Recientemente, el equipo del investigador Wei Xing del Instituto de Microsistemas de Shanghai logró avances revolucionarios en la tecnología de fabricación de obleas SOI de 300 mm y preparó la primera oblea SOI de radiofrecuencia (RF) de 300 mm en China. Basado en la plataforma de I+D de 300 mmSOI del Laboratorio Nacional Clave de Materiales de Circuitos Integrados, el equipo ha resuelto sucesivamente muchos problemas técnicos centrales, como la preparación de cristales de alta resistencia con bajo contenido de oxígeno, la deposición de películas de polisilicio de alta resistividad y bajo estrés y la planarización sin contacto requerida para las obleas RF-SOI de 300 mm, logrando un gran avance en la tecnología de fabricación nacional de 300 mmSOI desde cero.

Para preparar un sustrato de alta resistencia y bajo contenido de oxígeno adecuado para RF-SOI de 300 mm, el equipo desarrolló de forma independiente un modelo tridimensional de transferencia de masa y calor de crecimiento de cristales junto con un campo magnético transversal, y por primera vez reveló el mecanismo de influencia de la corriente inducida por el cristal en la convección, la transferencia de calor y masa en el silicio fundido y el mecanismo de transporte de impurezas de oxígeno cerca de la interfaz de cristalización. Los resultados relevantes se publicaron en las principales revistas del campo de la cristalografía, "Crystalgrowth & Design" (23, 4480-4490, 2023) y "Cryst Eng Comm" (25, 3493-3500, 2023, artículo de portada). Con base en el resultado de esta simulación para guiar el proceso de extracción de cristales, finalmente se preparó con éxito un sustrato de alta resistencia y bajo contenido de oxígeno adecuado para RF-SOI de 300 mm, con un contenido de oxígeno de menos de 5 ppm y una resistividad superior a 5000 ohm.cm. Los resultados relevantes se publicaron en "AppliedPhysicsLetters" (122, 112102, 2023) y "AppliedPhysicsExpress" (16,031003, 2023).

El uso de la capa de polisilicio como capa atrapadora de carga es una tecnología clave para mejorar el rendimiento de radiofrecuencia de los dispositivos en RF-SOI. Parámetros como el tamaño del grano, la orientación, la distribución de los límites del grano y la resistividad del polisilicio están estrechamente relacionados con el rendimiento de captura de carga. Además, debido a la estructura compuesta de polisilicio/silicio, la tensión de la oblea de silicio es extremadamente difícil de controlar. El equipo encontró una ventana de proceso adecuada para fabricar capas de polisilicio adecuadas para obleas RF-SOI de 300 mm y logró un ajuste artificial del espesor de la capa de polisilicio, el tamaño del grano, la orientación del cristal y la tensión. Los resultados relevantes se publicaron en "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) y otras revistas. La Figura 1 (a) muestra la imagen SEM de la superficie de la película de polisilicio depositada; La Figura 1 (b) muestra la estructura TEM en sección transversal del polisilicio; La Figura 1 (c) muestra la distribución de resistividad longitudinal de la película y el sustrato de polisilicio.


Figura 1. (a) Imagen SEM de la superficie de la película de polisilicio; (b) distribución de resistividad cerca de la superficie de la película de polisilicio;

Figura (c) Distribución de resistividad longitudinal de la película y el sustrato de polisilicio

Durante el proceso de preparación de la oblea RF-SOI de 300 mm, desarrollamos de forma independiente un proceso de planarización sin contacto basado en un tratamiento térmico a alta temperatura para lograr la planarización de la superficie a nivel atómico de la oblea SOI. La Figura 2(a) muestra la primera oblea RF-SOI doméstica de 300 mm desarrollada por el equipo; La Figura 2(b) es una fotografía TEM en sección transversal de la oblea RF-SOI, que tiene una estructura de cuatro capas que incluye una capa atrapadora de carga de polisilicio; La Figura 2 (c) muestra que el valor central del espesor de silicio final de la capa superior de la oblea RF-SOI es de 75 nm; La Figura 2 (d) muestra que la rugosidad de la superficie de la oblea RF-SOI es inferior a 0,2 nm.


Figura 2. (a) La primera oblea RF-SOI de 300 mm de China; (b) Foto TEM de sección transversal de oblea RF-SOI; (c) Distribución del espesor de silicio de la cúpula de oblea RF-SOI; (d) Imagen AFM de superficie de oblea RF-SOI

En la actualidad, las obleas RF-SOI se han convertido en el material de sustrato principal para aplicaciones de radiofrecuencia y representan más del 90% de la cuota de mercado de chips frontales de radiofrecuencia, como interruptores, amplificadores de bajo ruido y sintonizadores. Con el pleno despliegue de las redes 5G, la demanda de módulos RF en terminales móviles sigue aumentando. El proceso de fabricación de chips frontales de RF está pasando de RF-SOI de 200 mm a 300 mm. Aprovechando esta oportunidad, las principales empresas nacionales de fabricación de circuitos integrados también están ampliando activamente sus capacidades de fundición de procesos RF-SOI de 300 mm. Por lo tanto, la preparación independiente de obleas RF-SOI de 300 mm promoverá eficazmente el desarrollo rápido y coordinado de toda la cadena industrial nacional de diseño, fundición y embalaje de chips RF-SOI, y proporcionará una sólida garantía para la seguridad del suministro de obleas SOI nacionales.

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