SOI Wafer:Ниже паразитарная емкость более сильный иммунитет зажимания улучшенная радиационная устойчивость

Информация о продукте

     
      SOI (кремний на изоляторе) представляет собой пластину со структурой «сэндвич», состоящую из трех слоев: верхний кремниевый слой, также известный как верхний кремний/слой устройства, используется для изготовления транзисторов; средний слой — это скрытый оксид (BOX), обеспечивающий электрическую изоляцию; а нижний слой представляет собой кремниевую опорную подложку (Handle/Substrate Wafer).

По сравнению с обычными пластинами Bulk Si, пластины SOI обладают полной диэлектрической изоляцией, что обеспечивает более низкую паразитную емкость и ток утечки, более высокую устойчивость к запиранию, улучшенную радиационную стойкость и более низкое энергопотребление. В результате КНИ является ключевым материалом подложки для входных радиочастотных устройств, силовых устройств, логических процессов FD-КНИ, фотоники, МЭМС и других передовых полупроводниковых приложений.
          

         
 

Цели процесса

     Основная цельПроизводство пластин SOIЗадача заключается в получении тонкой пленки монокристаллического кремния поверх изолирующего слоя с точно контролируемой толщиной, качеством кристаллов, сравнимым с объемным кремнием, и сверхгладкой поверхностью, приближающейся к плоскостности на атомном уровне.

В частности, этот процесс направлен на:

①Точно контролируйте толщину слоя устройства и слоя BOX., с однородностью толщины нанометрового уровня. Для FD-SOI верхний кремниевый слой обычно требует однородности толщины порядка±0,5 нм.

②Поддержание высокого качества монокристаллов в верхнем слое кремния., с низкой плотностью дислокаций, длительным временем жизни неосновных носителей и без остаточных повреждений решетки, таких как HDD.

③Достичь высокой прочности на пробой, низкого тока утечки и низкой плотности интерфейсных состояний в слое BOX., с напряженностью электрического поля порядка>10 МВ/см.

④Обеспечьте отсутствие пустот в интерфейсе склеивания., без риска локального расслоения, обеспечивая при этом долговременную надежность, соответствующую требованиям устройства.

⑤Убедитесь, что поверхностные частицы, металлические загрязнения и шероховатость поверхностисоответствовать требованиям чистоты и качестваПолупроводниковые приложения IC-класса.

                                                             


Сравнение основных маршрутов производства SOI

 

Подробная схема процесса Smart Cut™

Обзор процесса:
Входной контроль кремниевых пластин → Очистка RCA → Термическое окисление (BOX) → Имплантация ионов водорода → Очистка / активация поверхности → Склеивание пластин → Расщепляющий отжиг → Дегидрирующий отжиг → Черновое шлифование / утончение → Отделка CMP → жертвенное окисление + химическая полировка → Проверка и классификация → Окончательная очистка и упаковка



Шаг 1 | Входной контроль пластин и очистка RCA

Цель процесса: удалить частицы, органические загрязнения, ионы металлов и слой естественного оксида с поверхности кремниевой пластины, получив чистую и гидрофильную (с концевыми гидроксильными группами) поверхность для последующего окисления и склеивания пластин.

Основной процесс:
SC-1 (NH₄OH/H₂O₂/DI для удаления частиц и органических веществ)
→ DHF (разбавленный HF для удаления собственных оксидов)
→ SC-2 (HCl/H₂O₂/DI для удаления металлических загрязнений)
→ Промывка через перелив + сушка с медленным полосканием (SRD)

ПроизводствоОборудование:

Полностью автоматизированные 8-дюймовые/12-дюймовые системы влажной очистки периодического действия (Wet Bench), очистители отдельных пластин, такие как системы SDI и TEL, системы мегазвуковой очистки и сушилки SRD.

Материалы и технологические химикаты:
Электронный класс NH₄OH, H₂O₂, HCl и HF; сверхчистая деионизированная вода (DIW, удельное сопротивление 18,2 МОм·см); и N₂ высокой чистоты.

                                             

Шаг 2 | Термическое окисление для роста BOX
Цель процесса:

Вырастить высококачественный термооксидный слой на поверхности затравочной/донорской пластины, который служит скрытым оксидным слоем (BOX) конечной пластины SOI. Типичная толщина варьируется отот 25 нм до 3 мкм, в зависимости от приложения. Например, в некоторых радиочастотных устройствах обычно используется подложка с низким удельным сопротивлением в сочетании с относительно толстым слоем BOX.

