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使用大面積分析提升半導(dǎo)體制造的良率

大面積分析技術(shù)可以預(yù)防、探測(cè)和修復(fù)熱點(diǎn),從而將系統(tǒng)性、隨機(jī)性和參數(shù)缺陷數(shù)量降至最低,并最終提高良率
2024-03-04
作者:泛林集團(tuán)半導(dǎo)體工藝與整合高級(jí)經(jīng)理 Jacky Huang
來(lái)源:泛林集團(tuán)

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  • 通過(guò)虛擬工藝開(kāi)發(fā)工具加速半導(dǎo)體工藝熱點(diǎn)的識(shí)別

  • 這些技術(shù)可以節(jié)約芯片制造的成本、提升良率

  設(shè)計(jì)規(guī)則檢查 (DRC) 技術(shù)用于芯片設(shè)計(jì),可確保以較高的良率制造出所需器件。設(shè)計(jì)規(guī)則通常根據(jù)所使用設(shè)備和工藝技術(shù)的限制和變異性制定。DRC可確保設(shè)計(jì)符合制造要求,且不會(huì)導(dǎo)致芯片故障或DRC違規(guī)。常見(jiàn)的DRC規(guī)則包括最小寬度和間隔要求、偏差檢查以及其他規(guī)格,以避免在制造過(guò)程中出現(xiàn)短路、斷路、材料過(guò)量或其他器件故障。

  在先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)節(jié)點(diǎn),DRC規(guī)則的數(shù)量增加和復(fù)雜性提升,導(dǎo)致傳統(tǒng)的2D DRC無(wú)法識(shí)別所有熱點(diǎn)和故障。2D DRC無(wú)法模擬或預(yù)測(cè)3D規(guī)則違規(guī),因此通常在開(kāi)發(fā)晚期才能識(shí)別到3D故障。僅靠硅晶圓廠數(shù)據(jù)和測(cè)試宏來(lái)識(shí)別開(kāi)發(fā)晚期的故障既耗時(shí)又昂貴。

  泛林集團(tuán)的SEMulator3D?虛擬制造平臺(tái)可用于進(jìn)行半導(dǎo)體器件的3D建模和基于規(guī)則的量測(cè),并用比硅晶圓實(shí)驗(yàn)更快、更經(jīng)濟(jì)的方式識(shí)別熱點(diǎn)(DRC違規(guī))和潛在故障。

  大面積分析 (Large Area Analysis) 是半導(dǎo)體工程研發(fā)中的重要概念,指為了探索大面積芯片區(qū)域內(nèi)潛在熱點(diǎn)的敏感性及其對(duì)下游工藝步驟的影響而進(jìn)行的一系列實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的大面積分析可以幫助工程師用較少的實(shí)驗(yàn)晶圓成本來(lái)開(kāi)發(fā)出最佳的半導(dǎo)體工藝。

  然而,大面積芯片區(qū)域潛在的工藝問(wèn)題非常復(fù)雜,所以半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造中的大面積分析(或?qū)嶒?yàn))空間并沒(méi)有被工程師充分挖掘。

  本文中,我們將演示如何將SEMulator3D虛擬制造用于大面積分析,并通過(guò)在大面積模擬域中識(shí)別3D弱點(diǎn)展示我們的方法。

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  圖1:使用SEMulator3D進(jìn)行大面積分析

  大面積3D DRC集成流程

  圖2是大面積分析3D DRC集成工藝圖。其中包含三個(gè)輸入值:SEMulator3D最佳已知方法工藝步驟模型、配置特定缺陷搜索標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)搜索宏和設(shè)計(jì)版圖。

  通過(guò)3D預(yù)測(cè)性工藝建模,SEMulator3D可以使用這些輸入值來(lái)識(shí)別短路、斷路、材料過(guò)量等3D器件故障。此模擬的輸出值包括基于規(guī)則的量測(cè)、(搜索宏的)故障識(shí)別、以及缺陷圖的生成。

  大面積分析工藝結(jié)束后,用戶可以查看整個(gè)大面積模擬域的測(cè)量結(jié)果。此外,還會(huì)生成包含潛在弱點(diǎn)的圖形數(shù)據(jù)系統(tǒng) (GDS) 版圖文件,供進(jìn)一步參考。

