Récemment, l'équipe du chercheur Wei Xing de l'Institut des microsystèmes de Shanghai a réalisé des progrès révolutionnaires dans la technologie de fabrication de plaquettes SOI de 300 mm et a préparé la première plaquette SOI à radiofréquence (RF) de 300 mm en Chine. Basée sur la plate-forme R&D 300 mmSOI du Laboratoire national clé des matériaux de circuits intégrés, l'équipe a successivement résolu de nombreux problèmes techniques fondamentaux tels que la préparation de cristaux à faible teneur en oxygène et à haute résistance, le dépôt de films de polysilicium à haute résistivité et à faible contrainte et la planarisation sans contact requise pour les tranches RF-SOI de 300 mm, réalisant ainsi une percée majeure dans la technologie de fabrication nationale de 300 mmSOI à partir de zéro.

Afin de préparer un substrat à faible teneur en oxygène et à haute résistance adapté au RF-SOI de 300 mm, l'équipe a développé indépendamment un modèle tridimensionnel de transfert de chaleur et de masse de croissance cristalline couplé à un champ magnétique transversal, et a révélé pour la première fois le mécanisme d'influence du courant induit par les cristaux sur la convection, le transfert de chaleur et de masse dans le silicium fondu et le mécanisme de transport des impuretés d'oxygène à proximité de l'interface de cristallisation. Les résultats pertinents ont été publiés dans les principales revues dans le domaine de la cristallographie, « Crystalgrowth & Design » (23, 4480-4490, 2023) et « Crystal Eng Comm » (25, 3493-3500, 2023, article de couverture). Sur la base de ce résultat de simulation pour guider le processus d'extraction des cristaux, un substrat haute résistance à faible teneur en oxygène adapté au RF-SOI de 300 mm a finalement été préparé avec succès, avec une teneur en oxygène inférieure à 5 ppm et une résistivité supérieure à 5 000 ohm.cm. Les résultats pertinents ont été publiés dans « AppliedPhysicsLetters » (122, 112102, 2023) et « AppliedPhysicsExpress » (16,031003, 2023).

L’utilisation de la couche de polysilicium comme couche de piégeage de charges est une technologie clé pour améliorer les performances radiofréquence des dispositifs RF-SOI. Des paramètres tels que la taille des grains, l'orientation, la distribution des joints de grains et la résistivité du polysilicium sont étroitement liés aux performances de piégeage des charges. De plus, en raison de la structure composite polysilicium/silicium, la contrainte de la plaquette de silicium est extrêmement difficile à contrôler. L'équipe a trouvé une fenêtre de processus appropriée pour fabriquer des couches de polysilicium adaptées aux tranches RF-SOI de 300 mm, et a obtenu un ajustement artificiel de l'épaisseur de la couche de polysilicium, de la taille des grains, de l'orientation des cristaux et des contraintes. Les résultats pertinents ont été publiés dans « Semiconductor Science and Technology » (38,095002, 2023), « ECS Journal of Solid State Science and Technology » (7, P35-P37, 2018), « Chinese Physics Letters » (34, 068101, 2017 ; 35, 047302, 2018) et d'autres revues. La figure 1 (a) montre l'image SEM de la surface du film de polysilicium déposé ; La figure 1 (b) montre la structure TEM en coupe transversale du polysilicium ; La figure 1 (c) montre la distribution longitudinale de résistivité du film et du substrat en polysilicium.


Figure 1. (a) Image SEM de la surface d'un film de polysilicium ; (b) distribution de résistivité proche de la surface du film de polysilicium ;

Figure (c) Distribution longitudinale de résistivité du film et du substrat de polysilicium

Au cours du processus de préparation de la plaquette RF-SOI de 300 mm, nous avons développé indépendamment un processus de planarisation sans contact basé sur un traitement thermique à haute température pour obtenir une planarisation de la surface au niveau atomique de la plaquette SOI. La figure 2 (a) montre la première plaquette RF-SOI nationale de 300 mm développée par l'équipe ; La figure 2 (b) est une photo TEM en coupe transversale de la plaquette RF-SOI, qui présente une structure à quatre couches comprenant une couche de piégeage de charge en polysilicium ; La figure 2 (c) montre que la valeur centrale finale de l'épaisseur de silicium de la couche supérieure de la tranche RF-SOI est de 75 nm ; La figure 2 (d) montre que la rugosité de surface de la plaquette RF-SOI est inférieure à 0,2 nm.


Figure 2. (a) Première plaquette RF-SOI de 300 mm de Chine ; (b) Photo TEM en coupe transversale d'une plaquette RF-SOI ; (c) Répartition de l'épaisseur de silicium du dôme de plaquette RF-SOI ; (d) Image AFM de la surface de la plaquette RF-SOI

À l'heure actuelle, les plaquettes RF-SOI sont devenues le principal matériau de substrat pour les applications radiofréquences, représentant plus de 90 % de la part de marché des puces frontales radiofréquence telles que les commutateurs, les amplificateurs à faible bruit et les tuners. Avec le déploiement complet des réseaux 5G, la demande de modules RF dans les terminaux mobiles continue d'augmenter. Le processus de fabrication des puces frontales RF passe du RF-SOI de 200 mm à 300 mm. Profitant de cette opportunité, les grandes entreprises nationales de fabrication de circuits intégrés étendent également activement leurs capacités de fonderie par procédé RF-SOI de 300 mm. Par conséquent, la préparation indépendante de plaquettes RF-SOI de 300 mm favorisera efficacement le développement coordonné et rapide de l’ensemble de la chaîne industrielle nationale de conception, de fonderie et d’emballage de puces RF-SOI, et fournira une garantie solide pour la sécurité d’approvisionnement des plaquettes SOI nationales.

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