Integrirani procesi u proizvodnji čipova

0040-02544 Gornji dio tijela, Dps metal

 

0020-33806 Dps gornje komore + poli

 

Integrirani procesni moduli

 

Procesni zahtjevi za integrirane sklopove

Potpuna pouzdanost:Integrirani sklopovi moraju raditi stabilno u različitim okruženjima i uvjetima, uključujući ekstremne uvjete kao što su visoke temperature, niske temperature i visoka vlažnost.

Pouzdanost također uključuje dugovječnost strujnog kruga, što je sposobnost strujnog kruga da održi dobru izvedbu tijekom dugog vremenskog razdoblja.

Stabilne visoke performanse:Visoke performanse znače da sklop ima veliku brzinu obrade, nisku potrošnju energije i visoku integraciju. Kako tehnologija napreduje, tako raste i potražnja za visokim učinkom.

Niska cijena: Trošak proizvodnje integriranih krugova treba kontrolirati unutar razumnog raspona kako bi se zadovoljila tržišna potražnja. Načini smanjenja troškova uključuju poboljšanje proizvodne učinkovitosti, optimizaciju procesa itd.

Izazovi minijaturizacije

 

Povećajte gustoću struje i jakost električnog polja: Kako se veličina tranzistora smanjuje, gustoća struje i jakost električnog polja rastu u skladu s tim, što može dovesti do smanjene pouzdanosti kruga. Povećanje struje curenja također je problem koji treba riješiti.

 

Povećana složenost: Za rješavanje problema minijaturizacije potrebne su složenije strukture, što povećava složenost i cijenu procesa. Više procesa i duži ciklusi proizvodnje također povećavaju nesigurnost proizvodnje.

Strukturni moduli LSI

 

Integracija procesa: Integracija procesa je kombinacija različitih osnovnih procesa za proizvodnju potrebnih integriranih krugova. Različiti proizvođači mogu imati različita imena, ali oni u biti integriraju više koraka procesa zajedno.

Osnovni procesi i moduli: Proizvodnja integriranih sklopova uključuje nekoliko osnovnih procesa, kao što su litografija, jetkanje, ionska implantacija itd., itd. Ovi osnovni procesi mogu se dalje podijeliti u različite module, kao što su moduli za izradu tranzistora, moduli za kabliranje itd. .

 

Interakcija između modula: Postoji međusobni utjecaj između procesa svakog modula, posebno uvjeta obrade i atmosfere pred- i post-procesa. Stoga te međuodnose treba uzeti u obzir u dizajnu procesa kako bi se osigurala kvaliteta i izvedba konačnog proizvoda.

Sljedeći dijagram prikazuje važne probleme s kojima se suočava osnovni proces u svakom procesu modula:

Osnovni integrirani proces

Izrada integriranih sklopova vrlo je delikatan i složen proces koji se oslanja na niz precizno kontroliranih koraka procesa, koji su često organizirani u različite module.

Slijedi detaljno objašnjenje osnovnih procesa za izradu MOS tranzistora s n-utorom, koji zajedno čine proizvodni proces na tehnološkom čvoru od 3 mikrona.

1. Puferirati stvaranje oksidnih filmova

Opis koraka: Kristalna orijentacija p-tipa (100) s otpornošću od 10Ω·cm Si supstratne pločice se stavlja u kvarcnu cijev i oksidira u kisiku zagrijanom na 1000 stupnjeva 60 minuta kako bi se formirao sloj SiO2 debljine 50 nm, koji je naziva se suha oksidacija kisika. Ovaj sloj SiO2 filma naziva se puferski oksidni film.

Namjena: Osigurati ravnu i stabilnu podlogu za naknadne procese, istovremeno štiteći Silicijsku podlogu od oštećenja tijekom naknadne obrade.

2. Formiranje slojeva silicijevog nitrida

Opis koraka: Amonijak (NH3) reagira s plinom diklorosilanom (SiH2Cl2) u kvarcnoj cijevi zagrijanoj na 800 stupnjeva, a cijela površina Si supstrata prekrivena je 120 nm debelim slojem silicijevog nitrida (Si3N4), koji se naziva CVD metoda (kemijsko taloženje iz pare).

Namjena: Djelovati kao maskirni sloj za naknadne procese za zaštitu dijela Si supstrata od oksidacije i drugih tretmana.

3. Ionska implantacija i litografija

Opis koraka: Prvo se fotootporna smola selektivno zadržava fotojetkanjem, a zatim se stavlja u plazmu koja sadrži fluor da se ukloni Si3N4 film koji nije prekriven fotorezistom. Zatim se ion bora B+ ubrzava za 75 keV kako bi se sudario s pločicom i prouzročio njen napad na silicijsku pločicu.

Svrha: formiranje sloja za blokiranje kanala ionskom implantacijom kako bi se spriječilo curenje struje između susjednih uređaja.

4. Stvaranje polja oksidnih filmova

Opis koraka: Nakon uklanjanja preostalog fotorezista, površina se ispere s aqua regia i razrijeđenom fluorovodičnom kiselinom, a zatim se oksidira u vodenoj pari na 1000 stupnjeva tijekom 6 sati kako bi se formirao SiO2 film debljine 1 μm (koji se naziva terenski oksidni film), koji je nazvana metoda mokre oksidacije kisika.

Svrha: Formiranje izolacijskog sloja na Si supstratu za izolaciju različitih komponenti kruga.

5. Stvaranje oksidnog filma vrata i žrtvena oksidacija

Opis koraka: Nakon uklanjanja sloja Si3N4 i dijela sloja SiO2 ispod, provodi se suha oksidacija kisika na 50 nm, a zatim se ovaj sloj SiO2 (koji se naziva žrtveni oksidni film) ponovno uklanja, i na kraju oksidni film vrata debljine od 50nm nastaje.

