Processos integrats en la fabricació de xips

0040-02544 Cos superior, metall Dps

 

0020-33806 Dps de la cambra superior + Poly

 

Mòduls de procés integrats

 

Requisits de procés per a circuits integrats

Fiabilitat total:Els circuits integrats han de funcionar de manera estable en una varietat d'entorns i condicions, incloses condicions extremes com ara altes temperatures, baixes temperatures i alta humitat.

La fiabilitat també implica la longevitat d'un circuit, que és la capacitat d'un circuit de mantenir un bon rendiment durant un llarg període de temps.

Alt rendiment estable:Un alt rendiment significa que el circuit té una velocitat de processament ràpida, un baix consum d'energia i una alta integració. A mesura que la tecnologia continua avançant, també ho fa la demanda d'alt rendiment.

Preu de baix cost: el cost de producció dels circuits integrats s'ha de controlar dins d'un rang raonable per satisfer la demanda del mercat. Les maneres de reduir costos inclouen la millora de l'eficiència de la producció, l'optimització dels processos i molt més.

Els reptes de la miniaturització

 

Augmenta la densitat de corrent i la intensitat del camp elèctric: a mesura que la mida del transistor disminueix, la densitat de corrent i la intensitat del camp elèctric augmenten en conseqüència, cosa que pot provocar una reducció de la fiabilitat del circuit. L'augment del corrent de fuga també és un problema que cal resoldre.

 

Augment de la complexitat: es necessiten estructures més complexes per abordar els problemes que planteja la miniaturització, la qual cosa augmenta la complexitat i el cost del procés. Més processos i cicles de fabricació més llargs també augmenten la incertesa de la producció.

Mòduls estructurals de LSI

 

Integració de processos: la integració de processos és la combinació de diversos processos bàsics per fabricar els circuits integrats necessaris. Els diferents fabricants poden tenir noms diferents, però essencialment integren diversos passos del procés junts.

Processos i mòduls bàsics: La fabricació de circuits integrats implica diversos processos bàsics, com ara litografia, gravat, implantació d'ions, etc., etc. Aquests processos bàsics es poden dividir en diferents mòduls, com ara mòduls de fabricació de transistors, mòduls de cablejat, etc. .

 

Interacció entre mòduls: hi ha una influència mútua entre els processos de cada mòdul, especialment les condicions de processament i l'atmosfera dels pre i postprocessos. Per tant, aquestes interrelacions s'han de tenir en compte en el disseny del procés per garantir la qualitat i el rendiment del producte final.

El diagrama següent mostra els problemes importants als quals s'enfronta el procés bàsic en cada procés de mòdul:

Procés integrat bàsic

La fabricació de circuits integrats és un procés molt delicat i complex que es basa en una sèrie de passos del procés controlats amb precisió, que sovint s'organitzen en diferents mòduls.

A continuació es mostra una explicació detallada dels processos bàsics per a la fabricació de transistors MOS n-groove, que conjuntament formen el procés de fabricació al node tecnològic de 3 micres.

1. Tampó la formació de pel·lícules d'òxid

Descripció del pas: es col·loca una hòstia de substrat Si de tipus p (100) amb una resistivitat de 10Ω·cm en un tub de quars i s'oxida en oxigen escalfat a 1000 graus durant 60 minuts per formar una capa de SiO2 de 50 nm de gruix, que és anomenada oxidació d'oxigen sec. Aquesta capa de pel·lícula de SiO2 s'anomena pel·lícula d'òxid tampó.

Propòsit: proporcionar un substrat pla i estable per a processos posteriors alhora que protegeix el substrat de Si de danys durant el processament posterior.

2. Formació de capes de nitrur de silici

Descripció del pas: l'amoníac (NH3) es fa reaccionar amb gas diclorosilà (SiH2Cl2) en un tub de quars escalfat a 800 graus, i tota la superfície del substrat de Si està coberta amb una capa de 120 nm de gruix de nitrur de silici (Si3N4), que s'anomena CVD. mètode (deposició química de vapor).

Finalitat: Actuar com a capa d'emmascarament per a processos posteriors per protegir part del substrat de Si de l'oxidació i altres tractaments.

3. Litografia i implantació iònica

Descripció del pas: primer, la resina fotoresistent es reté selectivament mitjançant fotogravat i després es col·loca en un plasma que conté fluor per eliminar la pel·lícula Si3N4 que no està coberta per la fotoresistència. A continuació, l'ió bor B+ s'accelera 75 keV per xocar amb l'hòstia i fer que envaeixi l'hòstia de silici.

Propòsit: Formar una capa de bloqueig de canals mitjançant la implantació d'ions per evitar la fuga de corrent entre dispositius adjacents.

4. Formació de pel·lícules d'òxid de camp

Descripció del pas: després d'eliminar el fotoresistent restant, la superfície es renta amb aigua regia i àcid fluorhídric diluït, i després s'oxida en vapor d'aigua a 1000 graus durant 6 hores per formar una pel·lícula de SiO2 d'1 μm de gruix (anomenada pel·lícula d'òxid de camp), que és anomenat mètode d'oxidació de l'oxigen humit.

Propòsit: Formar una capa aïllant sobre un substrat de Si per aïllar diferents components del circuit.

5. Formació de pel·lícules d'òxid de porta i oxidació sacrificial

Descripció del pas: després d'eliminar la capa de Si3N4 i part de la capa de SiO2 de sota, es realitza l'oxidació d'oxigen sec a 50 nm i, a continuació, es torna a treure aquesta capa de SiO2 (anomenada pel·lícula d'òxid sacrificial) i finalment es torna a treure una pel·lícula d'òxid de porta amb un gruix. de 50 nm es forma.

