Talaş Üretiminde Entegre Süreçler

0040-02544 Üst Gövde, Dps Metal

 

0020-33806 Üst Oda Dps + Poli

 

Entegre süreç modülleri

 

Entegre devreler için proses gereksinimleri

Tam güvenilirlik:Entegre devrelerin, yüksek sıcaklıklar, düşük sıcaklıklar ve yüksek nem gibi aşırı koşullar da dahil olmak üzere çeşitli ortam ve koşullarda kararlı bir şekilde çalışması gerekir.

Güvenilirlik aynı zamanda bir devrenin uzun süre boyunca iyi performansı koruyabilmesi anlamına gelen devrenin ömrünü de içerir.

Kararlı yüksek performans:Yüksek performans, devrenin hızlı işlem hızına, düşük güç tüketimine ve yüksek entegrasyona sahip olduğu anlamına gelir. Teknoloji ilerledikçe yüksek performansa olan talep de artıyor.

Düşük maliyetli fiyat: Pazar talebini karşılamak için entegre devrelerin üretim maliyetinin makul bir aralıkta kontrol edilmesi gerekmektedir. Maliyetleri azaltmanın yolları arasında üretim verimliliğinin artırılması, süreçlerin optimize edilmesi ve daha fazlası yer alır.

Minyatürleştirmenin zorlukları

 

Akım yoğunluğunu ve elektrik alan gücünü artırın: Transistör boyutu küçüldükçe akım yoğunluğu ve elektrik alan gücü de buna göre artar, bu da devre güvenilirliğinin azalmasına neden olabilir. Kaçak akımın artması da ele alınması gereken bir sorundur.

 

Artan karmaşıklık: Minyatürleştirmenin ortaya çıkardığı sorunları çözmek için daha karmaşık yapılara ihtiyaç duyulur, bu da sürecin karmaşıklığını ve maliyetini artırır. Daha fazla süreç ve daha uzun üretim döngüleri de üretim belirsizliğini artırıyor.

LSI'nin yapısal modülleri

 

Süreç entegrasyonu: Süreç entegrasyonu, gerekli entegre devreleri üretmek için çeşitli temel süreçlerin birleşimidir. Farklı üreticiler farklı isimlere sahip olabilir, ancak aslında birden fazla süreç adımını bir araya getiriyorlar.

Temel işlemler ve modüller: Entegre devrelerin imalatı, litografi, gravür, iyon implantasyonu vb. gibi birkaç temel işlemi içerir. Bu temel işlemler ayrıca transistör imalat modülleri, kablolama modülleri vb. gibi farklı modüllere bölünebilir. .

 

Modüller arası etkileşim: Her bir modülün süreçleri arasında, özellikle de ön ve son süreçlerin işlem koşulları ve atmosferi arasında karşılıklı bir etki vardır. Bu nedenle, nihai ürünün kalitesini ve performansını sağlamak için süreç tasarımında bu karşılıklı ilişkilerin dikkate alınması gerekir.

Aşağıdaki şemada her modül sürecinde temel sürecin karşılaştığı önemli sorunlar gösterilmektedir:

Temel entegre süreç

Entegre devrelerin üretimi, genellikle farklı modüller halinde düzenlenen, hassas bir şekilde kontrol edilen bir dizi işlem adımına dayanan son derece hassas ve karmaşık bir süreçtir.

Aşağıda, birlikte 3 mikron teknoloji düğümünde üretim sürecini oluşturan n-oluklu MOS transistör üretimine yönelik temel süreçlerin ayrıntılı bir açıklaması yer almaktadır.

1. Oksit filmlerin oluşumunu tamponlayın

Adım açıklaması: 10Ω·cm'lik bir dirence sahip bir p-tipi (100) kristal oryantasyonu Si substrat levhası, bir kuvars tüp içine yerleştirilir ve 50 nm kalınlığında bir SiO2 tabakası oluşturmak üzere 60 dakika boyunca 1000 dereceye kadar ısıtılan oksijen içinde oksitlenir. kuru oksijen oksidasyonu denir. Bu SiO2 filmi tabakasına tampon oksit filmi adı verilir.

Amaç: Si substratını sonraki işlemler sırasında hasardan korurken sonraki işlemler için düz ve stabil bir alt tabaka sağlamak.

