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為刻蝕終點(diǎn)探測(cè)進(jìn)行原位測(cè)量

使用SEMulator3D®工藝步驟進(jìn)行刻蝕終點(diǎn)探測(cè)
2024-01-19
作者:泛林集團(tuán) Semiverse Solutions 部門軟件應(yīng)用工程師 Pradeep Nanja
來(lái)源:泛林集團(tuán)

介紹

半導(dǎo)體行業(yè)一直專注于使用先進(jìn)的刻蝕設(shè)備和技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)圖形的微縮與先進(jìn)技術(shù)的開(kāi)發(fā)。隨著半導(dǎo)體器件尺寸縮減,、工藝復(fù)雜程度提升,,制造工藝中刻蝕工藝波動(dòng)的影響將變得明顯??涛g終點(diǎn)探測(cè)用于確定刻蝕工藝是否完成,、且沒(méi)有剩余材料可供刻蝕。這類終點(diǎn)探測(cè)有助于最大限度地減少刻蝕速率波動(dòng)的影響,。

刻蝕終點(diǎn)探測(cè)需要在刻蝕工藝中進(jìn)行傳感器和計(jì)量學(xué)測(cè)量,。當(dāng)出現(xiàn)特定的傳感器測(cè)量結(jié)果或閾值時(shí),可指示刻蝕設(shè)備停止刻蝕操作,。如果已無(wú)材料可供刻蝕,,底層材料(甚至整個(gè)器件或晶圓)就會(huì)遭受損壞,從而極大影響良率[1],,因此可靠的終點(diǎn)探測(cè)在刻蝕工藝中十分重要,。半導(dǎo)體行業(yè)需要可以在刻蝕工藝中為工藝監(jiān)測(cè)和控制提供關(guān)鍵信息的測(cè)量設(shè)備。目前,,為了提升良率,,晶圓刻蝕工藝使用獨(dú)立測(cè)量設(shè)備和原位(內(nèi)置)傳感器測(cè)量。相比獨(dú)立測(cè)量,,原位測(cè)量可對(duì)刻蝕相關(guān)工藝(如刻蝕終點(diǎn)探測(cè))進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制,。


使用 SEMulator3D?工藝步驟進(jìn)行刻蝕終點(diǎn)探測(cè)

通過(guò)構(gòu)建一系列包含虛擬刻蝕步驟、變量,、流程和循環(huán)的“虛擬”工藝,,可使用 SEMulator3D 模擬原位刻蝕終點(diǎn)探測(cè)。流程循環(huán)用于在固定時(shí)間內(nèi)重復(fù)工藝步驟,加強(qiáng)工藝流程控制(如自動(dòng)工藝控制)的靈活性[2],。為模擬控制流程,,可使用 "For Loop" 或 "Until Loop"(就像計(jì)算機(jī)編程)設(shè)置一定數(shù)量的循環(huán)。在刻蝕終點(diǎn)探測(cè)中,,可使用 "Until Loop",因?yàn)樗鼭M足“已無(wú)材料可供刻蝕”的條件,。在循環(huán)中,,用戶可以在循環(huán)索引的幫助下確認(rèn)完成的循環(huán)數(shù)量。此外,,SEMulator3D 能進(jìn)行“虛擬測(cè)量”,,幫助追蹤并實(shí)時(shí)更新刻蝕工藝循環(huán)中的材料厚度。通過(guò)結(jié)合虛擬測(cè)量薄膜厚度估測(cè)和流程循環(huán)索引,,用戶可以在每個(gè)循環(huán)后準(zhǔn)確獲取原位材料刻蝕深度的測(cè)量結(jié)果,。


