Integruoti procesai lustų gamyboje

0040-02544 Viršutinė dalis, Dps metalas

 

0020-33806 Viršutinės kameros Dps + poli

 

Integruoti proceso moduliai

 

Proceso reikalavimai integriniams grandynams

Visiškas patikimumas:Integriniai grandynai turi stabiliai veikti įvairiose aplinkose ir sąlygomis, įskaitant ekstremalias sąlygas, tokias kaip aukšta temperatūra, žema temperatūra ir didelė drėgmė.

Patikimumas taip pat apima grandinės ilgaamžiškumą, ty grandinės gebėjimą išlaikyti gerą našumą ilgą laiką.

Stabilus didelis našumas:Didelis našumas reiškia, kad grandinė turi greitą apdorojimo greitį, mažą energijos suvartojimą ir didelę integraciją. Tobulėjant technologijoms, didėja ir didelio našumo poreikis.

Maža kaina: Integrinių grandynų gamybos sąnaudos turi būti kontroliuojamos per pagrįstą diapazoną, kad būtų patenkinta rinkos paklausa. Išlaidų mažinimo būdai apima gamybos efektyvumo didinimą, procesų optimizavimą ir kt.

Miniatiūrizacijos iššūkiai

 

Padidinkite srovės tankį ir elektrinio lauko stiprumą: mažėjant tranzistoriaus dydžiui atitinkamai didėja srovės tankis ir elektrinio lauko stiprumas, o tai gali sumažinti grandinės patikimumą. Nuotėkio srovės padidėjimas taip pat yra problema, kurią reikia spręsti.

 

Padidėjęs sudėtingumas: norint išspręsti problemas, kylančias dėl miniatiūrizavimo, reikalingos sudėtingesnės struktūros, o tai padidina proceso sudėtingumą ir išlaidas. Daugiau procesų ir ilgesni gamybos ciklai taip pat padidina gamybos neapibrėžtumą.

LSI struktūriniai moduliai

 

Procesų integravimas: Procesų integravimas yra įvairių pagrindinių procesų derinys, norint pagaminti reikalingus integrinius grandynus. Skirtingi gamintojai gali turėti skirtingus pavadinimus, tačiau jie iš esmės integruoja kelis proceso etapus.

Pagrindiniai procesai ir moduliai: Integrinių grandynų gamyba apima keletą pagrindinių procesų, tokių kaip litografija, ėsdinimas, jonų implantavimas ir kt., ir tt Šiuos pagrindinius procesus galima toliau suskirstyti į skirtingus modulius, tokius kaip tranzistorių gamybos moduliai, kabelių moduliai ir kt. .

 

Sąveika tarp modulių: kiekvieno modulio procesai, ypač apdorojimo sąlygos ir atmosfera prieš ir po procesų, turi abipusę įtaką. Todėl į šiuos tarpusavio ryšius reikia atsižvelgti kuriant procesą, siekiant užtikrinti galutinio produkto kokybę ir veikimą.

Šioje diagramoje parodytos svarbios problemos, su kuriomis susiduria pagrindinis procesas kiekviename modulio procese:

Pagrindinis integruotas procesas

Integrinių grandynų gamyba yra labai subtilus ir sudėtingas procesas, pagrįstas keletu tiksliai kontroliuojamų proceso etapų, kurie dažnai yra suskirstyti į skirtingus modulius.

Toliau pateikiamas išsamus pagrindinių n-groove MOS tranzistorių gamybos procesų paaiškinimas, kurie kartu sudaro gamybos procesą 3 mikronų technologijos mazge.

1. Buferinis oksido plėvelių susidarymas

Žingsnio aprašymas: p-tipo (100) kristalų orientacija, kurios varža 10Ω·cm Si substrato plokštelė dedama į kvarcinį vamzdelį ir oksiduojama iki 1000 laipsnių įkaitintame deguonimi 60 minučių, kad susidarytų 50 nm storio SiO2 sluoksnis, kuris yra vadinama sausa deguonies oksidacija. Šis SiO2 plėvelės sluoksnis vadinamas buferine oksido plėvele.

Tikslas: sudaryti plokščią ir stabilų substratą tolesniems procesams, tuo pačiu apsaugant Si substratą nuo pažeidimų tolesnio apdorojimo metu.