2. Silisyum nitrür katmanlarının oluşumu

Adım açıklaması: Amonyak (NH3), 800 dereceye kadar ısıtılan bir kuvars tüp içerisinde diklorosilan (SiH2Cl2) gazı ile reaksiyona sokulur ve Si substratının tüm yüzeyi, CVD adı verilen 120 nm kalınlığında bir silikon nitrür (Si3N4) tabakası ile kaplanır. yöntem (kimyasal buhar biriktirme).

Amaç: Si substratının bir kısmını oksidasyondan ve diğer işlemlerden korumak için sonraki işlemler için maskeleme katmanı görevi görmek.

3. İyon implantasyonu ve litografi

Adım açıklaması: İlk olarak, fotorezist reçinesi, foto-aşındırma yoluyla seçici olarak tutulur ve daha sonra, fotorezist tarafından kaplanmayan Si3N4 filmini çıkarmak için flor içeren bir plazmaya yerleştirilir. Daha sonra bor iyonu B+, levha ile çarpışmak ve silikon levhayı istila etmek için 75keV kadar hızlandırılır.

Amaç: Bitişik cihazlar arasında kaçak akımı önlemek için iyon implantasyonu yoluyla bir kanal bloke edici katman oluşturmak.

4. Alan oksit filmlerinin oluşumu

Adım açıklaması: Kalan fotorezistin çıkarılmasından sonra, yüzey aqua regia ve seyreltik hidroflorik asit ile yıkanır ve daha sonra 1 μm kalınlığında bir SiO2 filmi (alan oksit filmi denir) oluşturmak için 6 saat boyunca 1000 derecede su buharında oksitlenir. ıslak oksijen oksidasyon yöntemi denir.

Amaç: Farklı devre bileşenlerini izole etmek için Si alt katmanı üzerinde bir yalıtım katmanı oluşturmak.

5. Kapı oksit filmi oluşumu ve kurban oksidasyonu

Adım açıklaması: Si3N4 katmanı ve altındaki SiO2 katmanının bir kısmı çıkarıldıktan sonra, 50 nm'de kuru oksijen oksidasyonu gerçekleştirilir ve ardından bu SiO2 katmanı (kurban oksit filmi olarak adlandırılır) tekrar çıkarılır ve son olarak, 50nm oluşur.

Amaç: MOS transistörlerin kapıları için yüksek kaliteli bir yalıtım katmanı sağlamak. Kurban oksidasyon adımı, ön işlemden zarar gören SiO2 katmanını çıkarmak için kullanılır.

6. Kapı elektrotlarının oluşumu

Adım açıklaması: 400 nm kalınlığında bir polikristalin silikon film, bir Si substratı üzerine biriktirilir ve daha sonra direnci azaltmak için fosfor katkılanır. Daha sonra, polikristalin silikon film, bir kapı elektrodu oluşturmak üzere foto-aşındırma yoluyla kazınır.

Amaç: Kaynak ve drenaj arasındaki akımın kesilmesini kontrol etmek için bir MOS transistörünün kapısı görevi görmek.

7. Kaynak ve drenaj oluşumu

Adım açıklaması: As+, n tipi kaynak ve drenaj oluşturmak üzere iyon implantasyonu yoluyla Si substratına enjekte edilir. Daha sonra enjekte edilen iyonları elektriksel olarak aktif hale getiren bir aktivasyon ısıl işlemi (tavlama) gerçekleştirilir.

Amaç: MOS transistörleri için akım giriş ve çıkış terminallerini sağlamak.

 

8. CVD-PSG Membranların biriktirilmesi ve tavlanması

Adım açıklaması: Yüzde birkaç fosfor içeren 600 nm kalınlığında CVD-SiO2 filmini (CVD-PSG filmi olarak adlandırılır) biriktirin. Daha sonra yüzey POCl3 ile bir fırında tavlanarak vitrifiye edilir.

Amaç: Sonraki alüminyum elektrot için düz ve stabil bir alt tabaka sağlamak ve aynı zamanda sonraki işlemler için SiO2'nin yumuşama sıcaklığını azaltmak.