Плотность оксида, характеристики межфазного состояния и однородность толщины напрямую влияют на электрическую изоляцию и пробойные характеристики слоя BOX.

Основной процесс:
Можно использовать последовательность термического окисления «сухой-мокрый-сухой», обычно при1000–1150°С. Для продуктов с более высокими техническими характеристиками можно использовать расширенное сухое окисление для получения более плотного оксидного слоя и улучшения качества интерфейса.

Производственное оборудование:
Вертикальные печи окисления, горизонтальные диффузионные печи и системы быстрого термического окисления RTP (RTO).

Материалы и технологические газы:
O₂ высокой чистоты (≥99,999%), H₂ для генерации мокрым окислением с камерой сгорания, N₂/Ar высокой чистоты для инертной атмосферы, кварцевых печных трубок и кремниевых пластинчатых лодочек.

                                                  


Шаг 3 | Имплантация ионов водорода — основа Smart Cut™

Цель процесса:
     Ионы водорода, такие как H⁺ или комбинированные ионы H₂⁺/He⁺, имплантируются через оксидный слой в кремний на контролируемую глубину, образуя микрополости или ослабленный слой. Эта глубина соответствует конечной толщине слоя устройства КНИ.
Типичная энергия имплантации варьируется от10–200 кэВ, при имплантационных дозах примерно2×10¹⁶–8×10¹⁶ ионов/см². Энергия и доза имплантации влияют на толщину переносимого слоя и конечное качество поверхности.

Ключевые элементы управления:

• Однородность имплантации внутри пластины: <1%
• Охлаждение пластины для предотвращения нежелательных тепловых эффектов во время имплантации
• Стабильность ионного пучка
• Сканирование электростатическим лучом или вращение пластин при более высоких энергиях для улучшения однородности имплантации.

Производственное оборудование:
Высокоэнергетические/сильноточные ионные имплантаторы.

Материалы и компоненты:
Газ H₂ высокой чистоты для диссоциации и ионизации, защитные компоненты SiC/графит и сборки чашек Фарадея.



                                                 

Шаг 4 | Очистка поверхности и плазменная активация
Цель процесса:
После ионной имплантации поверхность пластины очищается от загрязнений. Затем поверхность имплантации и поверхность пластины ручки активируются плазмой, обычно с использованием плазмы N2/O2/Ar, чтобы увеличить поверхностную плотность гидроксила и улучшить способность к склеиванию, обеспечивая достаточную начальную прочность соединения при комнатной температуре.

Производственное оборудование:
Системы плазменной активации и соединения пластин, объединяющие высокочастотную плазменную камеру и камеру соединения, а также системы очистки одной пластины.

Материалы и технологические газы:
Технологические газы высокой чистоты N₂, O₂ и Ar, DIW и специальные чистящие химикаты.

Шаг 5 | Склеивание пластин
Цель процесса:
Активированная затравочная/донорская пластина оксидной/имплантированной поверхностью вниз выравнивается и приводится в контакт с пластиной-ручкой в ​​контролируемой атмосфере. Силы Ван-дер-Ваальса и водородная связь обеспечивают прямое склеивание при комнатной температуре (Direct Bonding / SDB). На границе склеивания следует избегать макроскопических пустот.

Ключевые элементы управления:

• Точность выравнивания склеивания
• Уровень вакуума в камере
• Предотвращение захвата газа на краю пластины
• Распространение волнового фронта связи от центра к краю
• Начальная прочность сцепления

Производственное оборудование:
Полностью автоматизированные системы соединения пластин кластерного типа.

Материалы и технологические газы:
Высокочистый N₂ и DIW.
​
                   
 

Шаг 6 | Разделительный отжиг и дегидрирующий отжиг
 

Цель процесса:

① Разделительный отжиг: обычно выполняется400–600°С. Возрастающее давление водорода внутри имплантированных микрополостей приводит к распространению трещин, в результате чего затравочная/донорская пластина раскалывается вдоль заданного ослабленного слоя. Полученная разделенная поверхность обычно демонстрирует шероховатость нанометрового масштаба.

