최근 Shanghai Institute of Microsystems의 Wei Xing 연구원 팀은 300mm SOI 웨이퍼 제조 기술에서 획기적인 진전을 이루었고 중국 최초의 300mm 무선 주파수(RF) SOI 웨이퍼를 준비했습니다. 팀은 집적회로재료 국립핵심연구소의 300mmSOI R&D 플랫폼을 기반으로 300mm RF-SOI 웨이퍼에 필요한 저산소 고저항 결정 준비, 저응력 고저항 폴리실리콘막 증착, 비접촉 평탄화 등 많은 핵심 기술 문제를 연속적으로 해결해 국내 300mmSOI 제조 기술에 획기적인 진전을 이루었습니다.
연구팀은 300mm RF-SOI에 적합한 저산소 고저항 기판을 제조하기 위해 횡자기장과 결합된 3차원 결정 성장 열 및 물질 전달 모델을 독립적으로 개발했으며, 대류에 대한 결정 유도 전류의 영향 메커니즘, 실리콘 용융물 내 열 및 물질 전달, 결정화 계면 근처의 산소 불순물의 전달 메커니즘을 처음으로 밝혀냈습니다. 관련 결과는 결정학 분야 최고 저널인 "Crystalgrowth & Design"(23, 4480-4490, 2023)과 "Cryst Eng Comm"(25, 3493-3500, 2023, 표지 기사)에 게재되었습니다. 결정 인상 공정을 안내하기 위한 이 시뮬레이션 결과를 바탕으로 산소 함량이 5ppma 미만이고 저항률이 5000ohm.cm 이상인 300mm RF-SOI에 적합한 저산소 고저항 기판이 마침내 성공적으로 준비되었습니다. 관련 결과는 "AppliedPhysicsLetters"(122, 112102, 2023) 및 "AppliedPhysicsExpress"(16,031003, 2023)에 게재되었습니다.
폴리실리콘층을 전하 트랩층으로 사용하는 것은 RF-SOI에서 장치의 무선 주파수 성능을 향상시키는 핵심 기술입니다. 결정립 크기, 방향, 결정립 경계 분포 및 폴리실리콘 저항과 같은 매개변수는 전하 트래핑 성능과 밀접한 관련이 있습니다. 또한 폴리실리콘/실리콘의 복합 구조로 인해 실리콘 웨이퍼의 응력을 제어하기가 매우 어렵습니다. 연구팀은 300mm RF-SOI 웨이퍼에 적합한 폴리실리콘 층을 제조하기 위한 적절한 공정 창을 찾았고, 폴리실리콘 층 두께, 입자 크기, 결정 방향 및 응력을 인위적으로 조정했습니다. 관련 결과는 "Semiconductor Science and Technology"(38,095002, 2023), "ECS Journal of Solid State Science and Technology"(7, P35-P37, 2018), "China Physics Letters"(34, 068101, 2017; 35, 047302, 2018) 및 기타 저널에 게재되었습니다. 그림 1(a)는 증착된 폴리실리콘막 표면의 SEM 이미지를 보여줍니다. 그림 1(b)는 폴리실리콘의 단면 TEM 구조를 보여줍니다. 그림 1(c)는 폴리실리콘막과 기판의 종방향 저항률 분포를 보여줍니다.
그림 1. (a) 폴리실리콘 필름 표면의 SEM 이미지; (b) 폴리실리콘막의 표면 근처 저항률 분포;
그림 (c) 폴리실리콘막과 기판의 종방향 저항률 분포
300mm RF-SOI 웨이퍼 준비 과정에서 SOI 웨이퍼의 원자 수준 표면 평탄화를 달성하기 위해 고온 열처리 기반의 비접촉 평탄화 공정을 독자적으로 개발했습니다. 그림 2(a)는 연구팀이 개발한 국내 최초 300mm RF-SOI 웨이퍼를 보여준다. 도 2(b)는 폴리실리콘 전하트랩층을 포함하는 4층 구조의 RF-SOI 웨이퍼의 단면 TEM 사진이다. 그림 2(c)는 RF-SOI 웨이퍼 상단 레이어의 최종 실리콘 두께 중심 값이 75nm임을 보여줍니다. 그림 2(d)는 RF-SOI 웨이퍼의 표면 거칠기가 0.2nm 미만임을 보여줍니다.
그림 2. (a) 중국 최초의 300mm RF-SOI 웨이퍼; (b) RF-SOI 웨이퍼 단면 TEM 사진; (c) RF-SOI 웨이퍼 돔 실리콘 두께 분포; (d) RF-SOI 웨이퍼 표면 AFM 이미지
현재 RF-SOI 웨이퍼는 무선 주파수 애플리케이션의 주류 기판 재료가 되었으며 스위치, 저잡음 증폭기 및 튜너와 같은 무선 주파수 프런트 엔드 칩 시장 점유율의 90% 이상을 차지합니다. 5G 네트워크가 본격적으로 출시됨에 따라 모바일 단말기의 RF 모듈에 대한 수요가 계속 증가하고 있습니다. RF 프런트엔드 칩 제조 공정은 200mm에서 300mm RF-SOI로 전환되고 있습니다. 이를 기회로 국내 주류 집적회로 제조사들도 300mm RF-SOI 공정 파운드리 역량을 적극적으로 확대하고 있다. 따라서 300mm RF-SOI 웨이퍼의 독립적인 준비는 국내 전체 RF-SOI 칩 설계, 파운드리 및 패키징 산업 체인의 조율되고 신속한 개발을 효과적으로 촉진하고 국내 SOI 웨이퍼의 공급 보안을 확실하게 보장할 것입니다.
입장:
징둥몰