Pourquoi la fabrication de semiconducteurs a les exigences les plus strictes pour les capteurs de température

La raison principale de la fabrication de semiconducteurs nécessite les capteurs de température les plus stricts est que la physique n'a pas de marge.

À des nœuds de procédé sous-5nm, un petit écart de température de 2 ° C sur une surface de plaquette sera possible pour provoquer des millions de transistors à défaillance. Toute autre industrie n'a rien en fonctionnement à ce type de niveau de sensibilité thermique. Les lois de la physique à l'échelle nanométrique ne laissent presque aucune tolérance aux fautes. Le semi-conducteur nécessite des capteurs de température pour mesurer.

Le nœud de processus continue de se rétrécir, la tolérance continue de se serrer.

Les puces sont de plus en plus petites, chaque paramètre sera serré, donc les capteurs de température sont très importants à mesurer.
28 nm nœud — tolérance de température ±5°C, relativement flexible
Nœud 7nm — la tolérance à la température se rétrécit à ±2°C, toute fluctuation aura un impact sur les paramètres du dispositif
Nœud 3nm — tolérance de température sous ±1°C, la précision des capteurs de température deviendra le taux de passage et le plafond de rendement
La logique physique derrière elle est très simple, les régions actives (comme les portes de transistor, les zones dopantes, les couches diélectriques) sont mesurées en couches atomiques à des nœuds plus petits. Un petit changement de température modifiera les taux de réaction au niveau atomique, les épaisseurs de couches et les distributions de dopants de manière qui ne peuvent pas être corrigées dans le processus en aval.

Six exigences critiques sont presque impossibles.

Traitement thermique rapide (RTP / RTA)
Les taux de chauffage atteignent 100-300°C par seconde. Les capteurs de température devraient répondre en quelques microsecondes. Les capteurs de température industriels conventionnels avec réponse en milliseconde sont inutiles - le processus est déjà fait au moment où ils réagissent.

Dépôt de couche atomique (ALD)
La température doit être contrôlée à ±0,3°C. La fluctuation de ±1°C provoquera une variation de plus de 1% de l'épaisseur du film. Pour une couche d'oxyde de porte 3nm (environ 5 couches atomiques), 1% d'épaisseur signifie environ 0,05 couches atomiques hors de contrôle. La précision des capteurs de température devient de plus en plus importante.

Cuisson post-exposition (PEB) en lithographie
La chimie photorésistante est extrêmement sensible à la température de cuisson. L'écart de ±1°C provoquera un changement de plus de 2% de la dimension critique (DC). Chez les nœuds avancés, les tolérances de CD sont déjà à leurs limites physiques - un décalage de 2% signifie que le lot sera tout éliminé. Les capteurs de température peuvent mesurer avec précision pour l'éviter.

dépôt film mince CVD / PVD
Il couvre des températures allant de moins de 100°C à plus de 1000°C selon les différents matériaux de film. La grille métallique et le dépôt diélectrique à haute k nécessitent une uniformité à ±0,5°C sur toute la surface de la plaque.

Gravure au plasma
Il combinera simultanément un vide ultra-haut, un bombardement au plasma et des champs électromagnétiques RF intenses de 13,56 MHz. La plupart des capteurs de température échoueraient à cause du bruit RF seul avant même de ne pas mesurer la température.

Recoit post-implant et collage de plaquettes
Les processus de recuit en milliseconde (recuit en fusion) nécessitent une capture thermique en sous-milliseconde. L'uniformité de la température à travers l'interface de liaison détermine la fiabilité du dispositif pour les années à venir.

Il sera proposé d'adopter la plaquette TC et la plaquette RTD comme solution efficace aux défis susmentionnés. Incorporer les capteurs de température directement dans la plaquette elle-même éliminera complètement le thermopuits.

TC Wafer — incorpore des matrices de thermocouples (jusqu'à 68 points) directement sur la surface de la plaquette
Plage de température: -200°C à 1200°C
Précision: ±0,1°C après étalonnage
Réponse : microseconde
Videur: compatible avec 10 ⁻⁷ Torr

RTD Wafer — capteurs de résistance en platine pour températures moyennes à basses, ultra-haute précision
Plage de température: -80°C à 250°C
Précision: ±0,05°C (qualité de précision)
Cas d'utilisation: revêtement / plaques chaudes en développement, gravure des mandrins électrostatiques

Les solutions avantageuses vont faire progresser la fabrication de semiconducteurs à la frontière absolue de la technologie des capteurs de température.