② Дегидрирующий отжиг: обычно выполняется900–1100°Сдля удаления остаточного водорода из верхнего слоя кремния при одновременном дальнейшем укреплении границы связи Si-O-Si и увеличении общей прочности связи.

Производственное оборудование:

Кластерные печи отжига, вертикальные печи отжига и системы RTP.

Материалы и технологические газы:

N₂/Ar высокой чистоты, при этом в некоторых процессах используется атмосфера, содержащая следы O₂; кварцевые лодочки и печные трубки.

Примечание:

Расколотую донорскую пластину можно использовать повторно после последующей полировки, что является одним из важных экономических преимуществ процесса Smart Cut™ по сравнению с традиционным BESOI.

                                                       

Шаг 7 | Черновое истончение (маршрут BESOI)/шлифование
Цель процесса:

В случае Smart Cut™ разделенная поверхность верхнего слоя кремния обычно сохраняет изменения поверхности в нанометровом масштабе, поэтому сначала выполняется легкая шлифовка с использованием алмазного шлифовального круга для удаления более крупных неровностей поверхности.

Для маршрута BESOI склеенный верхний кремниевый слой обычно стачивается примерно с725 мкмдо целевой толщины, которая может составлять от нескольких микрометров до нескольких десятков микрометров, с последующим мокрым травлением с использованием подходящего слоя, останавливающего травление, для более точного контроля толщины.
 

Производственное оборудование:

Измельчители кремниевых пластин; Для процесса BESOI также можно использовать системы мокрого химического разбавления.

Материалы и расходные материалы:

Алмазные шлифовальные круги, шлифовальная суспензия и травители для травильной обработки по маршруту BESOI.
 

Шаг 8 | CMP — Химико-механическая полировка

Цель процесса:

CMP используется для дальнейшего уменьшения верхнего слоя кремния до заданной толщины, одновременно уменьшая шероховатость поверхности доСреднеквадратичное значение < 0,15 нм, на основе АСМ-сканирования 1 × 1 мкм, чтобы удовлетворить глобальные и локальные требования к планарности.

Этот шаг является одним из ключевых процессов для достижения превосходного результата.однородность толщины слоя устройства.

Ключевые элементы управления:

1. Скорость полировки и селективность

2. Обнаружение конечной точки в режиме реального времени, например, вихретоковый или оптический мониторинг толщины.

3. Управление состоянием полировальных подушек

4. Очистка после CMP для предотвращения образования частиц и металлических остатков
   
                                                             
    

Шаг 8 | CMP — Химико-механическая полировка

Цель процесса:

CMP используется для дальнейшего уменьшения верхнего слоя кремния до заданной толщины, одновременно уменьшая шероховатость поверхности доСреднеквадратичное значение < 0,15 нм, на основе АСМ-сканирования 1 × 1 мкм, чтобы удовлетворить глобальные и локальные требования к планарности.

Этот шаг является одним из ключевых процессов для достижения превосходного результата.однородность толщины слоя устройства.

Ключевые элементы управления:

• Скорость полировки и селективность

• Обнаружение конечной точки в режиме реального времени, например, вихретоковый или оптический мониторинг толщины.

• Управление состоянием полировальных подушек

• Очистка после CMP для предотвращения образования частиц и металлических остатков

Производственное оборудование:

Системы полировки CMP + скрубберы после CMP.

Материалы и расходные материалы:

Щелочная суспензия на основе диоксида кремния для полировки кремния, содержащая абразивы на основе коллоидного диоксида кремния и модификаторы pH на основе КОН/амина; полиуретановые полировальные подушечки, DIW и кондиционеры для подушечек (дисковые правки).

​

Шаг 9 | Жертвенное окисление и окончательная химическая полировка
Цель процесса:

Тонкий термооксидный слой выращивается на верхнем кремнии, обработанном CMP, на что уходит около10–20 нмкремния. Это переносит подповерхностные повреждения (ППД) и остаточные микродефекты, возникшие при ХМП, в оксидный слой, который затем удаляется с помощью HF.

Для некоторых продуктов можно дополнительно нанести легкую полировку Touch Polish/Final Polish для дальнейшего улучшения качества поверхности.

Этот шаг помогает снизить плотность поверхностных дефектов и дополнительно улучшить конечное состояние поверхности пластины.

Производственное оборудование:
Печи для окисления/системы RTO, системы периодического высокочастотного травления и очистки, а также системы CMP для окончательной полировки одной пластины (опция).