Cilj: Osigurati visokokvalitetni izolacijski sloj za vrata MOS tranzistora. Korak žrtvene oksidacije koristi se za uklanjanje sloja SiO2 koji je oštećen prethodnom obradom.

6. Formiranje gejt elektroda

Opis koraka: Polikristalni silicijski film debljine 400 nm nanosi se na Si supstrat, a zatim se dopira fosfor kako bi se smanjio otpor. Zatim se film polikristalnog silicija urezuje fotojetkanjem kako bi se formirala elektroda vrata.

Svrha: Djelovati kao vrata MOS tranzistora za kontrolu prekida struje između izvora i odvoda.

7. Formiranje izvora i odvoda

Opis koraka: As+ se ubrizgava u Si supstrat ionskom implantacijom kako bi se formirao izvor i odvod n-tipa. Zatim se provodi aktivacijska toplinska obrada (žarenje), koja ubrizgane ione čini električno aktivnima.

Namjena: Osigurati strujne ulazne i izlazne terminale za MOS tranzistore.

 

8. KVB-PSG Taloženje i žarenje membrana

Opis koraka: Taloženje CVD-SiO2 filma debljine 600 nm (zvanog CVD-PSG film) koji sadrži nekoliko postotaka fosfora. Površina se zatim ostakljuje žarenjem u peći s POCl3.

Cilj: Osigurati ravnu i stabilnu podlogu za naknadnu aluminijsku elektrodu, au isto vrijeme smanjiti temperaturu omekšavanja SiO2 za naknadnu obradu.

9. Stvaranje kontaktnih rupa i taloženje aluminijskih elektroda

Opis koraka: Kontaktni otvor se otvara na CVD-PSG filmu fotojetkanjem, a zatim se taloži sloj aluminijskog elektrodnog filma koji sadrži 1%~2% Si debljine 800nm. Namjena: Za spajanje aluminijske elektrode s elektrodom sorsa, odvoda i gejta kroz kontaktne rupe kako bi se formirala potpuna veza kruga.

 

Zajedno, ovi koraci čine osnovni proizvodni proces za n-kanalne MOS tranzistore. U stvarnoj proizvodnji potrebno je više koraka čišćenja, pregleda i testiranja kako bi se osigurala kvaliteta i izvedba konačnog proizvoda. Kako tehnologija napreduje, ovi procesni koraci neprestano se optimiziraju i poboljšavaju kako bi se prilagodili višim razinama integracije i strožim zahtjevima za performanse.

Struktura supstrata

Wafer struktura

U razvoju integriranih sklopova, kvaliteta Si supstrata, kao materijala jezgre, ima presudan utjecaj na performanse uređaja. U ranim danima, integrirani krugovi uglavnom su koristili monokristalni silicij pripremljen metodom Cheklauski (CZ) ili metodom taljenja suspenzije (FZ). Većina tih monokristalnih silicija je u smjeru (100) jer ovaj smjer ima najbolje performanse MOS tranzistora.

U proizvodnji CMOS uređaja potrebna je dobro-bunasta struktura kako bi se na istoj podlozi formirali tranzistori s n-utorom i p-utorom. Struktura jažice omogućuje koegzistenciju tranzistora s N-utorom i P-utorom formiranjem supstrata p-tipa i n-tipa ispod tranzistora.

S razvojem tehnologije, struktura bunara također je prošla evoluciju od jednog bunara preko dvostrukog bunara do trostrukog bunara, povećavajući stupanj slobode dizajna, povećavajući sposobnost otpora vanjskoj buci i poboljšavajući sposobnost suzbijanja zastoja. gore (kratki spojevi uzrokovani sors-odvodom i tiristorskom strukturom koja se sastoji od zamke i supstrata).

SOI podloge

SOI (izolacijski film silicijski laminat) supstrati su konkurentna tehnologija, i iako trenutno nema mnogo uređaja koji koriste SOI supstrate, njihov potencijal je ogroman. Razvoj SOI supstrata započeo je 60-ih godina 20. stoljeća s ciljem poboljšanja otpornosti na zračenje i omogućavanja rada velikih brzina. Među njima, struktura silicij-safir (SOS) djelomično je stavljena u praktičnu upotrebu, ali još nije postala mainstream zbog problema kao što su kristalnost, cijena i kompatibilnost procesa.

Kasnije je razvijena tehnika izolacije ubrizgavanjem kisika (SIMOX) kako bi se postigla SOI struktura formiranjem SiO2 ukopanog sloja ispod površine Si supstrata. Međutim, SIMOX tehnologija još nije postala mainstream zbog smanjenja propusnosti zbog velike količine ubrizgavanja kisika, kao i problema kao što su ograničenja debljine SiO2 i defekti kristalizacije.

Posljednjih godina razvijena je tehnologija lijepljenja wafera kao alternativa SOS-u i SIMOX-u. Tehnologije vezanja pločica, uključujući metode ELTRAN i Smart Cut, postigle su visokokvalitetnu pripremu SOI supstrata formiranjem poroznog silicija, taloženjem epitaksijskih slojeva ili korištenjem slojeva implantacije vodikovih iona za mehaničko odvajanje. Ovi SOI supstrati već su se počeli koristiti u proizvodima visoke dodane vrijednosti kao što su ultra-brzi procesori, gdje mogu učinkovito smanjiti parazitski kapacitet supstrata, pridonoseći tako velikoj brzini i niskoj potrošnji energije.

KRAJ