Prinsip asas, pemilihan bahan, dan kaedah proses pintu gerbang

Di dunia transistor, jika transistor dibandingkan dengan "keran" yang dikawal, maka pintu gerbang itu seperti injap yang mengawal pembukaan dan penutupan keran, dan kepentingannya jelas. Sebagai proses semikonduktor memasuki era nanometer, bahan pintu dan proses pembuatan terus maju, menjadi salah satu kunci untuk meningkatkan prestasi peranti.

Latar belakang teknikal dan prinsip kerja pintu gerbang
0010-20132 6 "Pemindahan bilah assy
Pintu di transistor terletak di antara sumber dan longkang, dan kepekatan pembawa dalam saluran semikonduktor dikawal oleh voltan yang digunakan, untuk mengawal pengaliran dan pemotongan semasa di antara sumber dan longkang. Dalam kes transistor logam-oksida semikonduktor (MOS), apabila voltan tertentu digunakan ke pintu gerbang, saluran pembawa dibentuk di bawah lapisan oksida pintu, dan arus boleh mengalir dari sumber ke longkang, mencapai "pada" keadaan transistor. Sebaliknya, apabila voltan pintu jatuh di bawah voltan ambang, saluran hilang dan transistor berada dalam keadaan "off".

Evolusi bahan pintu dan pemilihan kritikal

Proses pembangunan bahan pintu mencerminkan kemajuan berulang teknologi semikonduktor, dan telah mengalami perubahan yang mendalam dari bahan tradisional kepada bahan logam maju.

Pintu polysilicon tradisional: Pada nod proses awal, polysilicon diterima secara meluas kerana proses matang dan laluan teknikal yang mudah. Walau bagaimanapun, kerana saiz ciri terus mengecut, kecacatan seperti ciri-ciri rintangan tinggi polysilicon dan kekurangan keserasian dengan bahan pemalar dielektrik tinggi (tinggi-K) secara beransur-ansur muncul, yang membawa kepada kemunculan prestasi.

Gerbang Logam Lanjutan: Untuk mengatasi batasan pintu polysilicon, industri ini beralih kepada bahan logam dengan resistiviti yang rendah, kekonduksian yang tinggi, dan keserasian proses yang baik. Sebagai contoh, logam seperti tungsten (w), titanium (Ti), tantalum (TA), kobalt (CO) atau silicides logam yang sepadan secara beransur-ansur diperkenalkan ke dalam proses untuk memenuhi keperluan cip kuasa rendah dan berprestasi tinggi.

Bahan Pelarasan Fungsi Kerja: Untuk mencapai peraturan voltan ambang (VT) yang lebih tepat, pereka sering memilih lapisan logam dengan fungsi kerja yang berbeza untuk peranti N-jenis dan P-jenis MOS. Reka bentuk yang dibezakan dalam pemilihan bahan mengoptimumkan prestasi peranti untuk kegunaan optimum dalam aplikasi litar yang berbeza.

Penjelasan terperinci mengenai proses utama pembuatan pintu
0010-20129 6 "Perhimpunan pisau penampan
Oleh kerana pembuatan semikonduktor memasuki era ketepatan nanoscale, pembuatan struktur pintu telah menjadi pautan teknologi utama yang mengintegrasikan pengendalian bahan ketepatan dan proses pembuatan ketepatan tinggi.

1. Pemendapan lapisan atom (ALD): Teknologi ALD menyediakan lapisan penebat berterusan dielektrik yang sangat nipis dan seragam (seperti hafnium oksida) dan filem logam melalui proses pemendapan yang tepat lapisan atom oleh lapisan atom. Kelebihan ALD terletak pada keseragaman ketebalan filem dan kawalan halus antara muka, yang sangat mengurangkan penggunaan arus dan kuasa kebocoran pada nod proses nanoscale.

2. Penggilap mekanikal kimia (CMP): Dalam proses penyediaan pintu, proses CMP meratakan permukaan bahan pintu untuk memastikan kebosanan antara muka antara pintu dan struktur lain. Proses ini mengelakkan pencemaran dan proses ketidakcocokan bahan logam dalam proses pembuatan berikutnya, dan memastikan hasil dan kestabilan prestasi peranti.

3. Teknologi Etching dan Precision Etching: Teknologi Photolithography digabungkan dengan proses etsa kering untuk menyelesaikan definisi struktur halus pintu. Di nanoscale, ketepatan kawalan linewidth dan kestabilan topografi etch adalah kritikal, yang bukan sahaja mempengaruhi prestasi peranti, tetapi juga kebolehpercayaan keseluruhan cip.