Федеральное агентство по образованию

__________

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет «ЛЭТИ»

____________________________________

О. В. АЛЕКСАНДРОВ

Технологические процессы изготовления сбис

Учебное пособие

Cанкт-Петербург

Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

2015

УДК 621.382

ББК З 844.1

А 46

Александров О. В.

А 46 Технологические процессы изготовления СБИС. Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2015. 56 с.

ISBN 5-7629-0639-6

Рассмотрены физика, химия и технология основных высокотемпературных операций изготовления СБИС: термического окисления, ионной имплантации, эпитаксиального наращивания и диффузии легирующих примесей. Представлены математические модели процессов и проведён анализ экспериментальных зависимостей. Особое внимание обращено на генерацию собственных точечных дефектов и на образование структурных дефектов, способных влиять как на скорость процессов в твёрдых телах, так и на качество получаемых полупроводниковых структур.

Предназначено для студентов специальности 200300 «Электронные приборы и устройства» и магистрантов направления 550700 «Электроника и микроэлектроника» по дисциплинам «Специальные вопросы технологии ИМС» и «Технология СБИС».

УДК 621.382

ББК З 844.1

Рецензенты: кафедра физической электроники СПбГТУ; проф., д-р физ.-мат. наук В. В. Козловский (СПбГТУ).

Утверждено

редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

ISBN 5-7629-0639-6  СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2015

1. Тенденции развития интегральных микросхем и их моделирование

На протяжении вот уже более трёх десятилетий выполняется эмпирический закон Гордона Мура – число элементов на полупровод-никовом чипе удваивается каждые полтора года. Такими же темпами увеличивается емкость модулей памяти, растёт быстродействие микропроцессоров, улучшаются параметры устройств, использующих полупроводниковую элементную базу. Развитие интегральных микросхем (ИМС), модулей памяти (RAM) и микропроцессоров (CPU) происходит в следующих направлениях:

– уменьшение минимального размера ширины линии/окна, l_min;

– увеличение числа элементов на чип, N_el;

– увеличение ёмкости модулей памяти, N_b;

– увеличение площади чипа, S_ch;

– увеличение диаметра пластин, D_w;

– уменьшение минимальной толщины диэлектрических плёнок, d_min;

– уменьшение глубины залегания p–n-переходов, x_j;

– уменьшение плотности электрически активных дефектов, N_d;

– увеличение числа уровней металлизации N_met.

Тенденции развития ИМС по годам сведены в таблицу.

Параметр	1986	1992	1998	2004	2010	2016
Lmin, мкм Nel, эл. /чип Nb, бит/чип Sch, мм2 Dw, мм dmin, нм Xj, нм Nd, см–2 Nmet DRAM Nmet CPU	2 2106 1 M 60 100 30 300 0.2 1…2 3	0.5 4107 16 M 120 150 10 200 0.05 2 4	0.25 109 256 M 280 200 7.3 100 0.016 2…3 5	0.13 21010 4 G 640 300 4.5 40 0.012 3 6	0.07 41011 64 G 1400 400 3.5 20 0.005 3 8	0.03 41012 640 G 2800 400 2.5 10 0.003 4 10

Подобное бурное развитие полупроводниковой микро- и наноэлектроники происходит исключительно за счёт разработки новых и совершенствования существующих технологических процессов. Значительную роль при этом играет внедрение моделирования в разработку и проектирование ИМС.

Целью моделирования является сокращение сроков разработки и проектирования ИМС. Внедрение моделирования позволило уменьшить число итераций-коррекций при проектировании ИМС с 3–5 до 2–3 и тем самым сократить срок разработки с 1.5–3 лет до 4–6 месяцев и менее.

Существует несколько уровней моделирования:

1. Функциональное моделирование, целью которого является разра-ботка серии ИМС для разрабатываемой аппаратуры.

2. Схемотехническое моделирование, целью которого является раз-работка принципиальной электрической схемы каждой серии ИМС.

3. Элементное моделирование, целью которого является разработка библиотеки элементов для разрабатываемых ИМС.

4. Топологическое моделирование, целью которого является разра-ботка топологии разрабатываемых ИМС, а также комплекта шаблонов для изготовления ИМС.

5. Физико-технологическое моделирование, целью которого является разработка технологического маршрута изготовления ИМС, а также режимов операций (операционных карт).