Poli-si en la fabricación de chips

Poli-

El silicio policristalino (poli) es un material de silicio no monocristalino compuesto por innumerables pequeños granos de silicio. A diferencia del silicio monocristalino, como los sustratos de silicio, el silicio policristalino generalmente tiene tamaños de grano entre decenas y cientos de nanómetros, con límites de grano entre granos.

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Método de síntesis de Polysilicon: proceso LPCVD

La deposición de vapor químico de baja presión es la tecnología convencional para la preparación de polisilicio, cuyo núcleo es la descomposición térmica de silano (Sih₄) para formar átomos de silicio y depositarlos en películas.

SiH4 → Si +2 H2 ↑

El silicio amorfo se forma a bajas temperaturas (<600°C) and polysilicon is formed at high temperatures (>6 0 0 grados). La presión de la cámara de reacción se mantiene en 0. 1-1 torr (el entorno de baja presión mejora la uniformidad de la película).

Síntesis de polisilicio de tipo P y tipo N

El tipo conductivo de polisilicón se logra mediante el dopaje, que se divide en tipo P (dopado con boro) y N-tipo (fósforo\/arsénico dopado), y los métodos de proceso incluyen implantación de iones y dopaje in situ:

Implantación de iones (tecnología convencional)

Dopaje de tipo N: inyección de fósforo (p⁺) o arsénico (as⁺), dosis 1 × 10¹⁵-1 × 10¹⁶ cm⁻², energía 10-50 kev;

Dopaje de tipo P: Boron (B⁺) se inyecta a una dosis similar a la energía;

Activación de recocido: recocido térmico rápido (RTA, 900-1000 grado) repara el daño de la red y activa los átomos de impureza.

Dopaje in situ (dopaje sincrónico en LPCVD)

Dopaje de gas: mezcla de ph₃ (tipo n) o b₂h₆ (tipo p) en sih₄ para depositar directamente el polisilicio dopado;

Ventajas: se evita el daño por inyección, pero el control de uniformidad de dopaje es difícil.

El papel central de Polysilicon en la fabricación de chips‍‍‍‍

Material de puerta de transistor

El polisilicio se deposita en un medio aislante de puerta → dopado → grabado y formado → recocido a altas temperaturas. Después del dopaje, la resistividad es tan baja como 10⁻⁴ Ω · cm, y se transmite la señal de control. La función de trabajo se ajusta mediante dopaje tipo N\/P (N-Poly para NMOS, P-Poly para PMO).

Capa de máscara dura de transferencia de patrones

Al grabar ranuras profundas o estructuras de relación alta de aspecto, la dureza del polisilicio (6.5 en la escala de MOHS) protege el material subyacente. deposición de capas de silicio policristalino de 500 nm; La litografía define el patrón; Grabado seco de polisilicón (plasma CL₂\/HBR); El polisilicio se usa como máscara para grabar el medio\/metal subyacente.

Puntos de conexión de contacto del proceso intermedio (MEOL)

Forma un contacto de baja resistencia entre polisilicio y metales (por ejemplo, tungsteno, cobalto). El silicio dopado se deposita en los poros de contacto como una capa de transición entre el metal y el sustrato de silicio para reducir la barrera de Schottky; Conecte dispositivos adyacentes con polisilicio en un área de aislamiento de zanja poco profunda (ITS).

Control de la capa y la función de trabajo conductora

En Finfets, el polisilicio está unido a un medio de alto K, como HFO₂ para regular el voltaje umbral por tipo de dopaje y concentración. La función de trabajo de Polisilicón de tipo N ≈ 4.1 eV, que coincide con el canal NMOS; La función de trabajo del polisilicio de tipo P es de ≈ 5.2 eV, que es adecuado para los requisitos de PMOS.