Integrované procesy vo výrobe čipov

0040-02544 Horná časť tela, Dps Metal

 

0020-33806 Dps hornej komory + Poly

 

Integrované procesné moduly

 

Procesné požiadavky na integrované obvody

Plná spoľahlivosť:Integrované obvody musia stabilne fungovať v rôznych prostrediach a podmienkach vrátane extrémnych podmienok, ako sú vysoké teploty, nízke teploty a vysoká vlhkosť.

Spoľahlivosť zahŕňa aj životnosť obvodu, čo je schopnosť obvodu udržať si dobrý výkon po dlhú dobu.

Stabilný vysoký výkon:Vysoký výkon znamená, že obvod má vysokú rýchlosť spracovania, nízku spotrebu energie a vysokú integráciu. Ako technológia neustále napreduje, rastie aj dopyt po vysokom výkone.

Nízkonákladová cena: Výrobné náklady integrovaných obvodov je potrebné kontrolovať v primeranom rozsahu, aby uspokojili dopyt na trhu. Spôsoby, ako znížiť náklady, zahŕňajú zlepšenie efektivity výroby, optimalizáciu procesov a ďalšie.

Výzvy miniaturizácie

 

Zvýšte prúdovú hustotu a intenzitu elektrického poľa: So znižovaním veľkosti tranzistora sa zodpovedajúcim spôsobom zvyšuje prúdová hustota a intenzita elektrického poľa, čo môže viesť k zníženiu spoľahlivosti obvodu. Nárast unikajúceho prúdu je tiež problém, ktorý treba riešiť.

 

Zvýšená zložitosť: Na riešenie problémov, ktoré prináša miniaturizácia, sú potrebné zložitejšie štruktúry, čo zvyšuje zložitosť a náklady procesu. Viac procesov a dlhšie výrobné cykly tiež zvyšujú neistotu výroby.

Štrukturálne moduly LSI

 

Procesná integrácia: Procesná integrácia je kombináciou rôznych základných procesov na výrobu požadovaných integrovaných obvodov. Rôzni výrobcovia môžu mať rôzne názvy, ale v podstate integrujú viacero krokov procesu.

Základné procesy a moduly: Výroba integrovaných obvodov zahŕňa niekoľko základných procesov, ako je litografia, leptanie, implantácia iónov atď., atď. Tieto základné procesy možno ďalej rozdeliť do rôznych modulov, ako sú moduly na výrobu tranzistorov, moduly kabeláže atď .

 

Interakcia medzi modulmi: Medzi procesmi každého modulu existuje vzájomný vplyv, najmä podmienky spracovania a atmosféra pred- a postprocesov. Preto je potrebné tieto vzájomné vzťahy zvážiť pri návrhu procesu, aby sa zabezpečila kvalita a výkonnosť konečného produktu.

Nasledujúci diagram zobrazuje dôležité problémy, ktorým čelí základný proces v každom procese modulu:

Základný integrovaný proces

Výroba integrovaných obvodov je veľmi chúlostivý a zložitý proces, ktorý sa opiera o sériu presne kontrolovaných procesných krokov, ktoré sú často organizované do rôznych modulov.

Nasleduje podrobné vysvetlenie základných procesov výroby n-drážkových MOS tranzistorov, ktoré spolu tvoria výrobný proces v 3 mikrónovom technologickom uzle.

1. Tlmenie tvorby oxidových filmov

Popis kroku: Orientácia kryštálov typu p (100) s merným odporom 10Ω·cm Si substrátový plátok sa umiestni do kremennej trubice a oxiduje sa v kyslíku zahriatom na 1000 stupňov počas 60 minút, aby sa vytvorila vrstva SiO2 s hrúbkou 50 nm, ktorá je nazývaná oxidácia suchým kyslíkom. Táto vrstva filmu Si02 sa nazýva tlmivý oxidový film.

Účel: Poskytnúť rovný a stabilný substrát pre následné procesy a zároveň chrániť Si substrát pred poškodením počas následného spracovania.

