangkan lapisan segel belakang di sisi belakang berfungsi seperti "pelindung pelindung" dan "lapisan penyangga".
Meskipun lapisan segel belakang tidak terlibat langsung dalam pola-sisi depan perangkat, lapisan ini secara signifikan memengaruhi perilaku wafer selama proses-suhu tinggi seperti pertumbuhan epitaksi, oksidasi, difusi, anil, dan pengendapan film-tipis.
Oleh karena itu, meskipun terletak di sisi belakang, lapisan segel belakang merupakan struktur penting yang tidak boleh diabaikan dalam{0}}wafer silikon berkualitas tinggi.
Mengapa Wafer Silikon Membutuhkan Lapisan Segel Belakang?
Nilai inti lapisan segel belakang dapat diringkas dalam empat aspek: pemblokiran, pengambilan, stabilisasi, dan kontrol bentuk.
1. Menekan Pelepasan Pengotor Bagian Belakang
Wafer silikon, terutama wafer yang diolah dengan banyak, dapat melepaskan elemen dopan atau pengotor logam dari sisi belakangnya selama-pertumbuhan epitaksi suhu tinggi atau pemrosesan termal.
Risiko umum meliputi:
- Boron (B)
- Fosfor (P)
- Arsenik (Sebagai)
- Antimon (Sb)
- Kontaminan logam seperti besi (Fe), tembaga (Cu), dan nikel (Ni)
Jika pengotor tersebut memasuki ruang reaktor atau bermigrasi ke wilayah-depan perangkat, hal tersebut dapat memengaruhi resistivitas lapisan epitaksial, masa pakai pembawa minoritas, arus bocor, dan keandalan perangkat secara keseluruhan.
Lapisan segel belakang berfungsi sebagai penghalang, mengurangi dampak sumber kontaminasi bagian belakang pada area-sisi depan perangkat.
2. Mencegah Autodoping Selama Pertumbuhan Epitaxial
Lapisan segel belakang sangat penting dalam pembuatan wafer epitaksi.
Untuk substrat dengan doping berat seperti:
- wafer epitaksi P/P+
- N/N+ wafer epitaksi
- Wafer epitaksi perangkat daya
Selama pertumbuhan epitaksi-suhu tinggi, elemen dopan dari bagian belakang substrat dapat menguap ke dalam fase gas dan-digabungkan kembali ke dalam lapisan epitaksi yang sedang tumbuh, sehingga menyebabkan penyimpangan resistivitas.
Fenomena ini biasa disebut dengan Autodoping.
Lapisan segel belakang membantu mengurangi pelepasan elemen dopan dari sisi belakang, mengurangi risiko autodoping dan meningkatkan stabilitas dan keseragaman resistivitas lapisan epitaksial.
3. Memberikan Kemampuan Mendapatkan
Beberapa lapisan segel belakang - khususnya Poli-Segel Belakang Si - menunjukkan kemampuan pengambilan yang kuat.
Lapisan polisilikon berisi sejumlah besar batas butir, cacat, dan antarmuka, yang dapat menyerap atau memerangkap pengotor logam, sehingga secara efektif menarik pengotor berbahaya ke bagian belakang wafer dan mengurangi difusinya ke wilayah-sisi depan perangkat.
Proses ini umumnya disebut sebagai Getting.
Untuk CMOS, perangkat listrik, perangkat analog, dan{0}}perangkat dengan keandalan tinggi, kemampuan pengambilan memainkan peran penting dalam hasil dan keandalan jangka panjang.
4. Meningkatkan Pengendalian Stres dan Warpage
Wafer silikon rentan terhadap tekanan termal selama-proses bersuhu tinggi, yang dapat menyebabkan garis melengkung, melengkung, atau bahkan tergelincir.
Lapisan segel belakang{0}}yang dirancang dengan baik dapat membantu menyeimbangkan tekanan antara sisi depan dan belakang wafer, sehingga mengurangi risiko berikut:
- Busur: pembengkokan wafer
- Warp: lengkungan wafer
- Slip: garis slip
- Cacat Stres Termal
Namun, penting untuk dicatat bahwa lebih tebal tidak selalu lebih baik untuk lapisan segel belakang.
Jika tegangan film tidak dikontrol dengan baik, hal ini dapat meningkatkan kelengkungan wafer atau menyebabkan retak atau delaminasi film. Oleh karena itu, desain lapisan segel belakang harus mempertimbangkan ukuran wafer, ketebalan, sistem material, riwayat termal, dan-kondisi proses khusus pelanggan.