2. Silicio nitrido sluoksnių susidarymas

Žingsnio aprašymas: Amoniakas (NH3) reaguoja su dichlorsilano (SiH2Cl2) dujomis iki 800 laipsnių įkaitintame kvarciniame vamzdyje ir visas Si substrato paviršius padengiamas 120 nm storio silicio nitrido (Si3N4) sluoksniu, kuris vadinamas CVD. metodas (cheminis nusodinimas garais).

Paskirtis: veikti kaip maskuojantis sluoksnis tolesniuose procesuose, siekiant apsaugoti dalį Si substrato nuo oksidacijos ir kitokio apdorojimo.

3. Jonų implantacija ir litografija

Žingsnio aprašymas: Pirma, fotorezisto derva selektyviai išlaikoma fotorezistu, o po to įdedama į fluoro turinčią plazmą, kad būtų pašalinta Si3N4 plėvelė, kurios nepadengia fotorezistas. Po to boro jonas B+ pagreitinamas 75 keV, kad susidurtų su plokštele ir jis prasiskverbtų į silicio plokštelę.

Tikslas: suformuoti kanalą blokuojantį sluoksnį jonų implantavimo būdu, kad būtų išvengta srovės nuotėkio tarp gretimų įrenginių.

4. Lauko oksido plėvelių formavimas

Žingsnio aprašymas: Pašalinus likusį fotorezistą, paviršius nuplaunamas aqua regia ir praskiesta fluoro rūgštimi, o po to 6 valandas oksiduojamas vandens garuose 1000 laipsnių temperatūroje, kad susidarytų 1 μm storio SiO2 plėvelė (vadinama lauko oksido plėvele). vadinamas šlapio deguonies oksidacijos metodu.

Tikslas: suformuoti izoliacinį sluoksnį ant Si pagrindo, kad būtų galima atskirti skirtingus grandinės komponentus.

5. Vartų oksido plėvelės susidarymas ir aukos oksidacija

Žingsnio aprašymas: Pašalinus Si3N4 sluoksnį ir dalį žemiau esančio SiO2 sluoksnio, atliekama sausa deguonies oksidacija esant 50 nm bangos ilgiui, tada vėl pašalinamas šis SiO2 sluoksnis (vadinamas aukos oksido plėvele), o galiausiai – vartų oksido plėvelė, kurios storis susidaro 50 nm.

Tikslas: Padaryti kokybišką izoliacinį sluoksnį MOS tranzistorių vartams. Aukojamas oksidacijos etapas naudojamas SiO2 sluoksniui, kuris buvo pažeistas pirminio apdorojimo, pašalinti.

6. Vartų elektrodų formavimas

Žingsnio aprašymas: 400 nm storio polikristalinio silicio plėvelė nusodinama ant Si substrato, o po to įmaišoma fosforo, kad sumažėtų varža. Tada polikristalinė silicio plėvelė yra išgraviruota fotogravinimo būdu, kad būtų suformuotas vartų elektrodas.

Tikslas: veikti kaip MOS tranzistoriaus vartai, valdantys srovės pertraukimą tarp šaltinio ir nutekėjimo.

7. Šaltinių ir nuotekų susidarymas

Žingsnio aprašymas: As+ įšvirkščiamas į Si substratą jonų implantacijos būdu, kad susidarytų n tipo šaltinis ir nutekėjimas. Tada atliekamas aktyvinimo terminis apdorojimas (atkaitinimas), kurio metu įpurškiami jonai tampa elektriškai aktyvūs.

Tikslas: suteikti srovės įvesties ir išvesties gnybtus MOS tranzistoriams.

 

8. CVD-PSG Membranų nusodinimas ir atkaitinimas

Žingsnio aprašymas: nusodinkite 600 nm storio CVD-SiO2 plėvelę (vadinamą CVD-PSG plėvele), kurioje yra keli procentai fosforo. Tada paviršius stiklinamas atkaitinant krosnyje su POCl3.

Tikslas: sudaryti plokščią ir stabilų pagrindą tolesniam aliuminio elektrodui ir tuo pačiu metu sumažinti SiO2 minkštėjimo temperatūrą tolesniam apdorojimui.

