寻找3 d计量

在过去的二十年中,芯片制造商做了一个大胆的选择但必要的决定finFET作为下一个晶体管集成电路产业的体系结构。

不过,随着时间的推移,芯片制造商发现finFET将工厂的一些挑战。沉积、光刻和蚀刻明显的障碍,但在计量芯片制造商也看到一个巨大的差距。

事实上,计量工具能够测量结构两个维度,并在三维空间中在某种程度上,但这不是近好finFETs的复杂性。与传统的平面晶体管,finFETs各式各样的三维结构,是很难衡量的。

填补这一缺口,该行业多年来一直致力于一个新的类所谓的3 d计量工具,据说可以测量两个和三维结构符合成本效益的方式。

今天,最大的问题是明确的:该行业还在3 d计量?答案是不太清楚。当前计量工具可以提供比以往更多的三维测量。但和之前一样,没有单一的系统,它可以做所有的事。

总之,芯片制造商与finFETs发现解决的挑战,但它需要越来越多的在线计量工具只是为了跟上设备的复杂性。这包括近六个系统基于x射线技术,有时是一个缓慢而复杂的过程。

“测量步骤的数量呈几何级数增长,”阿洛克Vaid说,经理的光学计量GlobalFoundries。“我们正在累积更多的在线计量技术,因为需要。不仅仅是测量小尺寸的需要,但它也是复杂的集成计划。”

还有其他挑战。“我们看到爆炸的过程层,”布赖恩说Trafas,首席营销官KLA-Tencor。“我们也看到许多类型的复杂的电影栈。”

展望未来,计量社会需要更多的突破,解决当前和未来的设备。事实上,仍然有许多的缝隙流,如在计量和x射线的生产力工具。

平面,finFETs
几十年来,该行业已经使用在集成电路设计中平面晶体管。但在20 nm,平面撞墙是由于短沟道效应。所以,行业正在朝着finFETs。说:“finFET提供更低的能量绝对低,铸造营销高级总监三星半导体。“电流的通道,3 d。我们必须使它的3 d这样的电流在该地区增加。”

集成电路制造业finFETs仍然存在一些挑战。“我们必须诉诸浸多模式技术,“低说。“没有其他办法解决。”

将升级10 nm和超越的挑战。“这不仅仅是光刻。还有许多其他问题,如对齐,边缘位置误差和计量,“Girish迪克西特说,副总统的流程应用程序林的研究。“当你开始测量这么小的特性,然后谈论一致性和控制模式。控制成为一个更大的组件的整体工程工作这个行业需要做。”

事实上,计量的科学测量和描述微小结构和材料,在每个节点变得更加复杂和昂贵的。总的来说,工厂的过程控制采样率增加了80%从130纳米到今天的前沿过程,根据Canaccord Genuity。

在45 nm制程芯片制造商为平面设备使用传统的计量工具。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),膜厚度系统和光学CD (OCD)。

然而在finFETs,给定的计量工具必须12个或更多不同的测量,如门的高度、翅片高度和侧壁角。每一个零件还需要一个或多个单独的测量。

对于finFETs,计量人员使用传统的工具。此外,他们还必须使用基于模型的红外反射计(MBIR)、透射电子显微镜(TEM),和几个x射线技术工具。如果这还不够,计量人员正试图把一种新技术叫做混合计量流量。

的技术
那是计量人员如何解决的复杂性finFETs今天好吗?CD-SEM传统工具,使用一个集中的电子束产生信号的表面结构。平面晶体管的CD-SEM是一个关键的计量工具,但在同一时间,这些系统只能为finFETs做有限的工作。工具可以测量翅片宽度,但它不能形象的翅片高度和侧壁角。

因此,CD-SEM finFETs在外面看着。事实上,强迫症了最大份额的测量finFET计量流程,至少在早期阶段的斜坡。一个常见的一种强迫症,称为散射测量,测量光的强度的变化。

CD-SEM供应商,然而,最近通过添加tilt-beam反击能力的工具。”有两个重大突破在CD-SEM方面,“说GlobalFoundries Vaid。“突破是获取三维信息的二维成像。一个办法是倾斜。而不是自顶向下看,你稍微看一个角度。现在,它可以测量高度和侧壁角。它仍然无法衡量其他参数,强迫症。但它确实填补关键缺口。”