Bahan Umum untuk Lapisan Segel Belakang Wafer Silikon
Bahan lapisan segel belakang yang berbeda menawarkan sifat penghalang, kemampuan pengambilan, tingkat tekanan, dan kompatibilitas proses yang berbeda. Bahan umum termasuk polisilikon, silikon dioksida, silikon nitrida, dan silikon oksinitrida.
1. Lapisan Segel Belakang Polisilikon
Lapisan segel belakang polisilikon adalah salah satu jenis yang paling umum, sering disingkat PBS (Poly Back Seal).
Nilai intinya:
Ini menyediakan fungsi penghalang dan pengambil.
Batas butir dan struktur cacat dalam lapisan polisilikon dapat memerangkap pengotor logam, sehingga banyak digunakan dalam wafer substrat epitaksial, wafer dengan doping berat, dan wafer untuk perangkat{0}}dengan keandalan tinggi.
2. Lapisan Segel Belakang Silikon Dioksida
Lapisan segel belakang SiO₂ terutama menyediakan fungsi isolasi dan penghalang.
Mereka menawarkan isolasi yang baik, kompatibilitas proses, dan tekanan film yang relatif rendah, sehingga cocok untuk aplikasi dengan persyaratan tinggi untuk stabilitas dan kompatibilitas film.
Namun, dibandingkan dengan lapisan segel belakang polisilikon, kemampuan pengambilan SiO₂ umumnya lebih lemah.
3. Lapisan Segel Belakang Silikon Nitrida
Film Si₃N₄ padat dan menawarkan kinerja penghalang yang kuat, terutama efektif terhadap kelembapan, ion natrium, dan difusi pengotor tertentu.
Namun, film silikon nitrida biasanya menunjukkan tekanan tinggi. Kontrol tegangan yang buruk dapat menyebabkan wafer melengkung, retak film, atau ketidakstabilan dalam proses selanjutnya.
4. Lapisan Segel Belakang Silikon Oksinitrida
SiON terletak di antara SiO₂ dan Si₃N₄, dan sifat-sifatnya dapat disesuaikan dengan menyesuaikan rasio oksigen-terhadap-nitrogen.
Ini menggabungkan kinerja penghalang yang baik dengan tekanan yang relatif terkendali, menawarkan pilihan material lapisan segel belakang yang lebih fleksibel.
|
Bahan Segel Belakang |
Karakteristik Utama |
Keuntungan Khas |
Kekhawatiran yang Harus Ditangani |
|
Polisilikon (Poli-Si) |
Kaya akan batas butir dan cacat |
Perolehan yang kuat; cocok untuk-wafer dengan keandalan tinggi |
Memerlukan kualitas film dan kontrol partikel yang ketat |
|
Silikon Dioksida (SiO₂) |
Isolasi yang baik, tegangan yang relatif rendah |
Kompatibilitas proses yang baik; cocok sebagai lapisan isolasi |
Kemampuan mendapatkan yang terbatas |
|
Silikon Nitrida (Si₃N₄) |
Film padat dengan sifat penghalang yang kuat |
Penghalang efektif terhadap kelembaban, ion natrium, dll. |
Stres tinggi; risiko lengkungan perlu dikendalikan |
|
Silikon Oksinitrida (SiON) |
Sifat antara SiO₂ dan Si₃N₄ |
Stres merdu, indeks bias, dan kinerja penghalang |
Membutuhkan kontrol jendela proses yang tepat |
Desain lapisan segel belakang yang tidak tepat dapat menimbulkan masalah partikel, tekanan, atau lengkungan baru. Oleh karena itu, parameter material dan proses harus disesuaikan secara cermat dengan proses hilir pelanggan.
Pada Jenis Wafer Silikon Apa Lapisan Segel Belakang Terutama Digunakan?
1. Wafer Epitaksial
Wafer epitaksi adalah salah satu area aplikasi terpenting untuk lapisan segel belakang.
Khususnya untuk wafer epitaksi substrat yang sangat terdoping, pelepasan dopan dan autodoping adalah masalah umum selama{0}}pertumbuhan epitaksi suhu tinggi. Lapisan segel belakang secara efektif mengurangi risiko migrasi dopan bagian belakang ke lapisan epitaksial, membantu menstabilkan resistivitas.
Produk khasnya meliputi:
- wafer epitaksi P/P+
- N/N+ wafer epitaksi
- Wafer epitaksi perangkat daya
- Wafer epitaksi untuk IC analog
- Substrat untuk sensor gambar CMOS
2. Wafer Silikon untuk Perangkat Listrik
Perangkat listrik sangat sensitif terhadap arus bocor, tegangan tembus, masa pakai pembawa minoritas, dan kontaminasi logam.