9. Kontaktinių skylių susidarymas ir aliuminio elektrodų nusodinimas

Žingsnio aprašymas: kontaktinė skylė atidaroma ant CVD-PSG plėvelės fotoėsdinimo būdu, tada nusodinamas 800 nm storio aliuminio elektrodo plėvelės sluoksnis, kuriame yra 1% ~ 2% Si. Paskirtis: sujungti aliuminio elektrodą su šaltiniu, nutekėjimo ir užtvaro elektrodu per kontaktines angas, kad būtų sudaryta visa grandinės jungtis.

 

Kartu šie žingsniai sudaro pagrindinį n kanalų MOS tranzistorių gamybos procesą. Faktiškai gaminant reikia atlikti kelis valymo, tikrinimo ir bandymo etapus, kad būtų užtikrinta galutinio produkto kokybė ir veikimas. Technologijoms toliau tobulėjant, šie proceso etapai nuolat optimizuojami ir tobulinami, kad atitiktų aukštesnio lygio integraciją ir griežtesnius našumo reikalavimus.

Substrato struktūra

Vaflių struktūra

Kuriant integrinius grandynus, Si substrato, kaip pagrindinės medžiagos, kokybė turi lemiamos įtakos įrenginio veikimui. Pirmosiomis dienomis integriniuose grandynuose daugiausia buvo naudojamas monokristalinis silicis, pagamintas Cheklauski (CZ) metodu arba suspensijos lydymosi (FZ) metodu. Dauguma šių monokristalinių silicių yra (100) kryptimi, nes ši kryptis turi geriausią MOS tranzistorių.

Gaminant CMOS įrenginius, norint ant to paties pagrindo suformuoti n griovelio ir p griovelio tranzistorius, reikalinga šulinio struktūra. Šulinio struktūra leidžia kartu egzistuoti N griovelio ir P griovelio tranzistoriams, atitinkamai formuojant p tipo ir n tipo substratus po tranzistoriumi.

Tobulėjant technologijoms, gręžinio struktūra taip pat pasikeitė iš vieno gręžinio į dvigubą gręžinį į trigubą gręžinį, padidindama projektavimo laisvę, padidindama gebėjimą atsispirti išoriniam triukšmui ir pagerindama gebėjimą slopinti užraktą. aukštyn (trumpieji jungimai, kuriuos sukelia šaltinio nutekėjimas ir tiristoriaus struktūra, susidedanti iš gaudyklės ir substrato).

SOI substratai

SOI (izoliacinės plėvelės silicio laminato) substratai yra konkurencinga technologija, ir nors šiuo metu nėra daug įrenginių, naudojančių SOI substratus, jų potencialas yra didžiulis. SOI substratų kūrimas prasidėjo XX amžiaus šeštajame dešimtmetyje, siekiant pagerinti atsparumą radiacijai ir užtikrinti greitą veikimą. Tarp jų silicio-safyro (SOS) struktūra buvo iš dalies pritaikyta praktiškai, tačiau ji dar netapo pagrindine dėl tokių problemų kaip kristališkumas, kaina ir proceso suderinamumas.

Vėliau buvo sukurta deguonies įpurškimo izoliavimo (SIMOX) technika, skirta SOI struktūrai pasiekti formuojant SiO2 palaidotą sluoksnį po Si substrato paviršiumi. Tačiau SIMOX technologija dar netapo pagrindine dėl pralaidumo sumažėjimo dėl didelio deguonies įpurškimo kiekio, taip pat problemų, tokių kaip SiO2 storio ribos ir kristalizacijos defektai.

Pastaraisiais metais plokštelių klijavimo technologija buvo sukurta kaip alternatyva SOS ir SIMOX. Plokščių sujungimo technologijos, įskaitant ELTRAN ir Smart Cut metodus, pasiekė aukštos kokybės SOI substrato paruošimą formuojant porėtą silicį, nusodinant epitaksinius sluoksnius arba naudojant vandenilio jonų implantavimo sluoksnius mechaniniam atskyrimui. Šie SOI substratai jau pradėti naudoti didelės pridėtinės vertės gaminiuose, tokiuose kaip itin didelės spartos procesoriai, kur jie gali efektyviai sumažinti parazitinę substrato talpą, taip prisidedant prie didelės spartos ir mažo energijos suvartojimo.

PABAIGA