Objectiu: proporcionar una capa d'aïllament d'alta qualitat per a les portes dels transistors MOS. El pas d'oxidació sacrificial s'utilitza per eliminar la capa de SiO2 que ha estat danyada pel pretractament.

6. Formació d'elèctrodes de porta

Descripció del pas: una pel·lícula de silici policristalí de 400 nm de gruix es diposita sobre un substrat de Si, i després es dopa fòsfor per reduir la resistivitat. A continuació, la pel·lícula de silici policristalí es grava mitjançant fotogravat per formar un elèctrode de porta.

Propòsit: actuar com a porta d'un transistor MOS per controlar la ruptura de corrent entre la font i el drenatge.

7. Formació de font i desguàs

Descripció del pas: As+ s'injecta al substrat de Si mitjançant la implantació d'ions per formar una font i drenatge de tipus n. A continuació, es realitza un tractament tèrmic d'activació (recuit), que fa que els ions injectats siguin elèctricament actius.

Propòsit: proporcionar terminals d'entrada i sortida de corrent per a transistors MOS.

 

8. CVD-PSG Deposició i recuit de membranes

Descripció del pas: diposita una pel·lícula CVD-SiO2 de 600 nm de gruix (anomenada pel·lícula CVD-PSG) que conté un percentatge de fòsfor. A continuació, la superfície es vitrifica mitjançant recuit en un forn amb POCl3.

Objectiu: proporcionar un substrat pla i estable per a l'elèctrode d'alumini posterior i, alhora, reduir la temperatura de suavització de SiO2 per al seu processament posterior.

9. La formació de forats de contacte i la deposició d'elèctrodes d'alumini

Descripció del pas: el forat de contacte s'obre a la pel·lícula CVD-PSG mitjançant fotogravat, i després es diposita una capa de pel·lícula d'elèctrode d'alumini que conté 1% ~ 2% Si amb un gruix de 800 nm. Propòsit: connectar l'elèctrode d'alumini amb la font, el drenatge i l'elèctrode de la porta a través dels forats de contacte per formar una connexió de circuit complet.

 

En conjunt, aquests passos formen el procés bàsic de fabricació de transistors MOS de canal n. En la producció real, es requereixen múltiples passos de neteja, inspecció i prova per garantir la qualitat i el rendiment del producte final. A mesura que la tecnologia continua avançant, aquests passos del procés s'optimitzen i milloren constantment per adaptar-se a nivells més alts d'integració i requisits de rendiment més estrictes.

Estructura del substrat

Estructura d'hòsties

En el desenvolupament de circuits integrats, la qualitat del substrat de Si, com a material bàsic, té un impacte crucial en el rendiment del dispositiu. En els primers dies, els circuits integrats utilitzaven principalment silici monocristal·lí preparat pel mètode Cheklauski (CZ) o el mètode de fusió en suspensió (FZ). La majoria d'aquests silicis monocristal·lins es troben en la direcció (100) perquè aquesta direcció té el millor rendiment del transistor MOS.

En la fabricació de dispositius CMOS, es requereix una estructura ben bé per tal de formar transistors de solc n i solc p en el mateix substrat. L'estructura del pou permet la coexistència de transistors de solc N i solc P formant substrats de tipus p i tipus n sota el transistor, respectivament.

Amb el desenvolupament de la tecnologia, l'estructura del pou també ha experimentat una evolució d'un pou únic a un pou doble a un pou triple, augmentant el grau de llibertat de disseny, millorant la capacitat de resistir el soroll extern i millorar la capacitat de suprimir el tancament. cap amunt (curtcircuits causats per una font-drenatge i una estructura de tiristor formada per una trampa i un substrat).

Substrats SOI

Els substrats SOI (Insulating Film Silicon Laminate) són una tecnologia competitiva, i encara que actualment no hi ha molts dispositius que utilitzen substrats SOI, el seu potencial és enorme. El desenvolupament de substrats SOI va començar als anys 60 del segle XX amb l'objectiu de millorar la resistència a la radiació i permetre un funcionament a alta velocitat. Entre ells, l'estructura de silici-safir (SOS) s'ha aplicat parcialment a la pràctica, però encara no s'ha convertit en corrent a causa de problemes com ara la cristalinitat, el preu i la compatibilitat del procés.

Més tard, es va desenvolupar la tècnica d'aïllament per injecció d'oxigen (SIMOX) per aconseguir l'estructura SOI formant una capa soterrada de SiO2 sota la superfície del substrat de Si. Tanmateix, la tecnologia SIMOX encara no s'ha convertit en corrent principal a causa de la reducció del rendiment a causa de la gran quantitat d'injecció d'oxigen, així com problemes com els límits de gruix de SiO2 i els defectes de cristal·lització.

En els darrers anys, s'ha desenvolupat la tecnologia d'enllaç d'hòsties com a alternativa a SOS i SIMOX. Les tecnologies d'enllaç d'hòsties, inclosos els mètodes ELTRAN i Smart Cut, han aconseguit una preparació de substrat SOI d'alta qualitat mitjançant la formació de silici porós, dipositant capes epitaxials o utilitzant capes d'implantació d'ions d'hidrogen per a la separació mecànica. Aquests substrats SOI ja s'han començat a utilitzar en productes d'alt valor afegit com els processadors d'ultra alta velocitat, on poden reduir eficaçment la capacitat parasitària del substrat, contribuint així a una alta velocitat i un baix consum d'energia.

FINALITZACIÓ