Gần đây, nhóm nhà nghiên cứu Wei Xing của Viện Vi hệ thống Thượng Hải đã đạt được tiến bộ đột phá trong công nghệ sản xuất tấm wafer SOI 300mm và chuẩn bị tấm wafer SOI tần số vô tuyến (RF) 300mm đầu tiên ở Trung Quốc. Dựa trên nền tảng R&D 300mmSOI của Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về Vật liệu mạch tích hợp, nhóm đã liên tiếp giải quyết được nhiều vấn đề kỹ thuật cốt lõi như chuẩn bị tinh thể có điện trở suất cao, hàm lượng oxy thấp, lắng đọng màng polysilicon điện trở suất cao ứng suất thấp và lập kế hoạch không tiếp xúc cần thiết cho các tấm bán dẫn RF-SOI 300mm, đạt được bước đột phá lớn trong công nghệ sản xuất 300mmSOI trong nước ngay từ đầu.

Để chuẩn bị chất nền có độ bền cao ít oxy phù hợp với RF-SOI 300mm, nhóm đã phát triển độc lập mô hình truyền nhiệt và truyền khối tinh thể ba chiều kết hợp với từ trường ngang và lần đầu tiên tiết lộ cơ chế ảnh hưởng của dòng điện cảm ứng tinh thể đến sự đối lưu, nhiệt và truyền khối trong silicon nóng chảy và oxy gần bề mặt kết tinh. Cơ chế vận chuyển tạp chất, các kết quả liên quan đã được công bố trên các tạp chí hàng đầu trong lĩnh vực tinh thể học, “Crystalgrowth & Design” (23, 4480-4490, 2023) và “Cryst Eng Comm” (25, 3493-3500, 2023, trang bìa). Dựa trên kết quả mô phỏng này để hướng dẫn quá trình kéo tinh thể, chất nền có độ bền cao ít oxy phù hợp với RF-SOI 300mm cuối cùng đã được điều chế thành công, với hàm lượng oxy dưới 5ppma và điện trở suất lớn hơn 5000ohm.cm. Các kết quả liên quan đã được công bố trên tạp chí “AppliedPhysicsLetters” (122, 112102, 2023) và “AppliedPhysicsExpress” (16,031003, 2023).

Sử dụng lớp polysilicon làm lớp bẫy điện tích là công nghệ then chốt để cải thiện hiệu suất tần số vô tuyến của các thiết bị trong RF-SOI. Các thông số như kích thước hạt, hướng, phân bố ranh giới hạt và điện trở suất đa silic có liên quan chặt chẽ đến hiệu suất bẫy điện tích. Ngoài ra, do cấu trúc tổng hợp của polysilicon/silicon nên ứng suất của tấm wafer silicon cực kỳ khó kiểm soát. Nhóm đã tìm ra một cửa sổ quy trình phù hợp để sản xuất các lớp polysilicon phù hợp với các tấm wafer RF-SOI 300mm và đạt được sự điều chỉnh nhân tạo về độ dày lớp polysilicon, kích thước hạt, hướng tinh thể và ứng suất. Các kết quả liên quan đã được công bố trên “Khoa học và Công nghệ bán dẫn” (38,095002, 2023), “Tạp chí Khoa học và Công nghệ chất rắn ECS” (7, P35-P37, 2018), “Thư vật lý Trung Quốc” (34, 068101, 2017; 35, 047302, 2018) và các tạp chí khác. Hình 1(a) thể hiện ảnh SEM của bề mặt màng polysilicon lắng đọng; Hình 1(b) cho thấy cấu trúc TEM mặt cắt ngang của polysilicon; Hình 1(c) cho thấy sự phân bố điện trở suất theo chiều dọc của màng polysilicon và chất nền.


Hình 1. (a) Ảnh SEM của bề mặt màng polysilicon; (b) phân bố điện trở suất gần bề mặt của màng polysilicon;

Hình (c) Phân bố điện trở suất theo chiều dọc của màng polysilicon và chất nền

Trong quá trình chuẩn bị tấm wafer RF-SOI 300 mm, chúng tôi đã độc lập phát triển quy trình phẳng hóa không tiếp xúc dựa trên xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao, đạt được độ phẳng bề mặt cấp nguyên tử của wafer SOI. Hình 2(a) cho thấy tấm wafer RF-SOI 300mm nội địa đầu tiên được nhóm phát triển; Hình 2(b) là ảnh TEM cắt ngang của tấm wafer RF-SOI, có cấu trúc bốn lớp bao gồm lớp bẫy điện tích polysilicon; Hình 2(c) cho thấy giá trị trung tâm độ dày silicon cuối cùng của lớp trên cùng của tấm bán dẫn RF-SOI là 75nm; Hình 2(d) cho thấy độ nhám bề mặt của tấm wafer RF-SOI nhỏ hơn 0,2nm.


Hình 2. (a) Tấm wafer RF-SOI 300mm đầu tiên của Trung Quốc; (b) Ảnh TEM mặt cắt wafer RF-SOI; (c) Tấm wafer RF-SOI Phân bố độ dày silicon hàng đầu; (d) Hình ảnh AFM bề mặt wafer RF-SOI

Hiện tại, wafer RF-SOI đã trở thành vật liệu nền chủ đạo cho các ứng dụng tần số vô tuyến, chiếm hơn 90% thị phần của các chip đầu cuối tần số vô tuyến như bộ chuyển mạch, bộ khuếch đại và bộ điều chỉnh tiếng ồn thấp. Với việc triển khai đầy đủ mạng 5G, nhu cầu về mô-đun RF trong thiết bị đầu cuối di động tiếp tục tăng. Quy trình sản xuất chip mặt trước RF đang chuyển đổi từ RF-SOI 200mm sang 300mm. Nhân cơ hội này, các công ty sản xuất mạch tích hợp chính thống trong nước cũng đang tích cực mở rộng năng lực sản xuất quy trình RF-SOI 300mm của mình. Do đó, việc chuẩn bị độc lập các tấm wafer RF-SOI 300mm sẽ thúc đẩy hiệu quả sự phát triển nhanh chóng và phối hợp của toàn bộ chuỗi công nghiệp thiết kế chip, xưởng đúc và đóng gói RF-SOI trong nước, đồng thời mang lại sự đảm bảo vững chắc cho an ninh cung cấp các tấm wafer SOI trong nước.

Truy cập:

Trung tâm thương mại Jingdong