Por qué la fabricación de semiconductores tiene los requisitos más estrictos para los sensores de temperatura

La razón principal de la fabricación de semiconductores requiere los sensores de temperatura más estrictos es que la física no tiene margen.

En nodos de proceso de sub-5 nm, una pequeña desviación de temperatura de 2°C en una superficie de oblea será posible para causar la descomposición de millones de transistores. Cualquier otra industria no tiene nada en funcionamiento a este tipo de nivel de sensibilidad térmica. Las leyes de la física a nanoescala no dejan casi ninguna tolerancia de fallas. El semiconductor requiere sensores de temperatura para medir.

El nodo de proceso se mantiene contrayendo, la tolerancia se mantiene apretando.

Los chips se están volviendo más pequeños, cada parámetro se aprietará, por lo que los sensores de temperatura son muy importantes para medir.
Nodo de 28nm - tolerancia de temperatura ±5°C, relativamente flexible
Nodo de 7nm - la tolerancia a la temperatura se reduce a ±2°C, cualquier fluctuación afectará a los parámetros del dispositivo
Nodo de 3nm - tolerancia de temperatura bajo ±1 ° C, la precisión de los sensores de temperatura se convertirá en la tasa de paso y el techo de rendimiento
La lógica física detrás es muy simple, las regiones activas (como puertas de transistor, zonas dopantes, capas dieléctricas) se miden en capas atómicas en nodos más pequeños. Un pequeño cambio de temperatura cambiará las velocidades de reacción a nivel atómico, los grosores de la capa y las distribuciones de dopante de maneras que no pueden corregirse en el proceso aguas abajo.

Seis procesos críticos son casi imposibles

Procesamiento térmico rápido (RTP / RTA)
Las tasas de calentamiento alcanzan los 100-300°C por segundo. Los sensores de temperatura deben responder en microsegundos. Los sensores de temperatura industriales convencionales con respuesta de milisegundos son inútiles: el proceso ya está hecho en el momento en que reaccionan.

Deposición de capas atómicas (ALD)
La temperatura debe controlarse a ±0,3°C. La fluctuación de ±1°C causará una variación de espesor de película superior al 1%. Para una capa de óxido de puerta de 3 nm (aproximadamente 5 capas atómicas), el 1% de grosor significa aproximadamente 0,05 capas atómicas fuera de control. La precisión de los sensores de temperatura se vuelve más importante.

Hornecer después de la exposición (PEB) en litografía
La química fotoresistente es extremadamente sensible a la temperatura de horneado. La desviación de ±1°C causará un cambio de más del 2% de la Dimensión Crítica (DC). En los nodos avanzados, las tolerancias de CD ya están en sus límites físicos: un cambio del 2% significa que el lote será descartado. Los sensores de temperatura pueden medir con precisión para evitarlo.

Deposición de película delgada CVD / PVD
Se extiende a temperaturas de menos de 100°C a más de 1000°C dependiendo de los diferentes materiales de película. La puerta metálica y la deposición dieléctrica de alta k requieren uniformidad dentro de ±0,5°C a través de toda la superficie de la oblea.

grabado plasma
Combinará vacío ultraalto, bombardeo de plasma y intensos campos electromagnéticos de RF de 13,56 MHz simultáneamente. La mayoría de los sensores de temperatura fallarían por el ruido de RF solo antes de ni siquiera medir la temperatura.

Recocido post-implante y unión de obleas
Los procesos de recocido por milisegundos (recocido por fusión) requieren captura térmica en sub-milisegundos. La uniformidad de temperatura a través de la interfaz de unión determina la fiabilidad del dispositivo para los próximos años.

La solución efectiva en los desafíos anteriores se sugerirá adoptar TC Wafer y RTD Wafer. Incorporar los sensores de temperatura directamente en la propia oblea eliminará por completo el termopozo.

TC Wafer: incorpora matrices de termoparejas (hasta 68 puntos) directamente en la superficie de la oblea
Rango de temperatura: -200°C a 1.200°C
Precisión: ± 0,1 ° C después de la calibración
Respuesta: nivel de microsegundos
Vacío: compatible con 10 ⁻⁷ Torr

RTD Wafer — sensores de resistencia de platino para temperaturas medias a bajas, precisión ultra alta
Rango de temperatura: -80°C a 250°C
Precisión: ± 0,05 ° C (grado de precisión)
Caso de uso: recubrimiento / placas calientes de desarrollo, grabado de mandriles electrostáticos

Las soluciones ventajosas impulsarán la fabricación de semiconductores en la frontera absoluta de la tecnología de sensores de temperatura.