测量FinFETs将变得更加困难

行业正在逐步迁移到芯片基于finFET晶体管在16 nm / 14 nm,但是生产这些finFETs工厂被证明是一个艰巨的挑战。

finFETs模式是最困难的过程。但计量,另一个进程正迅速成为下一代晶体管技术的最大挑战之一。事实上,计量在每个节点变得更加复杂和昂贵的。

这是一个相对简单的过程”来形容今天的平面设备。它只需要少量的计量工具技术来做这项工作。这是一个不同的故事finFETs然而,。与平面晶体管,二维设备,finFETs是三维结构,是很难衡量的。在某些情况下,结构远低于一个埃,是复杂的。(埃等于0.1海里)。

最近一次统计,计量人员使用近十几个不同的计量工具”来形容今天的finFETs类型。包括传统工具以及近六个不同的x射线计量系统。和计量不会得到任何容易在10纳米。

“计量成为一个巨大的挑战,”艾萨克Mazor说x光半导体业务的副总裁和总经理在力量。“参数的数量正在增长。客户需要使用所有的工具在一个混搭(模式)。但当我们搬到28 nm及以下,10 nm和7海里,我们会看到一个大幅增加x射线计量。”

事实上,计量人员面临着几个挑战。首先,他们必须选择正确的工具在一个有限的预算。第二,选择过程变得越来越困难。在x射线计量,例如,有一个让人眼花缭乱的技术以下acronyms-CD-SAXS HRXRD,雷克萨斯,TXRF、XRD、XPS和XRR光谱仪。

最后,计量供应商基础巩固,芯片制造商在市场上用更少的选择。一般来说,小计量供应商缺乏资源来推进他们的产品路线图。因此,更大的供应商正在吞噬较小的公司扩大其投资组合。

合并狂热达到计量世界今年早些时候,当新星获得ReVera, x射线光电子能谱(XPS)工具供应商。最近,力量获得x射线计量工具专家约旦河谷半导体。(收购前,力量的Mazor约旦河谷的首席执行官。)

轰动性事件发生在10月,当林的研究签订了一份最终协议,收购过程控制工具的巨人KLA-Tencor为106亿美元。这一提议,林将进入检验和计量市场。

还有其他拟议的交易背后的动机。“另一个方面是,当你缩小低于10 nm,的过程控制方面变得越来越重要,”戴夫Hemker说,高级副总裁兼首席技术官林研究。“现在我们控制事物在原子层面上,非常小的变化会影响最终的结果。不只是从缺陷产生的角度来看,也从设备性能的角度来看。这是最大的关键之一,让我们认识到我们必须更加在过程控制领域。”

计量的挑战
可以肯定的是,计量世界是在不断变化。今天,芯片制造商使用传统的计量工具来描述平面设备。这些工具包括原子力显微镜(AFM),临界尺寸的扫描电子显微镜(CD-SEM),光学CD (OCD)。

afm使用微型探针,使测量。CD-SEMs采取自上而下的测量。和一个强迫症,称为散射测量,测量光的强度的变化。

这些工具为平面设备工作,但finFETs另一组挑战。例如,平面测量设备需要六个不同的CD。相比之下,finFETs需要12个或更多不同的CD测量,如门的高度、翅片高度和侧壁角。

这只是冰山的一角。”过程windows finFET的形成以及削减面具迅速缩小多个光刻,刻蚀和沉积步骤有助于最终模式变化,”阿迪Levy说,副总统的模式在KLA-Tencor 5 d和营销部门。“此外,增加测量采样也是需要在横晶片的变化随着时间的变化,开车需要快速计量测量技术,可以在生产中实现。

“高级节点,finFETs也需要紧薄膜沉积控制门堆栈,”Levy说。“因为这些电影的质量直接与晶体管电气性能,新一代的电影需要测量工具测量能力和提供反馈在这些关键膜层严重紧缩的准确度和精密度。”

这个问题?afm、CD-SEMs和强迫症可以为finFETs进行三维测量,但他们各有不同的限制。例如,CD-SEM提供了一些但不是全部三维成像能力。AFM缓慢的吞吐量。

强迫症需要复杂而耗时的模型。它还需要参考数据校准工具。获得参考数据的一种方法是减少晶片和检查使用横截面透射电子显微镜(TEM)。但有时,这是一个缓慢而昂贵的过程。

的解决方案
那么解决方案是什么?不幸的是,没有一个工具,可以处理所有finFETs计量需求。所以芯片制造商抛出一批工具技术的问题。例如,今天的原子层沉积(ALD)是用于多个应用程序,如DRAM的电容器的形成,gate-stack在逻辑、多模式等。“ALD-enabled模式需要的特点,”Han Jin Lim说,三星研发中心的技术人员。“当前计量一直在发展,因此使用CD-SEM(行业),强迫症等。”