  我們可以看到大面積分析3D DRC集成工藝的每個(gè)輸出值,以及它們?nèi)绾卧诎雽?dǎo)體開(kāi)發(fā)過(guò)程中加速熱點(diǎn)和故障識(shí)別。

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  圖2:大面積分析,3D DRC集成工藝圖

  3D結(jié)構(gòu)搜索中基于規(guī)則的量測(cè)

  通過(guò)對(duì)3D結(jié)構(gòu)進(jìn)行基于規(guī)則的虛擬量測(cè),SEMulator3D中的3D模型可用于搜索和驗(yàn)證問(wèn)題區(qū)域或熱點(diǎn)。一旦有違反規(guī)則,軟件會(huì)進(jìn)行相應(yīng)提示。而2D DRC工藝可能無(wú)法識(shí)別到所有這些違規(guī)——盡管使用簡(jiǎn)單的2D DRC可以識(shí)別某些熱點(diǎn),但由于2D DRC無(wú)法顯示沉積、刻蝕或其他光刻工藝的變異性,所以結(jié)果并不完整。

  3D工藝建模包括工藝和結(jié)構(gòu)信息,可用于突顯結(jié)構(gòu)問(wèn)題,比如絕緣距離太短、接觸區(qū)域重疊或其他限制良率的設(shè)計(jì)問(wèn)題(如圖3)。在3D建模工藝中,可以建立幾何標(biāo)準(zhǔn),以研究各種器件特征的最小/最大關(guān)鍵尺寸,以及材料接口問(wèn)題和其他器件研究。這些信息可用于協(xié)助工藝/設(shè)計(jì)的共同優(yōu)化,并降低不可控性。通過(guò)在3D結(jié)構(gòu)上進(jìn)行虛擬且基于規(guī)則的量測(cè),可以在開(kāi)發(fā)早期、在硅晶圓廠數(shù)據(jù)和測(cè)試宏之前識(shí)別可能限制良率的故障。

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  圖3:3D工藝建模中識(shí)別的故障類型

  搜索宏和缺陷(熱點(diǎn))圖

  在SEMulator3D中,搜索宏可以識(shí)別大面積半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)的違規(guī)或可能發(fā)生的器件故障。當(dāng)搜索宏識(shí)別出故障時(shí)(使用基于規(guī)則的量測(cè)),會(huì)自動(dòng)將結(jié)果輸出到一個(gè)GDS文件(如圖4),展示已識(shí)別故障的位置,該GDS文件包含在結(jié)構(gòu)搜索工藝中識(shí)別的故障和缺陷。這些缺陷實(shí)際上是在3D結(jié)構(gòu)中的,所以使用2D DRC方法通常無(wú)法識(shí)別它們。根據(jù)大面積研究中發(fā)現(xiàn)的缺陷類型,可能需要在SEMulator3D中進(jìn)行工藝模型校準(zhǔn),以驗(yàn)證預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性。理論上,識(shí)別意外缺陷不需要先進(jìn)的校準(zhǔn)。

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  圖4:大面積分析模擬的GDS文件,故障區(qū)域用紅色標(biāo)記

  結(jié)論

  在不需要晶圓實(shí)驗(yàn)的情況下識(shí)別工藝熱點(diǎn)非常有價(jià)值:這不僅可以節(jié)省晶圓和掩膜成本,更重要的是,可以加速技術(shù)開(kāi)發(fā)中的良率提升。

  在最近使用SEMulator3D的項(xiàng)目中,大面積分析解決方案在開(kāi)發(fā)早期識(shí)別出多個(gè)掩膜缺陷。其中,兩個(gè)缺陷已經(jīng)得到修正,并購(gòu)買了新的掩膜。如果沒(méi)有使用虛擬工藝開(kāi)發(fā)工具,這種掩膜故障識(shí)別可能花費(fèi)數(shù)月時(shí)間、數(shù)次試樣的測(cè)試。

  隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步,大面積分析技術(shù)可以預(yù)防、探測(cè)和修復(fù)熱點(diǎn),從而將系統(tǒng)性、隨機(jī)性和參數(shù)缺陷數(shù)量降至最低,并最終提高良率。對(duì)希望按時(shí)交付新半導(dǎo)體產(chǎn)品的企業(yè)來(lái)說(shuō),大面積分析用于探究制造可行性將成為成功的關(guān)鍵因素。




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