Материалы и химикаты:
Высокочистый O₂, буферные травители BOE/HF, DIW и N₂.

Шаг 10 | Проверка, отжиг и окончательная упаковка

Цель процесса:

Комплексные проверки размеров, электрических характеристик, качества поверхности и визуальные проверки выполняются в соответствии со спецификациями продукта, после чего проводится классификация продукта, напримерПрайм / Тест / Контрольпо результатам проверки.

После окончательной очистки пластины запечатываются и упаковываются в контролируемых условиях. Для минимизации риска загрязнения частицами и окружающей средой во время транспортировки и хранения можно использовать вакуумную упаковку или упаковку, заполненную азотом.

Производственное оборудование:

Различные системы контроля и метрологии пластин, а также чистые упаковочные линии, включая чистые рабочие станции и автоматизированное оборудование для загрузки коробок для пластин.

Упаковочные материалы:

Носители пластин, такие как системы FOSB, G1000 и Empak открытого типа, чистые упаковочные пакеты, N₂ высокой чистоты и материалы для маркировки.

Метрологические изделия и оборудование
 

Основное сырье и технологические расходные материалы

Требования к производственной среде
 

① <br>Чистота:CMP, очистка, проверка и упаковка должны выполняться вКласс ISO 3–4 (Класс 1–10)чистые помещения. Зоны окисления, отжига и ионной имплантации должны поддерживаться наКласс ISO 5–6 или выше.

② <br>Температура и влажность:Температура окружающей среды:22±1°С; метрологические кабинеты рекомендуется размещать в20±0,5°Сдля повышения точности измерения толщины пленки. Относительная влажность:40%–50%; рекомендуется использовать область предварительного склеивания45%±5%для поддержания стабильного состояния поверхностных гидроксилов.

③ <br>Контроль вибрации:В зонах ХМП, оптического измерения толщины пленки и АСМ должны использоваться изолированные фундаменты или меры виброизоляции, а также соблюдатьсяКритерии вибрации ISO VCсогласно требованиям производителей оборудования, минимизируя шум при измерениях и структуру поверхности, связанную с полировкой.

④ <br>UPW и химикаты:Сверхчистая вода (UPW) должна иметь удельное сопротивление18,2 МОм·см при 25°Cи ТОС<5 частей на миллиард. Химикаты электронного класса должны контролироваться в соответствии с применимыми стандартами SEMI и могут поставляться через централизованную систему управления и снабжения химическими веществами (CMS).

⑤ ESD 与交叉污染<br>ESD и контроль перекрестного загрязнения: Пластины с высоким удельным сопротивлением более чувствительны к электростатическим эффектам и притяжению частиц; поэтому необходимы ионизаторы, заземление и другие меры по борьбе с электростатическим разрядом. Оборудование, приспособления и расходные материалы должны быть разделены по различным спецификациям допинга, чтобы предотвратить перекрестное загрязнение и дрейф удельного сопротивления.

                                               


Заключение
 

     SOI-пластины являются классическим примером«Материал как устройство».где тонкая кремниевая пленка с контролем толщины на нанометровом уровне напрямую влияет на пределы производительности последующих полупроводниковых устройств.

ОтОчистка RCA, который обеспечивает тщательно контролируемую и незагрязненную стартовую поверхность,имплантация ионов водорода, который точно определяет слой расщепления, и, наконец,CMP (Химико-механическая полировка)ижертвенное окисление, которые создают сверхгладкую поверхность с низким уровнем дефектов, каждый этап представляет собой точную интеграцию материалов, оборудования и метрологических технологий.

Поскольку такие приложения, какFD-SOI, ВЧ-интерфейсные устройства, кремниевая фотоника и высоковольтные силовые устройстваПродолжая развиваться, производство пластин SOI сталкивается со все более строгими требованиями кконтроль толщины слоя устройства, производительность BOX, качество поверхности и управление дефектами, продвигая технологию SOI к еще более высокой точности, снижению уровня дефектов и повышению надежности.


Сопутствующие товары

  
                                                                     


                                             Отделка поверхности ССП/ДСП кремниевой пластины ИК <30/Км2 сопротивление частицы 1~10Ом




                                                                         

                                           Ранг 500ум 350ум исследования вафли карбида кремния вафли SiC 8inch главный манекен