让尖端节点的芯片产量更快

半导体制造的模拟正在升温，特别是在最先进的节点上，数据需要在变化和不良率等因素的背景下进行分析。

《半导体工程》采访了Lam Research公司计算产品副总裁大卫·弗里德(David Fried)，谈论了Lam最近收购微软的背后原因Esgee技术该公司开发了用于模拟等离子体和反应流系统的软件，应用于各种工业领域。讨论的重点是制造流程中发生了什么变化，以及为什么模拟蚀刻和沉积过程中发生的事情突然成为降低成本和生产时间的重要途径。以下是那次谈话的节选。

SE:为什么芯片行业需要等离子体模拟，为什么是现在?

炸:在沉积和蚀刻方面都有很多挑战，这要求我们在特定的等离子体控制能力上下功夫。其中大部分工作是在硬件设计上——物理上设计试验室和设备——以及工艺配方设计和控制。所以，这不仅仅是关于你如何建造密室，而且是关于你如何使用密室的各种特征和设备来控制过程行为。如果你看看一些具有挑战性的腔室活动的具体例子，例如在先进的3D NAND制造中使用的非常高宽高比蚀刻，这种等离子体控制是至关重要的。我们所做的推动腔室处理的最先进技术的大部分工作都依赖于对腔室中等离子体的复杂控制。这也从蚀刻延伸到沉积，因为等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和等离子体增强原子层沉积(PEALD)工具在整个芯片行业中普遍使用。

SE:所以基本上，这个过程会变得更细粒度?

炸:是的，随着我们增加控制的数量和可以控制的旋钮的数量，你打开了这个巨大的过程选项空间。如果您从硬件设计的角度和基于晶圆的工艺开发的角度来试验这些选项，那么这将变得非常耗时和昂贵。无论是在硬件方面还是在流程工程方面，仿真都可以极大地减少时间和成本。

SE:这适用于成熟节点，还是只适用于高级节点和打包?

炸在成熟节点，如果我们可以通过等离子体控制来改善工艺性能或缺陷，这对我们的客户来说是一个巨大的优势。模拟可以应用于这种开发。但主要应用将是在先进技术中，最先进的蚀刻和沉积能力，例如在前沿逻辑、DRAM和NAND中使用的那些。这就是我们设计最先进的舱室的地方。

SE:在最先进的节点上，由于制造缺陷，我们听说逻辑上有无声的数据错误，这些错误不一定会被发现，因为这些芯片是高度定制的，并且是小批量生产的。这会产生影响吗?

炸:第一项业务是以极其统一的方式生产芯片，无论这是数据中心芯片还是移动电话芯片。这些芯片中的每一个都使用相同的工艺技术和相同的加工设备。所以我们真正谈论的是质量和对特定工艺技术的控制。设计会有所不同，当然在设计方面有很多有趣的工作，包括设计技术的协同优化。但是从能力、可变性控制和质量角度来看，过程控制需要最好的过程技术。能够在3D NAND阵列中以精确的尺寸规格钻出一个通道孔是非常重要的，但我们必须在单个晶圆上钻出数万亿个这样的孔，且尺寸和质量完全相同。这需要精确的室尺度控制-控制工艺室中的条件，使它们对进入该室的每个晶圆非常一致。这就是设计最先进的蚀刻或沉积工具的原因。接下来的问题是，“我们如何在工艺配方和控制中使用腔室硬件选项来保持所需的均匀性水平?”价值链中的每个人都必须尽自己的一份力来减少可变性。

SE:如果在一个房间中使用的一种气体有某种不规则性，并且它的排出速率与另一个房间不同，或者它没有达到你需要的纯度，你能发现并调整它吗?

