Selettività e controllo dei costi nei processi di incisione

Dal Proof of Concept (POC) alla produzione ad alto volume (HVM)

Bézard ha descritto tre fasi dello sviluppo della tecnologia dell'incisione:

1. Determinazione dell'agente di attacco, del gas e degli strati ausiliari richiesti per l'attacco.

2. Dimostrare la capacità di rimuovere completamente le pellicole entro l'intervallo specificato e ottenere l'uniformità su un wafer.

3. Determinare come ripetere il processo su migliaia di chip nella produzione ad alto volume (HVM) con rendimento elevato e deriva ridotta.

Di solito, ingegneri esperti in incisione e integrazione gestiscono le prime due fasi di sviluppo. La terza fase richiede competenze ingegneristiche, ma l’apprendimento automatico può essere utile.

"L'apprendimento automatico e l'analisi dei dati sono generalmente utili solo nella terza fase", ha affermato Bézard. "È molto potente perché può accedere a una grande quantità di dati e comprendere milioni di piccole e semplici interazioni. Pertanto, è molto difficile da comprendere per il cervello umano, ma è più facile da gestire per i programmi informatici. Tuttavia, quando si ha a che fare con nuove applicazioni, incisione di nuovi materiali o nuovi scenari di integrazione, non ha mostrato alcun miglioramento rispetto agli esseri umani."

L’uso dell’apprendimento automatico è anche legato ai costi di produzione poiché la terza fase coinvolge migliaia di wafer, un ordine di grandezza maggiore rispetto al numero utilizzato nella prima e nella seconda fase.

Barrett Finch, direttore senior di Etch Product Group presso Lam Research, ha descritto il nuovo percorso di processo come l'ottenimento della convalida del concetto dal flusso e dal layout del processo nominale e lo sviluppo di uno o più dispositivi funzionanti su un wafer. Questa prova di concetto (POC) viene quindi trasferita al team di sviluppo prodotto presso la fabbrica di wafer per ampliare il processo e aumentare la resa.

Finch ha affermato: "La quantità di lavoro richiesta per trasformare la verifica nominale del concetto in prodotti redditizi che producono entrate è spesso sottostimata, con il risultato di un divario significativo nella redditività. La modellazione delle finestre di processo tenta di colmare questo divario introducendo variazioni favolose nelle prime fasi di sviluppo esplorazione del percorso." Ha suggerito che il Design of Experiments (DOE) virtuale e l'analisi multiparametrica basata su Monte Carlo possano essere utilizzati per simulare i cambiamenti attesi e testare il POC.

Finch ha aggiunto: "La modellazione delle finestre di processo può rispondere a domande del tipo: 'Quanta CD o variabilità devo mantenere per ottenere le prestazioni e il rendimento più bassi del dispositivo?' Abbiamo completato le simulazioni di oltre un milione di wafer virtuali per i test delle finestre di processo in pochi giorni, cosa impossibile da ottenere nella vita reale."

Diversi parametri influenzano la velocità di incisione, il profilo e la selettività. Un fattore chiave è la temperatura. Benjamin Vincent, Senior Manager del settore Semiconductor Process and Integration Engineering presso Lam Research, ha affermato che i clienti possono osservare l'impatto degli effetti termici sulla velocità di incisione, sulla selettività e sul profilo. Tutti questi parametri influiscono sulla resa del dispositivo e sulla produttività della fabbricazione dei wafer. Ritiene che la simulazione possa essere particolarmente utile quando una fase del processo ha più configurazioni possibili (un ampio spazio di processo) o quando i risultati a valle di quella fase sono altamente imprevedibili.

Alex Guermouche, Product Marketing Manager presso Esgee Technologies, filiale di Lam Research, ha affermato: "Il processo di incisione dipende dalla temperatura superficiale del chip, che è influenzata da vari flussi di calore, tra cui la conduzione termica, l'energia dell'impatto degli ioni, le reazioni superficiali e la radiazione del plasma flusso di calore." Ha inoltre spiegato: "Pertanto, un modello al plasma deve incorporare tutte queste caratteristiche fisiche per descrivere accuratamente la variazione di temperatura sulla superficie del chip. Il software di simulazione del processo ci consente di modellare una gamma di attributi di incisione, consentendoci di ottenere risultati di incisione migliori in modo più rapido e veloce. accelerare la capacità dei nostri clienti di aumentare o ottimizzare la resa produttiva."

Raggiungere un tempismo preciso nel processo di incisione

Per geometrie più strette e film più sottili, è necessario un equilibrio tra velocità di attacco e un buon controllo su altri parametri operativi.

Finch ha dichiarato: "Con il restringimento delle regole di progettazione, molti processi di attacco stanno passando a fasi molto veloci del processo di attacco al plasma che richiedono un controllo estremamente preciso di tutti gli input di reazione: potenza, pressione, chimica e temperatura". Ha osservato che esiste anche una tendenza verso l'ottimizzazione del comportamento degli impulsi del plasma, in cui vengono generati specifici rapporti ioni-neutri e quindi i sottoprodotti vengono eliminati. "La modellazione avanzata di questo scenario è fondamentale per ampliare ulteriormente le apparecchiature."

I produttori di sistemi di incisione utilizzano da tempo software di modellazione per accelerare lo sviluppo del nodo successivo o aumentare la resa della produzione. Data la complessità di questo processo e di tutte le sue variabili, ciò non sorprende.

Finch ha affermato: "Semplicemente non c'è abbastanza tempo o abbastanza wafer durante lo sviluppo della tecnologia del prossimo nodo per condurre tutti i possibili esperimenti di processo". "Il numero di set di configurazioni di apparecchiature di incisione può essere nell'ordine dei milioni, o addirittura dei miliardi, rendendo impossibile lo sviluppo completo dei wafer con tutte le possibilità di processo."

Naturalmente, tutti i buoni modelli sono convalidati su chip reali. Finch ha affermato: "Un buon modello dovrebbe essere predittivo e affrontare i problemi specifici che gli utenti desiderano risolvere". "I dati effettivi dello stabilimento dovrebbero riflettere i risultati consigliati ogni volta che viene consigliata una modifica al processo o alla progettazione sulla base del lavoro simulato. Nel nostro caso, siamo stati in grado di prevedere con precisione l'impatto delle modifiche al processo utilizzando risultati basati su modelli e risolvere rapidamente processi difficili e sviluppo tecnologico problemi."

I fornitori di strumenti stanno inoltre sviluppando processi di incisione avanzati per integrare più strettamente le loro linee di produzione e trasformare i processi a due livelli di maschera (due fasi di litografia) in un unico processo, semplificando così il processo e riducendo i costi.

Bézard ha affermato: "Le aziende non hanno adattato l'hardware esistente per rendere i coltelli dell'esercito svizzero più sofisticati, ma hanno introdotto tecnologie su misura per applicazioni specifiche, come nuovi sistemi per risolvere problemi all'avanguardia". L'obiettivo è avvicinare le due linee una di fronte all'altra, che attualmente richiedono una fase di modellazione della linea e quindi una maschera di taglio. "Ciò che Applied Materials e altri stanno introducendo è un metodo di incisione diretta in direzione orizzontale." Questo processo può anche allargare i fori passanti.

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