Селективность и контроль затрат в процессах травления

От проверки концепции (POC) к крупносерийному производству (HVM)

Безар описал три этапа развития технологии травления:

1. Определение травящего вещества, газа и вспомогательных слоев, необходимых для травления.

2. Демонстрация возможности полного удаления пленок в заданном диапазоне и достижения однородности на пластине.

3. Определение того, как повторить процесс на тысячах чипов в крупносерийном производстве (HVM) с высоким выходом и низким дрейфом.

Обычно первые два этапа разработки выполняются опытными инженерами по травлению и интеграции. Третий этап требует инженерных знаний, но машинное обучение может оказаться полезным.

«Машинное обучение и анализ данных обычно полезны только на третьем этапе», — сказал Безар. «Он очень мощный, потому что может получить доступ к большому объему данных и понять миллионы крошечных и простых взаимодействий. Поэтому человеческому мозгу его очень сложно понять, но компьютерным программам легче управлять. Однако при работе с с новыми приложениями, созданием новых материалов или новыми сценариями интеграции он не показал никаких улучшений по сравнению с людьми».

Использование машинного обучения также связано с производственными затратами, поскольку на третьем этапе задействованы тысячи пластин, что на порядок больше, чем количество, использованное на первом и втором этапах.

Барретт Финч, старший директор группы продуктов Etch в Lam Research, описал новый технологический путь как получение подтверждения концепции на основе номинального технологического процесса и компоновки и разработку одного или нескольких рабочих устройств на пластине. Затем это подтверждение концепции (POC) передается группе разработчиков продукта на заводе по производству пластин для масштабирования процесса и увеличения выхода продукции.

Финч сказал: «Объем работы, необходимый для преобразования номинальной проверки концепции в прибыльные продукты, приносящие доход, часто недооценивается, что приводит к значительному разрыву в прибыльности. Моделирование окна процесса пытается преодолеть этот разрыв путем введения потрясающих вариаций на ранних стадиях разработки. Найти путь." Он предположил, что виртуальный дизайн экспериментов (DOE) и многопараметрический анализ на основе Монте-Карло могут использоваться для моделирования ожидаемых изменений и проверки POC.

Финч добавил: «Моделирование окна процесса может ответить на такие вопросы, как: «Какой уровень CD или вариативности мне нужно поддерживать, чтобы достичь минимальной производительности и производительности устройства?» Мы выполнили моделирование более миллиона виртуальных пластин для оконного тестирования процесса за считанные дни, чего невозможно достичь в реальной жизни».

Множество параметров влияют на скорость травления, профиль и селективность. Одним из ключевых факторов является температура. Бенджамин Винсент, старший менеджер по разработке полупроводниковых процессов и интеграции в Lam Research, заявил, что клиенты могут наблюдать влияние термического воздействия на скорость травления, селективность и профиль. Все эти параметры влияют на выход устройства и производительность производства пластин. Он считает, что моделирование может быть особенно полезным, когда этап процесса имеет несколько возможных конфигураций (большое пространство процесса) или когда последующие результаты этого этапа крайне непредсказуемы.

Алекс Гермуш, менеджер по маркетингу продукции Esgee Technologies, дочерней компании Lam Research, отметил: «Процесс травления зависит от температуры поверхности чипа, на которую влияют различные тепловые потоки, включая теплопроводность, энергию удара ионов, поверхностные реакции и плазменное излучение. Тепловой поток." Далее он пояснил: «Поэтому модель плазмы должна включать все эти физические характеристики, чтобы точно описать изменение температуры на поверхности чипа. Программное обеспечение для моделирования процессов позволяет нам моделировать ряд атрибутов травления, что позволяет нам быстрее и быстрее получать лучшие результаты травления. ускорить способность наших клиентов увеличивать или оптимизировать выход продукции».

Достижение точного времени в процессе травления

Для более плотной геометрии и более тонких пленок требуется баланс между скоростью травления и хорошим контролем над другими рабочими параметрами.

Финч заявил: «Поскольку правила проектирования сужаются, многие процессы травления переходят на очень быстрые этапы процесса плазменного травления, которые требуют очень точного контроля всех входных параметров реакции: мощности, давления, химического состава и температуры». Он отметил, что существует также тенденция к оптимизации поведения плазменного импульса, при которой генерируются определенные соотношения ионов и нейтральных частиц, а затем удаляются побочные продукты. «Расширенное моделирование этого сценария имеет решающее значение для дальнейшего масштабирования оборудования».

Производители систем травления уже некоторое время используют программное обеспечение для моделирования, чтобы ускорить разработку следующего узла или повысить производительность. Учитывая сложность этого процесса и всех его переменных, это неудивительно.

Финч сказал: «Во время разработки технологии следующего узла просто не хватает времени или пластин для проведения всех возможных технологических экспериментов». «Количество комплектов конфигураций оборудования для травления может исчисляться миллионами или даже миллиардами, что делает невозможным полную разработку пластин со всеми возможностями процесса».

Конечно, все хорошие модели проверены на реальных чипах. Финч сказал: «Хорошая модель должна быть прогнозирующей и решать конкретные проблемы, которые хотят решить пользователи». «Фактические данные должны отражать рекомендуемые результаты каждый раз, когда на основе моделируемой работы рекомендуется изменение процесса или конструкции. В нашем случае мы смогли точно предсказать влияние изменений процесса, используя результаты на основе модели, и быстро решить сложные процессы и разработку технологий. проблемы."

Поставщики инструментов также разрабатывают усовершенствованные процессы травления, чтобы более тесно интегрировать свои производственные линии и превратить процессы уровня двух масок (два этапа литографии) в один процесс, тем самым упрощая процесс и снижая затраты.

Безар сказал: «Компании не модернизировали существующее оборудование, чтобы сделать швейцарские армейские ножи более совершенными, а внедрили технологии, адаптированные к конкретным применениям, например, новые системы для решения передовых проблем». Цель состоит в том, чтобы сблизить две линии, обращенные друг к другу, для чего в настоящее время требуется этап нанесения рисунка линии, а затем маска резки. «То, что внедряют Applied Materials и другие компании, — это метод прямого травления в горизонтальном направлении». Этот процесс также может привести к увеличению сквозных отверстий.

Продолжение следует...