9. Kontak deliklerinin oluşumu ve alüminyum elektrotların birikmesi

Adım açıklaması: CVD-PSG filmi üzerinde foto-aşındırma yoluyla kontak deliği açılır ve ardından 800 nm kalınlığında %1~%2 Si içeren bir alüminyum elektrot filmi tabakası biriktirilir. Amaç: Tam bir devre bağlantısı oluşturmak için alüminyum elektrodu kaynak, drenaj ve geçit elektroduna kontak deliklerinden bağlamak.

 

Bu adımlar hep birlikte n-kanallı MOS transistörlerin temel üretim sürecini oluşturur. Gerçek üretimde, nihai ürünün kalitesini ve performansını sağlamak için birden fazla temizleme, inceleme ve test adımı gerekir. Teknoloji ilerlemeye devam ettikçe, bu süreç adımları daha yüksek düzeyde entegrasyon ve daha sıkı performans gereksinimlerine uyum sağlamak için sürekli olarak optimize edilmekte ve geliştirilmektedir.

Substrat yapısı

Gofret yapısı

Entegre devrelerin geliştirilmesinde, çekirdek malzeme olarak Si alt tabakanın kalitesi, cihazın performansı üzerinde çok önemli bir etkiye sahiptir. İlk günlerde entegre devrelerde çoğunlukla Cheklauski (CZ) yöntemi veya süspansiyon eritme (FZ) yöntemiyle hazırlanan monokristalin silikon kullanılıyordu. Bu monokristalin silikonların çoğu (100) yönündedir çünkü bu yön en iyi MOS transistör performansına sahiptir.

CMOS cihazlarının üretiminde, aynı alt tabaka üzerinde hem n-oluklu hem de p-oluklu transistörlerin oluşturulabilmesi için iyi bir yapıya ihtiyaç vardır. Kuyu yapısı, transistörün altında sırasıyla p tipi ve n tipi substratlar oluşturarak N-oluk ve P-oluk transistörlerin bir arada bulunmasını sağlar.

Teknolojinin gelişmesiyle birlikte kuyu yapısı da tek kuyudan çift kuyuya ve üçlü kuyuya doğru bir evrim geçirerek tasarım özgürlüğü derecesini arttırdı, dış gürültüye dayanma yeteneğini arttırdı ve mandallamayı bastırma yeteneğini geliştirdi. yukarı (bir kaynak drenajı ve bir tuzak ve alt tabakadan oluşan bir tristör yapısının neden olduğu kısa devreler).

SOI substratları

SOI (Yalıtım Filmi Silikon Laminat) alt katmanları rekabetçi bir teknolojidir ve şu anda SOI alt katmanlarını kullanan çok fazla cihaz olmasa da potansiyelleri çok büyüktür. SOI substratlarının geliştirilmesi, radyasyon direncini artırmak ve yüksek hızlı çalışmayı mümkün kılmak amacıyla 20. yüzyılın 60'lı yıllarında başladı. Bunlar arasında silikon-safir (SOS) yapısı kısmen pratik kullanıma açılmış ancak kristallik, fiyat ve proses uyumluluğu gibi sorunlar nedeniyle henüz yaygınlaşamamıştır.

Daha sonra, Si substratının yüzeyi altında gömülü bir SiO2 katmanı oluşturarak SOI yapısını elde etmek için Oksijen Enjeksiyon İzolasyonu (SIMOX) tekniği geliştirildi. Ancak SIMOX teknolojisi, büyük miktarda oksijen enjeksiyonu nedeniyle verimin azalması ve ayrıca SiO2 kalınlık limitleri ve kristalizasyon kusurları gibi problemler nedeniyle henüz ana akım haline gelmemiştir.

Son yıllarda SOS ve SIMOX'a alternatif olarak levha yapıştırma teknolojisi geliştirilmiştir. ELTRAN ve Smart Cut yöntemleri de dahil olmak üzere levha bağlama teknolojileri, gözenekli silikon oluşturarak, epitaksiyel katmanları biriktirerek veya mekanik ayırma için hidrojen iyonu implantasyon katmanlarını kullanarak yüksek kaliteli SOI substrat hazırlığı elde etti. Bu SOI substratları, ultra yüksek hızlı işlemciler gibi yüksek katma değerli ürünlerde kullanılmaya başlandı; burada substratın parazitik kapasitansını etkili bir şekilde azaltabiliyorlar, böylece yüksek hıza ve düşük güç tüketimine katkıda bulunuyorlar.

SON