应用材料,增加其CD-SEM tilt-beam技术工具,使其能够得到finFET计量流中分一杯羹。说:“现在,这一趋势正在改变奥弗·亚当,全球产品经理应用材料。“强迫症不会消失,但我们看到的是,high-k /金属门给游戏带来了金属。金属和强迫症不一起去很好。金属是光学混淆。门的尺寸在强迫症的鳍变得太复杂。”

总之,芯片制造商正在使用强迫症对于某些应用程序和CD-SEM他人。“强迫症是做鱼翅。但是关于门鳍,(OCD)不是做得很好。花太长时间在发展。它也失去了在和文士之间的相关性,”阿丹说。“CD-SEM做门的鳍。这就是CD-SEM实用的应用程序。”

芯片制造商也使用CD-SEM另一块令人疑惑的互连。使用反向散射技术,CD-SEM被用于测量双波纹结构,他补充说。

然而,强迫症并不是静止的。敲强迫症是芯片制造商必须开发复杂而耗时的模型。“他们中的大多数,尤其是像强迫症,基于模型的厚度和MBIR,需要参考数据校准。如果你不引用数据,不能使用这些技术,“GlobalFoundries Vaid说。

获取引用数据的一种方法是减少设备的晶片,做一个横截面使用TEM。“我们的发现是,TEM过程变得更加昂贵,是成为控制因素,”乌尔说。

作为回应,GlobalFoundries及其合作伙伴已经开发出一种技术,可以预测TEM的参考数据。“如果你能预测,你节省很多时间和成本,”他说。“我们将使用更高级的分析建模解决方案给我们更多的信息,解决我们的时间来解决问题。”

强迫症是应对其他挑战。“总是CD-SEM的空间,但你真的需要光学CD对于一些复杂的三维结构,“KLA-Tencor Trafas说。“FinFETs,作为一个例子,有多层堆栈,但是他们非常薄。finFET,如果我有一个轻微的偏差在膜层,它可以极大地改变设备的性能。”

供应商KLA-Tencor强迫症和其他工具的类型,最近推出了SpectraFilm LD10系统能够解决film-stack挑战。该工具可以支持从深紫外波长红外(IR)。“我们IP取自我们的检验平台。它有一个非常聪明的源和宽带。从红外波长190纳米。finFETs,我可以使用深紫外测量那些薄氧化层,”Trafas说。

不过,有一些空隙和强迫症。一般来说,不衡量实际产品的工具。相反,他们衡量一位代表,或抄写员,结构。抄写员之间的测量结构和实际的设备应该匹配。“高级节点,尤其是3 d设备,关系开始破裂,“GlobalFoundries Vaid说。“我们需要在测量技术。我们有一个缺口。”

在有限的程度上,AFM和CD-SEM可以支持在计量。强迫症是追赶。KLA-Tencor,是解决在计量问题。该公司最近推出了一个新的覆盖计量工具,利用小目标,包括在目标。

另一个差异是生产力的大量x射线计量工具用于finFET流。流,芯片制造商使用以下technologies-high-resolution x射线衍射(HRXRD);低能电子诱导x射线
发射光谱法(雷克萨斯);x射线荧光(光谱仪);x射线光电子能谱(XPS);和x射线反射率(XRR)。

“这些x射线的工具都是实验室的工具。现在,我们把它们串联来衡量这些新流程,”乌尔说。“在某些情况下,他们是适于生产的。在其他情况下,不。他们中的一些正在学习和变得更好。”

在一个步骤解决问题,强迫症工具供应商新星测量仪器最近收购了ReVera, XPS-based工具的供应商。新星的目标之一是提高XPS的生产力。用来测量的关键,组成一个电影或表面的性质,XPS照亮表面与低能量的x射线。

不过,最终没有一个工具,可以处理所有finFETs计量需求。所以在一段时间内,芯片制造商一直在谈论一个叫做混合计量技术。在这种方法中,芯片制造商使用不同工具的混搭技术,然后结合的数据。举一个例子,一个finFET结构是衡量CD-SEM和AFM。然后,结果被送入一个强迫症的工具来验证模型。

不过,混合计量仍在开发的早期阶段。面临的挑战是把对手工具在相同流中,并告诉竞争对手合作。

尽管如此,在计量芯片制造商将需要更多合作在一种或另一种形式。否则,IC制造商将继续对付finFET生产。“协作是非常重要的。我们不能产生自己的一切,”乌尔说。