2. Tvorba vrstiev nitridu kremíka

Popis kroku: Amoniak (NH3) reaguje s plynným dichlórsilánom (SiH2Cl2) v kremennej trubici zahriatej na 800 stupňov a celý povrch Si substrátu je pokrytý 120nm hrubou vrstvou nitridu kremíka (Si3N4), ktorý sa nazýva CVD metóda (chemická depozícia z pár).

Účel: Pôsobiť ako maskovacia vrstva pre následné procesy na ochranu časti substrátu Si pred oxidáciou a inými úpravami.

3. Iónová implantácia a litografia

Popis kroku: Najprv sa fotorezist selektívne zadrží fotoleptaním a potom sa umiestni do plazmy obsahujúcej fluór, aby sa odstránil film Si3N4, ktorý nie je pokrytý fotorezistom. Ďalej sa ión bóru B+ urýchli o 75 keV, aby sa zrazil s plátkom a spôsobil, že napadol kremíkový plátok.

Účel: Vytvorenie vrstvy blokujúcej kanál iónovou implantáciou, aby sa zabránilo úniku prúdu medzi susednými zariadeniami.

4. Tvorba poľných oxidových filmov

Popis kroku: Po odstránení zvyšného fotorezistu sa povrch premyje vodným lúčom a zriedenou kyselinou fluorovodíkovou a potom sa oxiduje vo vodnej pare pri 1000 stupňoch počas 6 hodín za vzniku 1 μm hrubého filmu SiO2 (nazývaného film oxidu poľa), ktorý je nazývaná mokrá metóda oxidácie kyslíka.

Účel: Vytvoriť izolačnú vrstvu na Si substráte na izoláciu rôznych komponentov obvodu.

5. Tvorba filmu oxidu hradla a obetná oxidácia

Popis kroku: Po odstránení vrstvy Si3N4 a časti vrstvy SiO2 pod ňou sa vykoná oxidácia suchým kyslíkom pri 50 nm a následne sa táto vrstva SiO2 (nazývaná film obetovaného oxidu) opäť odstráni a nakoniec sa odstráni film hradlového oxidu s hrúbkou 50 nm.

Cieľ: Poskytnúť vysokokvalitnú izolačnú vrstvu pre hradla tranzistorov MOS. Krok obetnej oxidácie sa používa na odstránenie vrstvy Si02, ktorá bola poškodená predúpravou.

6. Tvorba hradlových elektród

Popis kroku: 400nm hrubý polykryštalický kremíkový film sa nanesie na Si substrát a potom sa dopuje fosfor, aby sa znížil odpor. Ďalej je polykryštalický kremíkový film leptaný fotoleptaním, čím sa vytvorí hradlová elektróda.

Účel: Pôsobiť ako brána tranzistora MOS na riadenie prerušenia prúdu medzi zdrojom a odtokom.

7. Tvorba zdroja a odtoku

Popis kroku: As+ sa vstrekuje do substrátu Si iónovou implantáciou, aby sa vytvoril zdroj a drenáž typu n. Potom sa uskutoční aktivačné tepelné spracovanie (žíhanie), čím sa vstrekované ióny stanú elektricky aktívnymi.

Účel: Poskytnúť prúdové vstupné a výstupné svorky pre tranzistory MOS.

 

8. CVD-PSG Depozícia a žíhanie membrán

Popis kroku: Nanesenie 600 nm hrubého CVD-SiO2 filmu (nazývaného CVD-PSG film) obsahujúceho niekoľko percent fosforu. Potom sa povrch zosklovatí žíhaním v peci s POCl3.

Cieľ: Poskytnúť rovný a stabilný substrát pre následnú hliníkovú elektródu a zároveň znížiť teplotu mäknutia SiO2 pre následné spracovanie.