Lapisan segel belakang membantu mengurangi risiko kontaminasi logam, meningkatkan keseragaman dan keandalan perangkat.
Aplikasi yang umum meliputi:
- MOSFET
- IGBT
- FR
- televisi
- Dioda Schottky
- IC daya-tegangan tinggi
3. Substrat untuk CMOS dan Perangkat Analog
Untuk CMOS{0}}keandalan tinggi, IC analog, sensor, dan produk serupa, lapisan segel belakang membantu mengontrol kontaminasi dan cacat, meningkatkan hasil dan-stabilitas jangka panjang.
Parameter Kontrol Utama untuk Lapisan Segel Belakang
Lapisan segel belakang bukan sekedar film yang diendapkan di bagian belakang wafer - ini adalah proses rekayasa film tipis-yang memerlukan kontrol presisi.
Parameter utama meliputi:
- Ketebalan
- Keseragaman Ketebalan
- Stres Film
- Partikel
- Kontaminasi Logam
- Adhesi
- Kepadatan Film
- Kekasaran Bagian Belakang
- Busur Wafer / Warp
- Stabilitas Termal
Di antaranya, stres, partikel, dan kontaminasi logam merupakan parameter pengendalian kualitas yang sangat penting.
Apa Perbedaan Lapisan Segel Belakang dengan Kerusakan Bagian Belakang?
Teknik umum lainnya dalam rekayasa bagian belakang wafer adalah pengambilan kerusakan bagian belakang.
Contohnya meliputi:
- Lapisan kerusakan mekanis
- Peledakan pasir
- Kerusakan yang disebabkan oleh laser-
- Pengerasan bagian belakang
Kedua teknik tersebut bertujuan untuk menghilangkan kotoran atau menstabilkan bagian belakang wafer, namun pendekatannya berbeda.
|
Jenis |
Metode |
Fungsi Utama |
|
Kerusakan Bagian Belakang Semakin Meningkat |
Menjebak kotoran melalui cacat yang disebabkan |
Meningkatkan penangkapan pengotor logam |
|
Lapisan Segel Belakang |
Menyimpan film untuk pemblokiran, pengambilan, atau pengendalian stres |
Mengurangi kontaminasi bagian belakang dan meningkatkan-stabilitas suhu tinggi |
Pada beberapa wafer{0}}kelas atas, kedua teknik tersebut dapat digabungkan untuk mencapai kontrol kontaminasi dan stabilitas termal yang lebih baik.
Mengapa Lapisan Segel Belakang Perlu Diperhatikan?
Karena perangkat semikonduktor menuntut keandalan, keseragaman, dan hasil yang lebih tinggi, wafer silikon tidak lagi sekadar "substrat kristal". Rekayasa material dan permukaan yang kompleks diperlukan untuk memenuhi beragam kebutuhan pemrosesan perangkat.
Meskipun lapisan segel belakang berada di sisi belakang dan tidak secara langsung membentuk struktur perangkat, namun hal ini mempengaruhi:
- Kontrol resistivitas lapisan epitaksi
- Stabilitas proses-suhu tinggi
- Tingkat kontaminasi logam
- Perilaku warpage wafer
- Kebocoran dan keandalan perangkat
- Hasil fabrikasi wafer hilir
Oleh karena itu, untuk-wafer epitaksi berkualitas tinggi, wafer silikon untuk perangkat listrik, dan-wafer substrat dengan keandalan tinggi, lapisan segel belakang adalah teknologi dasar dan sangat penting.
Catatan Penutup
Peran inti lapisan segel belakang wafer silikon dapat diringkas dalam empat poin:
- Pemblokiran: mencegah difusi atau penguapan pengotor bagian belakang
- Pengambilan: memerangkap kontaminan logam dan melindungi bagian-sisi depan perangkat
- Menstabilkan: meningkatkan perilaku wafer selama-proses bersuhu tinggi
- Kontrol Bentuk: membantu mengelola kelengkungan, tekanan, dan stabilitas proses
Dalam satu kalimat:
Meskipun lapisan segel belakang terletak di sisi belakang wafer, lapisan ini memainkan peran penting dalam kualitas epitaksial, pengendalian kontaminasi, stabilitas resistivitas, dan keandalan perangkat. Ini adalah teknologi rekayasa bagian belakang yang penting dalam-wafer silikon semikonduktor berkualitas tinggi.