炸这个问题有两个方面。首先，我们能理解这种效应吗?这就是模拟具有巨大优势的地方。能够使用计算机模型模拟这些变化并快速回顾结果是模拟的真正亮点。它提供了对变化影响和过程对这些变化的敏感性的深入理解，从而允许您防止这些变化。会有一些变化对质量或产量几乎没有影响，而您不关心这些变化。在某些情况下，如果气体变化，这可能无关紧要。您可以根据模拟结果对工作进行优先级排序，以最小化可变性，然后防止可能影响质量或产量的问题。这并不是关于能够实时捕捉这些变化。更重要的是要深入了解这些变化的敏感性，防止需要防止的变化，并能够有一个具有可接受的规范的过程。

SE:你如何消化所有这些数据并有效地应用它们?

炸:我们的实验室里有很多传感器，我们从这些传感器中产生大量的数据。但是，深入了解所有这些数据的真正含义是至关重要的，特别是当你在讨论等离子体物理学时。有些过程效果相对容易理解。它们是相对线性的，所以只需要一个学科来模拟结果。如果我在做湿处理，我需要了解发生了什么化学反应。当我在做退火的时候，我必须理解退火的热物理。这些都是相对简单的学科。但在等离子体处理中，情况就不一样了。有化学、流动、粒子物理和电路效应。所有这些影响都是非线性和复杂的。 Being able to take sensor data and understand what it means and how to use it for any type of control requires a much, much deeper level of technical understanding of what is going on in the chamber. Plasma processing is one of the core enablers for the entire semiconductor industry, but it has a level of complexity beyond anything else that happens in the fab. And that is where we are really focused, and why plasma simulation is so critical. This is also one of the benefits of the acquisition of Esgee Technologies and the capabilities it adds in chamber-scale plasma simulation.

SE:所以有很多数据需要处理?

炸:是的。我们在整个价值链上产生大量的数据。在整个系统范围内，能够生成实际有用且可操作的数据是至关重要的。这些数据完美地说明了我们设备的核心差异化。我们不是为了生成数据而生成数据。我们正在生成的数据将在我们的核心设备业务中立即付诸行动。

SE:如果你能提前预测所有这些因素，那么对收益率和收益率的时间有什么影响?

炸如果我们在开发设备和工艺配方时能够理解这些影响，我们就能以更高的质量和更低的成本提供更好的性能。因此，如果我们能够以更好的均匀性、更低的可变性和更好的能力向晶圆厂交付设备和工艺，那么晶圆厂就可以以更稳健的方式将这些工艺纳入其流程，并设计出更高的产量。每次我们缩放一个节点，缺陷的大小和密度必须显著降低。在每个缩放节点上，“足够好”变得更加困难。每个芯片都有更多的晶体管，更多的逻辑，更复杂。设计具有更高质量和更好性能的设备和单元工艺对于扩展到下一个半导体节点至关重要。晶圆厂可以在一定程度的缺陷下工作，但随着下一代芯片的发展，它们将不得不支持比现在更低的缺陷。

SE:机器学习有助于解释这些数据吗?

炸:当然，解释这些数据需要高度复杂的模拟，其中包括机器学习。除了在实验室中生成的硬件数据外，我们还将生成大量的模拟数据。我们可以使用先进的数据分析、机器学习和人工智能来结合所有这些数据，从而推动更快的模拟和更快的解决方案。这是我们正在努力的一部分，还有其他一些举措。

SE:你认为模拟还有什么好处?

炸使用模拟技术，结合物理基础设施，我们可以比没有模拟技术更快、更经济地为客户和行业提供解决方案。这是一个新的工具，它是一个真正的大锤子，它还连接了其他数字功能。举个例子，对于那些没有晶圆厂的人——比如大学——他们可以模拟创新想法，就像你可能使用实际的半导体处理硬件一样。这让我们在全球范围内打开创新渠道。如果你想想发展中国家的半导体教育，你是如何实现的?他们没有晶圆厂、实验室或半导体设备来进行探索。但如果我们能提供这种设备的数字等等物，我们就可以开始从全球各地从未接触过这种设备的人那里获得创新。以前，这种创新起源于实验室或晶圆厂，但在世界范围内可用的并不多。我们可以对这个行业进行数字化改造，让世界各地不同社会经济背景的人都能参与到这项创新中来。这可能会导致我们行业的创新爆发。