EN
Жартылай өткізгіштердің сапасына сәйкес суытуға негізгі әсер ететін факторлар: Жартылай өткізгіштерді өндіру
Фотолитография мен травлену кезіндегі жылу реттеу
Фотолитография және травлену процестері кезінде микросхемалардың дизайны құрылады. Сондықтан бұл процестерді өте жоғары термиялық тұрақтылықпен жүргізу қажет. Тіпті ±0,05°C-қа дейінгі температураның аз ғана тербелістері өлшемдік параметрлердің өзгеруіне әкеліп, өндіріс шығымына теріс әсер етуі мүмкін. Сонымен қатар, субстраттың жылулық кеңеюі фоторезистің сәулеленуі кезінде масканың дәл орналаспауына себеп болады. Басқа жағынан, тұрақсыз температура травленушы реагенттердің реакцияларын бұзуы мүмкін, бұл плазмалық травленуде ерекше проблема тудырады. 2023 жылғы SEMATECH зерттеуінің нәтижесінде иондардың энергиясының таралуында 5 нм түйіндерден төмен деңгейде ақаулардың 15–22%-ы термиялық дрейфтің салдарынан пайда болатыны анықталды. Бұл мәселелерді болдырмау үшін өндірушілер сұйықпен суытылатын чактары бар арнайы суыту жүйелерін және тұйық циклді азотпен суытылатын жүйелерді қолданады. Бұл жүйелер өте жетілген болып табылады және ±0,01°C дейінгі тұрақтылықты қамтамасыз ете алады, бірақ 3 нм төменгі деңгейде сипаттамалардың бүтіндігін сақтау үшін осы жүйелерді қолдану — жартылай өткізгіштерді өндіру саласында әлі де үлкен инженерлік қиындық болып табылады.
Иондық имплантация мен CMP-пен байланысты температураны реттеу қиындықтары
Иондық имплантация және химиялық-механикалық планарлау (ХМП) екі модулі үшін жылумен басқару талаптары арасында айқын қарама-қайшылық бар. Имплантаторлар — иондық ускораторлар салдарынан, әдетте 10–15 кВт шамасындағы ең көп жылу шығарушы құрылғылар болып табылады. Кез келген пластина 45 °C-тан жоғары қызған кезде миметикалық түрде бақыланатын иондық легирлеушілер мен жылулық әсерден пайда болған өткелдерге ауыр проблемалар туғызады. ХМП керісінше, суспензия реакцияларының жылуға сезімталдығы салдарынан осылай болады. 30 ± 1 °C шегінен кез келген ауытқу жылулық әсерден артық тотығыс өсуіне және нитридтік барьерлердің теңсіз тозуына әкеледі. Жаңа заманғы өндірістік құрылымдар бұл әсерді реттеу үшін көптеген аймақтардан тұратын күрделі суыту жүйелерін қолданады. Криогендік жылу алмасуыштар имплантаторларды −40 °C-қа дейін суытады, ал Пельтье элементімен жұмыс істейтін суспензияны 0,1 °C дәлдікпен бақылайды. Салада бұл реттеулердің шектері жартылай өткізгіштерді өндіру кезінде 12%–18% шығынға әкелетіні жақсы белгілі. Жартылай өткізгіштік сортты суыту және 3D интеграция мен алдыңғы қаптау
2,5D және 3D интеграция сияқты ең соңғы қаптау технологиялары мен чиплеттерді қаптау жартылай өткізгіштерде алдыңғы қатарлы суытуға деген сұранысты арттырып келеді. Өндірушілер кішкентай транзисторларды қаптаған кезде, олар шаршы сантиметріне 1000 Вт-тан астам экстремалды жылу шығарады. Суыту болмаса, материалдар бұзылуға, қабаттары бөлінуге және бір-бірінен ажырауға ұшырайды, бұл өте үлкен өндірістік шығындарға әкеледі. Суыту шешімдері — дайындалған кристаллдарды жинау мен гибридтік бекіту кезінде құрылымның бүтіндігін сақтауға және экстремалды жылу жүктемесі кезінде жүйенің өлшемдік тұрақтылығын қамтамасыз етуге өте маңызды.
FOWLP және TSV өңдеу кезіндегі жылулық қиындықтар
FOWLP және TSV технологиялары қатты жылу басқару қиындықтарына ұшырайды. FOWLP үшін эпоксидті көмекші қабықшалардың 300 мм өлшемдегі пластиналар бойынша біркелкі температура таратылуы қажет. Қайта тарату қабаттарындағы кернеулер температураның ±0,3 °C ауытқуынан да пайда болады. TSV технологиясында да осындай қиындықтар туындайды — бұл TSV мыстың электролиттік шаюымен байланысты. Бұл процеске байланысты бөлінетін жылу температура 50 °C-тан асқан кезде виалар ішінде бос орындардың пайда болуына әкеледі. Осы жылулық қиындықтарды шешу үшін жартылай өткізгіштік өндірушілер арнайы, қолданысқа арналған салқындату жүйелерін қолданады.
