Da Prova de Conceito (POC) à Fabricação de Alto Volume (HVM)

Bézard descreveu três estágios no desenvolvimento da tecnologia de gravação:

1. Determinação do agente de ataque, gás e camadas auxiliares necessárias para o ataque.

2. Demonstrar a capacidade de remover completamente filmes dentro da faixa especificada e obter uniformidade em um wafer.

3. Determinar como repetir o processo em milhares de chips na fabricação de alto volume (HVM) com alto rendimento e baixo desvio.

Normalmente, engenheiros qualificados de gravação e integração cuidam dos dois primeiros estágios de desenvolvimento. A terceira fase requer conhecimentos de engenharia, mas a aprendizagem automática pode ser útil.

“O aprendizado de máquina e a análise de dados normalmente só são úteis no terceiro estágio”, disse Bézard. “É muito poderoso porque pode acessar uma grande quantidade de dados e compreender milhões de interações minúsculas e simples. Portanto, é muito difícil para o cérebro humano compreender, mas é mais fácil para os programas de computador gerenciarem. com novas aplicações, gravação de novos materiais ou novos cenários de integração, não mostrou qualquer melhoria em relação aos humanos."

O uso do aprendizado de máquina também está relacionado aos custos de fabricação, uma vez que a terceira etapa envolve milhares de wafers, o que é uma ordem de grandeza maior que o número utilizado na primeira e na segunda etapas.

Barrett Finch, Diretor Sênior do Grupo de Produtos Etch da Lam Research, descreveu o novo caminho do processo como a obtenção de validação de conceito a partir do fluxo e layout nominal do processo e o desenvolvimento de um ou mais dispositivos funcionais em um wafer. Essa prova de conceito (POC) é então transferida para a equipe de desenvolvimento de produto na fábrica de wafer para ampliar o processo e aumentar o rendimento.

Finch disse: "A quantidade de trabalho necessária para transformar a verificação de conceito nominal em produtos lucrativos que geram receita é muitas vezes subestimada, resultando em uma lacuna significativa na lucratividade. A modelagem de janela de processo tenta preencher essa lacuna, introduzindo variações fabulosas nos estágios iniciais de desenvolvimento encontrando o caminho." Ele sugeriu que o Design de Experimentos virtuais (DOE) e a análise multiparâmetro baseada em Monte Carlo podem ser usados para simular mudanças esperadas e testar o POC.

Finch acrescentou: "A modelagem da janela de processo pode responder a perguntas como: 'Quanto CD ou variabilidade preciso manter para obter o menor desempenho e rendimento do dispositivo?' Concluímos simulações de mais de um milhão de wafers virtuais para testes de janela de processo em questão de dias, o que é impossível de conseguir na vida real."

Vários parâmetros afetam a taxa de gravação, o perfil e a seletividade. Um fator chave é a temperatura. Benjamin Vincent, gerente sênior de processo de semicondutores e engenharia de integração da Lam Research, afirmou que os clientes podem observar o impacto dos efeitos térmicos na velocidade de gravação, seletividade e perfil. Todos esses parâmetros afetam o rendimento do dispositivo e a produtividade da fabricação de wafer. Ele acredita que a simulação pode ser particularmente útil quando uma etapa do processo tem múltiplas configurações possíveis (um grande espaço de processo) ou quando os resultados posteriores dessa etapa são altamente imprevisíveis.

Alex Guermouche, gerente de marketing de produto da Esgee Technologies, subsidiária da Lam Research, mencionou: "O processo de gravação depende da temperatura da superfície do chip, que é influenciada por vários fluxos de calor, incluindo condução térmica, energia de impacto de íons, reações de superfície e radiação plasmática fluxo de calor." Ele explicou ainda: "Portanto, um modelo de plasma precisa incorporar todas essas características físicas para descrever com precisão a variação de temperatura na superfície do chip. O software de simulação de processo nos permite modelar uma variedade de atributos de gravação, permitindo-nos obter melhores resultados de gravação mais rapidamente e acelerar a capacidade de nossos clientes de aumentar ou otimizar o rendimento da produção."

Alcançando um tempo preciso no processo de gravação

Para geometrias mais estreitas e filmes mais finos, é necessário um equilíbrio entre a taxa de corrosão e um bom controle sobre outros parâmetros operacionais.

Finch afirmou: "À medida que as regras de projeto diminuem, muitos processos de gravação estão fazendo a transição para etapas de processo de gravação a plasma muito rápidas que exigem controle altamente preciso de todas as entradas de reação: potência, pressão, química e temperatura." Ele observou que há também uma tendência para otimizar o comportamento do pulso de plasma, onde são geradas proporções específicas de íons para neutro e, em seguida, os subprodutos são eliminados. "A modelagem avançada deste cenário é crítica para ampliar ainda mais os equipamentos."

Os fabricantes de sistemas de gravação já utilizam software de modelagem há algum tempo para acelerar o desenvolvimento do próximo nó ou aumentar o rendimento da produção. Dada a complexidade deste processo e todas as suas variáveis, isto não é surpreendente.

Finch disse: “Simplesmente não há tempo ou wafers suficientes durante o desenvolvimento da próxima tecnologia de nó para conduzir todos os experimentos de processo possíveis”. "O número de conjuntos de configurações de equipamentos de gravação pode chegar a milhões, ou até bilhões, impossibilitando o desenvolvimento completo de wafers com todas as possibilidades de processo."

Claro, todos os bons modelos são validados em chips reais. Finch disse: “Um bom modelo deve ser preditivo e abordar problemas específicos que os usuários desejam resolver”. "Os dados reais da fábrica devem refletir os resultados recomendados sempre que uma mudança de processo ou design é recomendada com base em trabalho simulado. Em nosso caso, fomos capazes de prever com precisão o impacto das mudanças de processo usando resultados baseados em modelo e resolver rapidamente processos difíceis e desenvolvimento de tecnologia problemas."

Os fornecedores de ferramentas também estão desenvolvendo processos avançados de gravação para integrar mais estreitamente suas linhas de produção e transformar processos de nível de duas máscaras (duas etapas de litografia) em um único processo, simplificando assim o processo e reduzindo custos.

Bézard disse: “As empresas não modernizaram o hardware existente para tornar os canivetes suíços mais sofisticados, mas introduziram tecnologias adaptadas a aplicações específicas, como novos sistemas para resolver problemas de ponta”. O objetivo é aproximar as duas linhas uma da outra, o que atualmente requer uma etapa de padronização de linha e depois uma máscara de corte. "O que a Applied Materials e outros estão introduzindo é um método de gravação direta na direção horizontal." Este processo também pode ampliar os furos passantes.

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