Прорыв от «0 до 1»! Шанхайский институт микросистем и информационных технологий производит первую 300-миллиметровую пластину RF-SOI в Китае.
2025-07-23
Вэй Сина, исследователя из Шанхайского института микросистем и информационных технологий, совершила прорыв в технологии производства 300-мм пластин SOI и изготовила первую в Китае 300-мм радиочастотную (RF) пластину SOI. Опираясь на научно-исследовательскую платформу 300-мм SOI Национальной ключевой лаборатории материалов для интегральных схем , группа успешно решила множество основных технических проблем, необходимых для 300-мм пластин RF-SOI, таких как подготовка кристаллов с высоким сопротивлением и низким содержанием кислорода, осаждение пленки поликремния с высоким сопротивлением и низкими напряжениями, а также бесконтактная планаризация , что стало крупным прорывом в отечественной технологии производства 300-мм SOI с нуля.
Для подготовки низкокислородных и высокоомных подложек, подходящих для 300-мм ВЧ-КНИ, группа независимо разработала трёхмерную модель тепло- и массопереноса при росте кристалла в сочетании с поперечным магнитным полем и впервые выявила механизм влияния индуцированного кристаллом тока на конвекцию и тепло- и массоперенос в расплаве кремния, а также механизм переноса примесей кислорода вблизи границы кристаллизации. Соответствующие результаты были опубликованы в ведущих журналах по кристаллографии: «Crystal Growth & Design» (23, 4480–4490, 2023) и «CrystEngComm» (25, 3493–3500, 2023, статья на обложке). Используя этот результат моделирования для управления процессом вытягивания кристалла, мы наконец успешно подготовили низкокислородную и высокоомную подложку, подходящую для 300-мм ВЧ-КНИ, с содержанием кислорода менее 5 ppma и удельным сопротивлением более 5000 Ом·см. Соответствующие результаты были опубликованы в журналах « Applied Physics Letters » (122, 112102, 2023) и «Applied Physics Express» (16, 031003, 2023).
Использование слоя поликремния в качестве слоя улавливания заряда является ключевой технологией для улучшения радиочастотных характеристик устройств в RF-SOI. Такие параметры, как размер зерна, ориентация, распределение границ зерен и удельное сопротивление поликремния тесно связаны с характеристиками улавливания заряда. Кроме того, из-за композитной структуры поликремния/кремния напряжение кремниевых пластин чрезвычайно трудно контролировать. Группа нашла подходящее технологическое окно для изготовления слоя поликремния, подходящего для 300-мм пластин RF-SOI, и реализовала искусственную регулировку толщины слоя поликремния, размера зерна , ориентации кристалла и напряжения. Соответствующие результаты были опубликованы в таких журналах, как Semiconductor Science and Technology (38, 095002, 2023), ECS Journal of Solid State Science and Technology (7, P35-P37, 2018) и Chinese Physics Letters (34, 068101, 2017; 35, 047302, 2018). На рисунке 1(а) показано СЭМ-изображение поверхности осажденной пленки поликремния ; на рисунке 1(б) показана структура поликремния в поперечном сечении, полученная с помощью трансмиссионного электронного микроскопа; на рисунке 1(в) показано продольное распределение удельного сопротивления пленки поликремния и подложки.
удельного сопротивления вблизи поверхности поликремниевой пленки HYPERLINK "https://zhida.zhihu.com/search?content_id=235347147&content_type=Article&match_order=1&q=%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E7%94%B5%E9%98%BB%E7%8E%87&zd_token=eyJhbGciOiJIUzI1NiIsInR5cCI6IkpXVCJ9.eyJpc3MiOiJ6aGlkYV9zZXJ2ZXIiLCJleHAiOjE3NTMyNDI3MTksInEiOiLooajpnaLnlLXpmLvnjociLCJ6aGlkYV9zb3VyY2UiOiJlbnRpdHkiLCJjb250ZW50X2lkIjoyMzUzNDcxNDcsImNvbnRlbnRfdHlwZSI6IkFydGljbGUiLCJtYXRjaF9vcmRlciI6MSwiemRfdG9rZW4iOm51bGx9.eRfli7bD7vTp1-_rZ6r7TUCXMLvYFr3epPDRYr8qAIw&zhida_source=entity" \t "https://zhuanlan.zhihu.com/p/_blank" ; Рисунок (c) продольное распределение удельного сопротивления поликремниевой пленки и подложки. Во время подготовки 300-мм пластин RF-SOI был независимо разработан бесконтактный процесс выравнивания, основанный на высокотемпературной термической обработке, для достижения выравнивания поверхности SOI пластин на атомном уровне . Рисунок 2 (a) показывает первую 300-мм пластину RF-SOI, разработанную группой в Китае; Рисунок 2 (b) представляет собой фотографию в просвечивающем электронном микроскопе поперечного сечения пластины RF-SOI, которая имеет четырехслойную структуру, включающую слой улавливания заряда поликремния; как показано на рисунке 2 (c), центральное значение верхней толщины кремния окончательной пластины RF-SOI составляет 75 нм; как показано на рисунке 2 (d), шероховатость поверхности пластины RF-SOI составляет менее 0,2 нм.
Рисунок 2. (a) Первая китайская пластина RF-SOI диаметром 300 мм; (b) Изображение поперечного сечения пластины RF-SOI, полученное в электронном микроскопе; (c) Распределение толщины верхнего слоя кремния в пластине RF-SOI; (d) Изображение поверхности пластины RF-SOI, полученное в АСМ
В настоящее время пластины RF-SOI стали основным материалом подложки для радиочастотных приложений, занимая более 90% доли рынка микросхем RF front-end, таких как коммутаторы, малошумящие усилители и тюнеры. С полным развертыванием сетей 5G спрос на радиочастотные модули в мобильных терминалах продолжает расти, и процесс производства микросхем RF front-end переходит с 200 мм на 300 мм RF-SOI. Пользуясь этой возможностью, отечественные производители основных интегральных схем также активно расширяют свои возможности литейного производства по технологии RF-SOI 300 мм. Таким образом, независимая подготовка 300-мм пластин RF-SOI будет активно способствовать скоординированному и быстрому развитию всей отраслевой цепочки отечественного проектирования, литейного производства и упаковки микросхем RF-SOI и обеспечит надежную гарантию бесперебойности поставок отечественных пластин SOI.
*Источник: Шанхайский институт микросистем и информационных технологий, Китайская академия наук.