用 SEMulator3D 模擬刻蝕終點(diǎn)探測(cè)的示例

初始設(shè)定

在一個(gè)簡(jiǎn)單示例中,我們的布局圖像顯示處于密集區(qū)的四個(gè)鰭片和密集區(qū)右側(cè)的隔離區(qū)(見(jiàn)圖1),。我們想測(cè)量隔離區(qū)的材料完成刻蝕時(shí)密集區(qū)的刻蝕深度,。我們將用于建模的區(qū)域用藍(lán)框顯示,其中有四個(gè)鰭片(紅色顯示)需要制造,。此外,,我們框出了黃色和綠色的測(cè)量區(qū)域,將在其中分別測(cè)量隔離區(qū)的薄膜厚度 (MEA_ISO_FT) 和溝槽區(qū)的刻蝕深度 (MEA_TRENCH_FT),。工藝流程的第一步是使用 20nm 厚的硅晶體層(紅色),、30nm 的氧化物(淺藍(lán)色)和 10nm 的光刻膠(紫色)進(jìn)行晶圓設(shè)定(圖2)。我們曝光鰭片圖形,,并對(duì)使用基本模型刻蝕對(duì)光刻膠進(jìn)行刻蝕,,使用特定等離子體角度分布的可視性刻蝕對(duì)氧化物材料進(jìn)行刻蝕。氧化物對(duì)光刻膠的選擇比是100比1,。我們?cè)?SEMulator3D 中使用可視性刻蝕模型來(lái)觀察隔離區(qū)和有鰭片的密集區(qū)之間是否有厚度上的差異,。

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SEMulator3D 刻蝕終點(diǎn)探測(cè)循環(huán)

SEMulator3D 的工藝流程使用 Until Loop 循環(huán)流程。我們將測(cè)量隔離區(qū)的材料厚度,,并在隔離氧化物薄膜耗盡,、即厚度為0時(shí) (MEA_ISO_FT==0) 停止該工藝。在這個(gè)循環(huán)中,,每個(gè)循環(huán)我們每隔 1nm 對(duì)氧化物材料進(jìn)行1秒的刻蝕,,并同時(shí)測(cè)量此時(shí)隔離區(qū)氧化物薄膜厚度。此外,,我們將在每次循環(huán)后追蹤兩個(gè)鰭片間溝槽區(qū)的刻蝕深度,。這個(gè)循環(huán)索引有助于追蹤刻蝕循環(huán)的重復(fù)次數(shù)(圖3)。

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結(jié)果

對(duì)隔離薄膜進(jìn)行刻蝕,直至其剩余 20nm,、10nm 和 0nm 深度的模擬結(jié)果如圖4所示,。模型中計(jì)算出隔離薄膜厚度的測(cè)量結(jié)果,以及兩個(gè)鰭片間溝槽區(qū)的刻蝕深度,。

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我們對(duì)循環(huán)模型進(jìn)行近30次重復(fù)后,,觀察到隔離區(qū)的薄膜厚度已經(jīng)達(dá)到0,并能追蹤到溝槽區(qū)氧化物的刻蝕深度(當(dāng)隔離區(qū)被完全刻蝕時(shí),,密集區(qū) 30nm 的氧化物已被刻蝕 28.4nm),。


結(jié)論

SEMulator3D 可用來(lái)創(chuàng)建刻蝕終點(diǎn)探測(cè)工藝的虛擬模型。這項(xiàng)技術(shù)可用來(lái)確定哪些材料在刻蝕工藝中被完全去除,,也可測(cè)量刻蝕后剩下的材料(取決于刻蝕類型),。使用這一方法可成功模擬原位刻蝕深度控制。使用類似方法,,也可以進(jìn)行其他類型的自動(dòng)工藝控制,,例如深度反應(yīng)離子刻蝕 (DRIE) 或高密度等離子體化學(xué)氣相沉積 (HDP-CVD) 工藝控制。


參考資料:

[1] Derbyshire, Katherine. In Situ Metrology for Real-Time Process Control, Semiconductor Online, 10 July 1998, https://www.semiconductoronline.com/doc/in-situ-metrology-for-real-time-process-contr-0001.

[2] SEMulator3D V10 Documentation: Sequences, Loops, Variables, etc.

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