Poly-Si in Chipherstellung

Poly-Si

Polykristallines Silizium (Poly) ist ein nicht monokristallines Siliziummaterial, das aus unzähligen winzigen Siliziumkörnern besteht. Im Gegensatz zu monokristallinen Silizium wie Siliziumsubstraten hat polykristallines Silizium typischerweise Korngrößen zwischen Zehn bis Hunderten von Nanometern, wobei Korngrenzen zwischen Körnern.

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Synthesemethode des Polysiliciums: LPCVD -Prozess

Die Ablagerung des chemischen Dampfs mit niedriger Druck ist die Mainstream-Technologie für die Herstellung von Polysilicon, dessen Kern die thermische Zersetzung von Silan (Sih₄) zur Bildung von Siliziumatomen ist und sie in Filme ablegt.

SiH4 → Si +2 H2 ↑

Amorphes Silizium wird bei niedrigen Temperaturen gebildet (<600°C) and polysilicon is formed at high temperatures (>6 0 0 Grad). Der Reaktionskammerdruck wird bei 0. 1-1 Torr gehalten (niedriger Druckumgebung verbessert die Einheitlichkeit des Films).

Synthese des polysiliconischen Typs vom Typ P-Typ und N

Die leitende Art von Polysilicium wird durch Doping erreicht, das in P-Typ (Bor-dotiert) und n-Typ (Phosphor/Arsen-dotiert) unterteilt ist, und die Prozessmethoden umfassen Ionenimplantation und In-situ-Dotierung:

Ionenimplantation (Mainstream -Technologie)

N-Typ-Doping: Injektion von Phosphor (P⁺) oder Arsen (AS⁺), Dosis 1 × 10¹⁵-1 × 10sprache Cm⁻², Energie 10-50 kev;

P-Typ-Doping: Bor (B⁺) wird in einer Dosis ähnlich Energie injiziert;

Tempernaktivierung: Schnelles thermisches Glühen (RTA, 900-1000 Grad) repariert Gitterschäden und aktiviert Verunreinigungsatome.

In-situ-Doping (synchrones Doping in LPCVD)

Gasdotierung: Mischung von Ph₃ (N-Typ) oder B₂h₆ (p-Typ) in Sih₄, um dotiertes Polysilicium direkt abzulegen;

Vorteile: Einspritzschäden werden vermieden, aber die Doping -Gleichmäßigkeitskontrolle ist schwierig.

Die zentrale Rolle von Polysilicon in der Chipherstellung ‍‍‍‍

Transistor -Gate -Material

Polysilicium wird auf einem Gate Isoliermedium → dotiert → geätzt und gebildet → bei hohen Temperaturen geformt. Nach dem Dotieren ist der Widerstand nur 10 ° ° ° · · cm und das Kontrollsignal wird übertragen. Die Arbeitsfunktion wird durch N/P-Typ-Doping (N-Poly für NMOs, P-Poly für PMOS) angepasst.

Mustertransfer Hartmaskenschicht

Wenn Sie tiefe Rillen oder hohe Aspektverhältnisstrukturen ätzen, schützt die Härte des Polysiliciums (6,5 auf der MOHS -Skala) das zugrunde liegende Material. Ablagerung von 500 nm polykristallinen Siliziumschichten; Lithographie definiert das Muster; Trockene Ätzen von Polysilicium (Cl₂/HBR -Plasma); Polysilicium wird als Maske verwendet, um das zugrunde liegende Medium/Metall zu ätzeln.

Zwischenprozess (MeOL) Kontaktverbindungspunkte

Es bildet einen Kontakt mit niedrigem Widerstand zwischen Polysilicium und Metallen (z. B. Wolfram, Kobalt). Dotiertes Silizium wird in den Kontaktporen als Übergangsschicht zwischen Metall und Siliziumsubstrat abgelagert, um die Schottky -Barriere zu verringern. Schließen Sie benachbarte Geräte mit Polysilicium in einem Flachgraben -Isolationsbereich (STI) an.

Leitfähige Schicht und Arbeitsfunktionskontrolle

In Finfets ist Polysilicium an ein Hoch-K-Medium wie HFO₂ gebunden, um die Schwellenspannung durch Dotierungstyp und -konzentration zu regulieren. Die Arbeitsfunktion von Polysilicium vom Typ n-Typ ≈ 4.1 eV, die dem NMOS-Kanal entspricht; Die Arbeitsfunktion des p-polysilicium vom Typ p-Typ beträgt ≈ 5,2 eV, was für PMOS-Anforderungen geeignet ist.