3D NAND闪存制造中硅片斜面缺陷的挑战和解决方案
2019年5月21日
3D NAND器件的高级模式设计技术
2019年7月31日
为了确保半导体技术开发的成功，工艺工程师必bob官方网站平台须设定晶圆工艺参数的允许范围。必须控制变异性，以使最终制造的器件符合要求的规范。这些规范包括关键尺寸、电气性能要求和其他设备特性。在晶圆厂中进行预生产或快速生产的硅晶圆，还没有进行优化，通常是理解和控制这种可变性所需的测试数据的来源。
为了优化和校准工艺参数并满足设备规格要求，经常需要对数千个测试数据点进行相互关联和分析。使用未优化的预生产晶圆来收集这些必要的数据是非常昂贵的。减少用于设定最佳工艺参数范围(称为“工艺窗口”)的生产前测试晶圆的数量，将大大降低半导体技术发展的成本和风险。bob官方网站平台
处理流程优化的挑战
Coventor是一家LAM研究公司，为了解决这一挑战，该公司推出了一项新功能SEMulator3D®进程窗口优化(wpo)。该特性扩展了SEMulator3D的分析功能，为流程窗口优化提供了一种自动化方法。pw可以大大减少生产前测试晶片的数量，以满足最终器件规格。更重要的是，它可以准确预测现有流程可达到的最大成功率。
窗口过程优化
SEMulator3D中的进程窗口优化遵循结构化方法。首先，用户构建并校准他们的设备技术的虚拟模型(“数字孪生”晶圆)。在模型中设置虚拟计量步骤来测量选定的制造/设备参数，就像在测试晶圆上执行真实的物理计量一样。虚拟计量步骤可用于监测设备规格的符合性。然后必须为分析研究提供每个计量步骤的规格(最小/最大值)。对于每个选择的工艺参数，还建立了一个工艺窗口。工艺参数的标称值(如目标值和通过标准偏差测量的允许变异性)是根据设备将要制造的工厂的能力设定的。
接下来，用户执行一个虚拟实验设计(DOE)，对应于在物理晶圆上进行的一系列实验。实验必须包括为每个选定参数定义的搜索空间。为了获得统计显著性，模拟实验在用户定义的参数空间中运行多次。然后，工艺窗口优化算法为每个工艺参数提供一个优化值，使所选制造/设备参数满足其计量规格的百分比最大化(“规格百分比”或“规格百分比”)。工作流的这一部分显示在图1．
一旦计算完成，用户可以修改每个工艺参数的目标值和标准偏差值，以了解这些修改对计量规格百分比的直接影响(见图2)．
使用SAQP模式的pbo示例
这一方法将在一篇题为“利用虚拟制造和先进工艺控制提高SAQP制模成品率”。在我们目前的pw研究中，我们使用虚拟计量技术测量了图形线和间距，所有目标均为16nm，成功标准为+/-10%。在本研究中我们只改变了两个参数:间隔片1和间隔片2的厚度。间隔剂1和间隔剂2标称靶分别设置为13.5 nm和18.8nm，标准差相同为0.2nm。这两个参数的搜索空间分别为11.7nm ~ 15.3nm和17nm ~ 20.6nm。总共执行了1000次运行。
图3显示包含在DOE中考虑的所有流程参数组合的图(每个点表示一次运行)。蓝色的点代表运行满足成功标准，所有计量测量在16nm +/-10%。
所示图4，假设间隔剂1和间隔剂2的厚度有0.2nm的标准偏差，当间隔剂1的标称值从13.5nm改变到13.4nm，间隔剂2的标称值从18.8nm改变到18.9nm时，pw系统报告的计量合格率从69.6增加到74.6%(最大值)。此外，将间隔层厚度标准偏差从0.2nm减小到0.18nm，可使计量合格率提高到85.1%。
结论
选择这个简单的例子(只考虑两个参数)是为了使用2D表示(图3)．然而，这种方法可以很容易地扩展到更复杂的情况。例如，多个相互依赖的工艺步骤的器件技术协同优化(DTCO)可以使用pdo进行分析，以执行更复杂的技术收率优化。
总之，新的SEMulator3D pdo技术提供了几个关键的见解。它可以:
- 准确预测现有工艺(fab)能力可达到的最大成功率
- 确定达到最大成功率所需的标称工艺条件
- 定义工艺变化控制改进，以提高半导体工艺达到特定目标的成功率
由于DOE只需要有限数量的已加工硅晶圆进行虚拟模型校准，并且可以在批量生产之前很好地使用，因此pdo具有很高的时间和成本效益。这与基于晶圆厂的测试形成了对比，后者需要大量的加工硅晶圆，并对设备商业化时间表构成了高风险。SEMulator3D的pw能力可以准确预测现有工艺的结果，并大幅减少半导体技术开发时间和风险。bob官方网站平台