9. Vytváranie kontaktných otvorov a ukladanie hliníkových elektród

Popis kroku: Kontaktný otvor sa otvorí na CVD-PSG filme fotoleptaním a potom sa nanesie vrstva hliníkového elektródového filmu obsahujúceho 1%~2% Si s hrúbkou 800nm. Účel: Ak chcete pripojiť hliníkovú elektródu k zdroju, vypustite a hradiacu elektródu cez kontaktné otvory, aby ste vytvorili kompletné pripojenie obvodu.

 

Tieto kroky spolu tvoria základný výrobný proces pre n-kanálové tranzistory MOS. Pri skutočnej výrobe sú potrebné viaceré kroky čistenia, kontroly a testovania, aby sa zabezpečila kvalita a výkonnosť konečného produktu. Ako technológia neustále napreduje, tieto procesné kroky sa neustále optimalizujú a zdokonaľujú, aby vyhovovali vyšším úrovniam integrácie a prísnejším požiadavkám na výkon.

Štruktúra substrátu

Štruktúra oblátky

Pri vývoji integrovaných obvodov má kvalita Si substrátu ako základného materiálu rozhodujúci vplyv na výkon zariadenia. V začiatkoch integrované obvody využívali najmä monokryštalický kremík pripravený metódou Cheklauski (CZ) alebo metódou tavenia suspenzie (FZ). Väčšina týchto monokryštalických kremíkov je v smere (100), pretože tento smer má najlepší výkon tranzistora MOS.

Pri výrobe zariadení CMOS je potrebná štruktúra jamiek, aby sa vytvorili tranzistory s n-drážkou a p-drážkou na rovnakom substráte. Štruktúra jamky umožňuje koexistenciu tranzistorov s N-drážkou a P-drážkou vytvorením substrátov typu p a typu n pod tranzistorom.

S vývojom technológie prešla štruktúra studne tiež evolúciou z jednej studne na dvojitú studňu na trojitú studňu, čím sa zvýšil stupeň voľnosti dizajnu, zlepšila sa schopnosť odolávať vonkajšiemu hluku a zlepšila sa schopnosť potlačiť blokovanie. hore (skraty spôsobené zdrojom-odtokom a tyristorovou štruktúrou pozostávajúcou z pasce a substrátu).

SOI substráty

Substráty SOI (Insulating Film Silicon Laminate) sú konkurencieschopnou technológiou a hoci v súčasnosti nie je veľa zariadení, ktoré používajú substráty SOI, ich potenciál je obrovský. Vývoj substrátov SOI sa začal v 60. rokoch 20. storočia s cieľom zlepšiť odolnosť voči žiareniu a umožniť vysokorýchlostnú prevádzku. Medzi nimi bola čiastočne uvedená do praktického používania štruktúra kremíka a zafíru (SOS), ale zatiaľ sa nestala hlavným prúdom kvôli problémom, ako je kryštalinita, cena a kompatibilita procesov.

Neskôr bola vyvinutá technika izolácie vstrekovaním kyslíka (SIMOX), aby sa dosiahla štruktúra SOI vytvorením vrstvy Si02 pod povrchom substrátu Si. Technológia SIMOX sa však ešte nestala hlavným prúdom z dôvodu zníženia priepustnosti v dôsledku veľkého množstva vstrekovania kyslíka, ako aj problémov, ako sú limity hrúbky SiO2 a kryštalizačné defekty.

V posledných rokoch bola vyvinutá technológia spájania plátkov ako alternatíva k SOS a SIMOX. Technológie spájania plátkov, vrátane metód ELTRAN a Smart Cut, dosiahli kvalitnú prípravu substrátu SOI vytvorením porézneho kremíka, nanesením epitaxných vrstiev alebo použitím implantačných vrstiev vodíkových iónov na mechanickú separáciu. Tieto SOI substráty sa už začali používať v produktoch s vysokou pridanou hodnotou, ako sú ultra-vysokorýchlostné procesory, kde dokážu efektívne znížiť parazitnú kapacitu substrátu, čím prispievajú k vysokej rýchlosti a nízkej spotrebe energie.

KONIEC