Көп аймақты салқындату — Әрбір технологиялық модуль үшін жеке салқындатқыштың басқарылуы
Микросекундтық жылулық жауап — плазмамен белсендірілген біріктірудің бақылаусыз өтуін болдырмау
Тербеліссіз жұмыс істеу — қабаттарды қабаттаған кезде нанометрлік дәлдікті сақтау
Гибридтік байланыс 10 мкм-нен кем болатын интерконнектік қашықтықтарға жетуіне және 3D-ИС-тердің қуат тығыздығы артуына байланысты, тиімді жылу шығару үшін интерпозерлерде интегралды сұйық салқындату қажеттілігі өте маңызды болып табылады. Бұл даму масштабданатын алғашқы деңгейдегі қораптау үшін жартылай өткізгіштік сапасындағы салқындату қажет етеді.
Жаңа пайда болып жатқан қолданыстар: Құрылымдық есептеулер, Фотоника және EUV метрологиясы
Суперөткізгіштік квбиттерді өндіру кезінде криогендік салқындату қажеттілігі
Суперөткізгіш кванттық биттерді (кубиттерді) шығару үшін абсолют нөлге жақын температурада жұмыс істей алатын өте күрделі салқындату жүйелері қажет. Кванттық процессорларды ортадан изоляциялау керек және есептеулер кезінде қателерді азайту үшін кубиттердің жеткілікті когеренттілігін сақтау үшін оларды 20 милликельвин (мК) немесе одан төмен температурада ұстау керек. Литография мен жұқа қабаттардың шөгу процестері кезінде криогендік жүйелердің жылу жүктемесін басқаруда дәстүрлі криогендік жүйелердің мүмкіндіктері шектеулі. Соңғы ұрпақ дилюциялық салқындатқыштар вибрацияларды азайтуға арналған тәжірибелік суық сатылармен, сонымен қатар Джозефсон тоғындарын (ДТ) жасау кезінде температураның тұрақтылығын 0,5 мК-тен жоғары қамтамасыз ететін күрделі жылулық экрандаумен жабдықталған. Бұл кубиттердің когеренттілік уақытын алдыңғы жүйелерге қарағанда 100 есе ұзартуға болатынын көрсетеді, бұл практикалық тұрғыдан маңызды мәнге ие.
EUV көздері мен оптикасы үшін 0,1°C-тан төменгі температуралардағы тұрақтылық талаптары.
Сапалы суыту технологиясы EUV литографиялық процесі үшін маңызды. EUV жарық көздері – қуатты қалайы плазмалар, олар шамамен 200 кВт жылу шығарады. Суыту жүйелері температураны 0,1°C-тан төмен ұстап тұруы керек. EUV литографиялық процесінде айналатын оптика қолданылады, мұнда айналар температура өзгерістеріне өте сезімтал. Сондықтан +0,05°C немесе -0,05°C температура өзгерісі k=13,5 нанометр толқын ұзындығына әсер етіп, оптиканың фокусын бұзуы мүмкін. Бұны болдырмау үшін өндірушілер плазма камераларын көпсатылы суытуға және айналарға тұйық циклді суытқыштарды қолданады. Бұл шаралар фотондар шығысының тұрақты деңгейі мен қабаттасу дәлдігін қамтамасыз етеді. Салада хабарланғандай, температура 0,1°C-тан асып кеткен кезде қабаттасу көрсеткіштері 12%–18% аралығында төмендейді. Сондықтан 3 нанометрден кіші чиптер өндіруге ұмтылатын өндірушілер үшін жылу басқару өте маңызды.
ЖИҚ (Жиі қойылатын сұрақтар)
Семикондукторларды өндіруде жылулық тұрақтылық неге маңызды?
Семикондукторларды өндіру кезінде жылулық тұрақтылықты сақтау үшін чиптерде ақауларды болдырмау үшін температураның аз ғана өзгерістерін бақылау қажет, әсіресе нанометрлік масштабта.
Жылулық басқарудың әсерімен дамыған қандай инновациялық қаптау әдістері бар?
2,5D/3D интеграциясы, чиплет архитектурасы және FOWLP сияқты әдістер материалдардың иілуін болдырмас үшін температураны бақылауға тиіс және өндіріс шығымын максималды деңгейге көтеруге тиіс.
Криогенді салқындату кванттық есептеулерге қандай артықшылықтар береді?
Өте төмен температурада жылулық шу азаяды және кванттық биттердің (кубиттердің) когеренттілік уақыты жақсарып, кванттық есептеулердің сапасы жоғарылады.