Poly-si dans la fabrication de puces

Poly- si

Le silicium polycristallin (poly) est un matériau de silicium non monocristallin composé d'innombrables grains de silicium innombrables. Contrairement au silicium monocristallin, comme les substrats de silicium, le silicium polycristallin a généralement des tailles de grains entre des dizaines et des centaines de nanomètres, avec des frontières de grains entre les grains.

0020-24896 Anneau de couverture 6 "SST 101 AL

Méthode de synthèse de polysilicon: processus LPCVD

Le dépôt de vapeur chimique à basse pression est la technologie traditionnelle de la préparation du polysilicon, dont le noyau est la décomposition thermique du silane (Sih₄) pour former des atomes de silicium et les déposer dans des films.

Sih4 → Si +2 H2 ↑

Le silicium amorphe se forme à basse température (<600°C) and polysilicon is formed at high temperatures (>6 0 0 degré). La pression de la chambre de réaction est maintenue à 0. 1-1 Torr (l'environnement de basse pression améliore l'uniformité du film).

Synthèse du polysilicon de type P et N

Le type conducteur de polysilicon est obtenu par dopage, qui est divisé en type p (dopé au bore) et n-type (phosphore \/ dopé à l'arsenic), et les méthodes de processus incluent l'implantation ionique et le dopage in situ:

Implantation ionique (technologie grand public)

Doping de type N: injection de phosphore (p⁺) ou arsenic (as⁺), dose 1 × 10¹⁵–1 × 10¹⁶ cm⁻², énergie 10-50 kev;

Dopage de type P: le bore (B⁺) est injecté à une dose similaire à l'énergie;

Activation du recuit: le recuit thermique rapide (RTA, 900-1000 degré) répare les dommages du réseau et active les atomes d'impureté.

Doping in situ (dopage synchrone dans LPCVD)

Dopage du gaz: Mélanger Ph₃ (type N) ou B₂H₆ (type P) dans Sih₄ pour déposer directement le polysilicon dopé;

Avantages: les dommages à l'injection sont évités, mais le contrôle de l'uniformité du dopage est difficile.

Le rôle central du polysilicon dans la fabrication des puces‍‍‍‍

Matériau de porte de transistor

Le polysilicon est déposé sur un milieu isolant de porte → dopé → gravé et formé → recuit à des températures élevées. Après le dopage, la résistivité est aussi faible que 10⁻⁴ ω · cm et le signal de contrôle est transmis. La fonction de travail est ajustée par Doping de type N \/ P (N-Poly pour les NMO, P-Poly pour PMOS).

Calque de masque dur de transfert de motif

Lors de la gravure des rainures profondes ou des structures de rapport d'aspect élevé, la dureté du polysilicon (6,5 sur l'échelle Mohs) protège le matériau sous-jacent. dépôt de couches de silicium polycristallin de 500 nm; La lithographie définit le modèle; Gravure à sec du polysilicon (plasma Cl₂ \/ HBR); Le polysilicon est utilisé comme masque pour graver le milieu \/ métal sous-jacent.

Points de connexion de contact du processus intermédiaire (MEOL)

Il forme un contact à faible résistance entre le polysilicon et les métaux (par exemple le tungstène, cobalt). Le silicium dopé est déposé dans les pores de contact sous forme de couche de transition entre le métal et le substrat de silicium pour réduire la barrière Schottky; Connectez les dispositifs adjacents avec le polysilicon dans une zone d'isolement de tranchée peu profonde (STI).

Couche conductrice et contrôle de la fonction de travail

Dans les FINFET, le polysilicon est lié à un milieu High-K tel que HFO₂ pour réguler la tension de seuil par type de dopage et concentration. La fonction de travail du polysilicon de type N ≈ 4,1 eV, correspondant au canal NMOS; La fonction de travail du polysilicon de type p est ≈ 5,2 eV, ce qui convient aux exigences PMOS.