但幸运的是,供应商正在改善他们的工具的功能,从而使计量人员奋力一搏的机会。

今天,强迫症是主力技术在线计量finFETs流。强迫症特征和显示器的翅片形状和cd。”结果的改进功能的最新一代CD光学系统,这种技术的产业转型模式控制在10纳米,“KLA-Tencor Levy说。“但随着工业设计从一个节点移动到下一个,计量工具的挑战,无论是光学或电子束,总是包括信噪比率,准确性,匹配的易用性和生产价值。另一个挑战是减少依赖复杂的几何模型为CD光学测量和光学CD的一步使直接相关的测量参数,如焦点,剂量和CD。这一点,反过来,可以驱动faster-time-to-result和更好的模式控制。”

强迫症被用于一些但不是全部finFET的应用程序。说:“强迫症是做鳍奥弗·亚当,全球产品经理应用材料、CD-SEMs供应商和其他产品。“但是关于门鳍,强迫症并不是做的很好。花太长时间在发展。也失去了在之间的相关性和文士。”

门在鳍的应用,CD-SEM正在流中的进展,阿丹说。使这个应用程序中,应用材料添加tilt-beam CD-SEM技术,这可以从一个角度的图像结构。

另一个技术,AFM,也是热门,作为工具的厂商已经提高了易用性。三星,用AFM对SRAM细胞在一个NMOS结构finFET 10 nm的一部分。”(一个)AFM-based nano-probing系统没有电子束的损害,因为它使用地形由AFM图像代替SEM为指导的接触水平,“Jonghyuk Kang说,一位工程师在三星,在最近的一次事件。

不过,传统工具不够完全。为了说明问题,GlobalFoundries最近发表了一篇论文在对一个假设的SOI finFET计量的挑战。的目标是描述cd、厚度和组成的硅锗硅化合物的鳍。

GlobalFoundries评估强迫症和x射线计量工具。“散射测量是可以测量的鳍。然而,我们需要参考计量验证它。和一般工作在紧张的过程窗口,”克里克里特岛说GlobalFoundries咨询工程师。

希望能找到一个替代的解决方案,GlobalFoundries评估不同的x光技术,即高分辨率x射线衍射(XRXRD)、x射线荧光光谱仪,和基于XPS和光谱仪的组合工具。“我们的目标是评估多个x光技术,试图确定一个兼容的大批量生产解决方案,”克里说。

XRXRD XRD,用于描述晶体材料。光谱仪看着表面污染。和光谱仪/ XPS组合工具不仅看着水面,但它是用来确定晶圆和化学组成。

根据研究的结果,GlobalFoundries确定光谱仪/ XPS组合工具是生产价值。XRXRD显示了承诺,但光谱仪是排除的方程,根据该公司。

总之,GlobalFoundries和其他芯片制造商将继续使用传统的计量技术在生产中,但x射线的进展。然而,有一些权衡。“对于大批量生产,散射测量是主要的选择。比x射线技术快得多。然而,“GlobalFoundries散射测量需要参考计量,”克里说。

尽管如此,一些x射线计量技术方面进行了大规模的改进功能和吞吐量。其他人则在研发。

x射线计量并不新鲜。十年前,芯片制造商开始使用x射线反射率(XRR)薄膜测量。随着时间的推移,x射线计量更广泛地使用,特别是在芯片制造商需要更多的和困难的测量在埃级。“现在,我们看到(x射线计量使用)更多的应变硅与硅锗,”亚当·范斯坦说,力量,产品管理总监afm的供应商,x射线工具和其他系统。“我们看到它与源/漏在14 nm和10纳米。我们可能会看到它与III-V或锗硅鳍我们去7和5 nm。”

芯片制造商正在使用一些x射线技术,尤其是XPS, XRD和光谱仪。“XRD正在成为一个关键的计量技术选择性epi的增长,”力量的Mazor说。

XRD的缺点是吞吐量。“光谱仪和XRR不是一个问题在生产力方面,“Mazor说。“XRD需要多一个数量级的强大的来源。”

与此同时,下一个大事件是一种非破坏性技术称为CD小角x射线散射(CD-SAXS)。CD-SAXS拥有令人印象深刻的决议,但是吞吐量是缓慢的。它使用一种x射线源,目前并不会产生足够的能量。

CD-SAXS正在取得进展,至少在研发。在实验室里,英特尔和国家标准与技术研究所(NIST)的12纳米线在设备上。行之间的空间小于0.5纳米。使用CD-SAXS,研究人员获得的测量,精确到0.1纳米。

然而,CD-SAXS不是准备就绪。说:“吞吐量仍然是主要限制约瑟夫•克莱恩NIST材料工程师。“有几个公司和研究小组致力于研究一种新的紧凑的x射线源,将使CD-SAXS可行的工作提出如果来源。”