Probleme beim Dotieren von Halbleitermaterialien in der 7-nm-Technologie

Wie Sie wissen, wird die Halbleitertechnologie bald eine lithografische Präzision von 7 nm erreichen. Das bedeutet, dass die kleinste Segmentlänge auf einem Halbleiterchip nur 7 nm betragen kann. Nachdem ich einige Berechnungen angestellt hatte, fragte ich mich, wie jemand einen so kleinen Siliziumblock gleichmäßig dotieren kann.

Dichte von Silizium ist 2.328 G / cm 3 .
Anzahl der Atome in Silizium ist 2.144217404 × 10 22 Atome / G .

Dann haben wir die Anzahl der Atome im Einheitsvolumen als
( 2.328 G / cm 3 ) ∗ ( 2.144217404 × 10 22 Atome / G ) ≈ 5 × 10 22 Atome / cm 3 .

Ich habe einige Artikel online gelesen und daraus abgeleitet, dass eine typische Dopingdichte ist
10 18 Doping-Atome / cm 3 . Das bedeutet, dass das Dotierungsverhältnis ungefähr ist 50000 Siliziumatome pro jedes Atom des Dotierungsmaterials.

Betrachten Sie nun a 7 N M × 7 N M × 7 N M kubischer Siliziumblock und wir wollen ihn mit Atomen eines anderen Materials dotieren. Van-der-Vaals-Radius des Siliziumatoms ist 219 P M (bei Google gefunden). Nachdem wir einige elementare Geometrieberechnungen durchgeführt haben, können wir das finden 4082 Atome passen in diesen Block.

Wir brauchen
( 4082 Siliziumatome ) / ( 50000 Siliziumatome Doping-Atome ) = 0,08164 Doping-Atome
um diesen winzigen 7nm x 7nm x 7nm großen kubischen Siliziumblock zu dotieren, was weniger als 1 ist. Das bedeutet, dass ein winziger Block wie dieser eine 8%ige Änderung hat, wenn er ein einzelnes Atom aus dem Dotierungsmaterial erhält. Das bedeutet, dass der winzige Block zu 92 % reines Silizium bleibt!

Ernsthaft, was?!

Ich verstehe das nicht und habe einige Fragen dazu.

  1. Was passiert, wenn ein vermeintliches P-Typ- oder N-Typ-Substrat (z. B. Emitter eines BJT oder Kanal eines MOSFET) reines Silizium bleibt?
  2. Was passiert, wenn der Block Glück hatte und ein einzelnes Atom eines Dotierstoffs erhielt? Spielt es eine Rolle, wo sich dieses Atom befindet? Was ist, wenn das Atom in der äußersten Ecke des Blocks bleibt?
  3. Was passiert, wenn der Block Superglück war und mehr als 1 Dotieratom erhielt?

In einem Chip, der mehr als tausend Transistoren enthalten wird, ist das Auftreten solcher Situationen statistisch unvermeidlich. Wie dotieren sie sehr kleine Halbleitermaterialien? Wie überwinden sie solche Probleme?

Die Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) wird voraussichtlich Ende März mit der Volumenproduktion von Chips beginnen, die unter Verwendung eines verbesserten 7-nm-Chips mit EUV-Knoten und 5 mm und Ende des zweiten Quartals hergestellt werden.
Es liegt ein konzeptioneller Fehler Ihrerseits vor. Eine Strukturgröße von 7 µm impliziert keinen 7-µm-Würfel, es ist nur die minimale 2-D-Auflösung der Technologie. Es impliziert normalerweise eine minimale Gate-Länge von 14 um und eine Breite von > 28 um. Die Dopingtiefe ist nicht so klar definiert.
@EdgarBrown, wenn Sie das nur ein wenig erweitern, lohnt es sich, als Antwort zu posten.
Betrafen die „einigen Artikel“, die Sie gelesen haben, speziell Prozesstechnologien in diesem Bereich? Ich würde mein Wissen über Prozesse mit größeren Strukturgrößen nicht auf einen 7-nm- oder 14-nm-Prozess anwenden.
@EdgarBrown Natürlich sind das nm und nicht ähm. Und sicherlich nicht mm, wie Sunnyskyguy sagte.

Antworten (1)

Das Vorhandensein von Dotierstoffen beschränkt sich nicht nur auf die Nachbarschaft dieser Dotierstoffe. Seine Aufgabe besteht darin, ein diskretes Energieniveau hinzuzufügen, das entweder dem Leitungsband ein zusätzliches Elektron (Donor) gibt oder ein Elektron aus dem Valenzband (Akzeptor) aufnimmt , was zu einem zusätzlichen Loch führt. Dieses zusätzliche Elektron oder Loch kann sich frei bewegen, auch wenn keine Dotierstoffe in der Nähe sind. Also keine Dotierstoffe in a 7 X 7 X 7 N M 3 Würfel ist wahrscheinlich kein Problem.

Außerdem ist eine „kleinste Merkmalsgröße von 7 N M " weist normalerweise auf die minimale Kanallänge eines Transistors hin. Andere Strukturen können immer noch größere Größen erfordern.

Probleme beim Dotieren von Halbleitermaterialien in der 7-nm-Technologie
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v