De la preuve de concept (POC) à la fabrication en grand volume (HVM)

Bézard a décrit trois étapes du développement de la technologie de gravure :

1. Détermination de l'agent de gravure, du gaz et des couches auxiliaires nécessaires à la gravure.

2. Démontrer la capacité de retirer complètement les films dans la plage spécifiée et d'obtenir une uniformité sur une plaquette.

3. Déterminer comment répéter le processus sur des milliers de puces dans le cadre d'une fabrication en grand volume (HVM) avec un rendement élevé et une faible dérive.

Habituellement, des ingénieurs qualifiés en gravure et en intégration gèrent les deux premières étapes du développement. La troisième étape nécessite une expertise en ingénierie, mais l'apprentissage automatique peut être utile.

"L'apprentissage automatique et l'analyse des données ne sont généralement utiles qu'à la troisième étape", a déclaré Bézard. "Il est très puissant car il peut accéder à une grande quantité de données et comprendre des millions d'interactions minuscules et simples. Il est donc très difficile à comprendre pour le cerveau humain, mais il est plus facile à gérer pour les programmes informatiques. Cependant, lorsqu'il s'agit de avec de nouvelles applications, la gravure de nouveaux matériaux ou de nouveaux scénarios d’intégration, il n’a montré aucune amélioration par rapport aux humains. »

L’utilisation de l’apprentissage automatique est également liée aux coûts de fabrication puisque la troisième étape implique des milliers de tranches, ce qui est un ordre de grandeur supérieur au nombre utilisé dans les première et deuxième étapes.

Barrett Finch, directeur principal du groupe de produits Etch chez Lam Research, a décrit le nouveau processus comme l'obtention d'une validation de concept à partir du flux de processus nominal et de la disposition et le développement d'un ou plusieurs dispositifs fonctionnels sur une plaquette. Cette preuve de concept (POC) est ensuite transférée à l'équipe de développement de produits de l'usine de fabrication de plaquettes pour intensifier le processus et augmenter le rendement.

Finch a déclaré : « La quantité de travail requise pour transformer la vérification nominale d'un concept en produits rentables et générateurs de revenus est souvent sous-estimée, ce qui entraîne un écart important en termes de rentabilité. La modélisation des fenêtres de processus tente de combler cet écart en introduisant des variations fabuleuses dès les premières étapes du développement. Trouver son chemin." Il a suggéré que le plan d'expériences virtuel (DOE) et l'analyse multiparamétrique basée sur Monte Carlo puissent être utilisés pour simuler les changements attendus et tester le POC.

Finch a ajouté : « La modélisation de fenêtres de processus peut répondre à des questions telles que : « Quelle quantité de CD ou de variabilité dois-je conserver pour obtenir les performances et le rendement les plus bas de l'appareil ? Nous avons réalisé des simulations de plus d'un million de tranches virtuelles pour tester des fenêtres de processus en quelques jours, ce qui est impossible à réaliser dans la vie réelle. »

Plusieurs paramètres affectent le taux de gravure, le profil et la sélectivité. Un facteur clé est la température. Benjamin Vincent, directeur principal de l'ingénierie des procédés et de l'intégration des semi-conducteurs chez Lam Research, a déclaré que les clients peuvent observer l'impact des effets thermiques sur la vitesse, la sélectivité et le profil de gravure. Tous ces paramètres affectent le rendement du dispositif et la productivité de la fabrication de plaquettes. Il estime que la simulation peut être particulièrement utile lorsqu'une étape de processus comporte plusieurs configurations possibles (un grand espace de processus) ou lorsque les résultats en aval de cette étape sont très imprévisibles.

Alex Guermouche, responsable du marketing produit chez Esgee Technologies, filiale de Lam Research, a déclaré : « Le processus de gravure dépend de la température de surface de la puce, qui est influencée par divers flux de chaleur, notamment la conduction thermique, l'énergie d'impact des ions, les réactions de surface et le rayonnement du plasma. flux de chaleur." Il a en outre expliqué : « Par conséquent, un modèle de plasma doit intégrer toutes ces caractéristiques physiques pour décrire avec précision la variation de température à la surface de la puce. Un logiciel de simulation de processus nous permet de modéliser une gamme d'attributs de gravure, nous permettant ainsi d'obtenir de meilleurs résultats de gravure plus rapidement et accélérer la capacité de nos clients à augmenter ou optimiser le rendement de production.

Obtenir un timing précis dans le processus de gravure

Pour des géométries plus serrées et des films plus minces, un équilibre entre le taux de gravure et un bon contrôle des autres paramètres de fonctionnement est requis.

Finch a déclaré : « À mesure que les règles de conception diminuent, de nombreux processus de gravure évoluent vers des étapes de processus de gravure au plasma très rapides qui nécessitent un contrôle très précis de toutes les entrées de réaction : puissance, pression, chimie et température. » Il a noté qu'il existe également une tendance à l'optimisation du comportement des impulsions de plasma, où des rapports ions/neutres spécifiques sont générés, puis les sous-produits sont éliminés. "Une modélisation avancée de ce scénario est essentielle pour poursuivre la mise à l'échelle des équipements."

Les fabricants de systèmes de gravure utilisent depuis un certain temps des logiciels de modélisation pour accélérer le développement du prochain nœud ou augmenter le rendement de production. Compte tenu de la complexité de ce processus et de toutes ses variables, cela n’est pas surprenant.

Finch a déclaré: "Il n'y a tout simplement pas assez de temps ni assez de plaquettes pendant le développement de la prochaine technologie de nœud pour mener toutes les expériences de processus possibles." "Le nombre d'ensembles de configurations d'équipements de gravure peut se chiffrer en millions, voire en milliards, ce qui rend impossible le développement complet de plaquettes avec toutes les possibilités de processus."

Bien entendu, tous les bons modèles sont validés sur de vraies puces. Finch a déclaré: "Un bon modèle doit être prédictif et doit résoudre les problèmes spécifiques que les utilisateurs souhaitent résoudre." « Les données de fabrication réelles doivent refléter les résultats recommandés chaque fois qu'une modification de processus ou de conception est recommandée sur la base d'un travail simulé. Dans notre cas, nous avons pu prédire avec précision l'impact des modifications de processus à l'aide de résultats basés sur un modèle et résoudre rapidement des problèmes de développement de processus et de technologies difficiles. problèmes."

Les fournisseurs d'outils développent également des processus de gravure avancés pour intégrer plus étroitement leurs lignes de production et transformer les processus à deux niveaux de masque (deux étapes de lithographie) en un seul processus, simplifiant ainsi le processus et réduisant les coûts.

Bézard a déclaré : "Les entreprises n'ont pas modernisé le matériel existant pour rendre les couteaux suisses plus sophistiqués, mais ont introduit des technologies adaptées à des applications spécifiques, telles que de nouveaux systèmes pour résoudre des problèmes de pointe." Le but est de rapprocher les deux lignes se faisant face, ce qui nécessite actuellement une étape de tracé de lignes puis un masque de découpe. "Ce qu'Applied Materials et d'autres introduisent, c'est une méthode de gravure directe dans le sens horizontal." Ce processus peut également agrandir les trous traversants.

À suivre...