短缺引发新的组件生命周期解决方案

半导体行业的供应链问题促使一些创新的解决方案和解决方法,虽然他们不解决所有的问题,他们是提高效率和延长设备寿命。

短缺,影响从汽车中使用的芯片,物联网,消费者ICs使用的设备制造和测试——跨越全球供应链。他们导致过程工具安装延迟,设备短缺,以及大宗商品和原材料的不一致性,包括气体、KrF光阻,CMP泥浆,甚至不锈钢。这些问题不可能很快固定或容易,他们与其他零件和过程相联系的,只是增加更多的能力在一个区域并不能解决所有的问题。ASIC短缺可能是由于与测试人员问题,光致抗蚀剂过滤器和包装设备和材料用于底直接处理这些晶片。

“除了fpga,非常长的交货期,吃使用许多定制asic不得不争取工厂产能,“肯·尼尔说,战略业务发展经理Teradyne。“我们将积极投资材料很久以前,已经能够保持合理的交货期为我们的客户。我们有很多人负责材料,当我们需要它。”

具有讽刺意味的是,工具所提供的半导体技术,人工智能,机器学习,数字双胞胎,等等——将那些使改进fab-packaging协调,确定收益率问题更快,控制供应链,并帮助该行业获得优秀劳动力增长受限环境。

内特·巴克斯特,东京电子的美国,总统指出,公司的合并数字工具的集成电路设计、工艺设备,计量(虚拟和硬件),并解释了如何使用这些工具公司的卓越中心,像美国的研发、制造和工具集成总部在奥尔巴尼,纽约。他表示,该公司执行EUV光刻、FEOL BEOL和异构集成中心,为包装电话目前设备利用了15000多个传感器,使更快的诊断过程,先进过程控制和数据分析。

图1:达到行业增长预测,晶圆厂采用技术,使更高的收益率,生产力和智能制造。来源:电话,半空间站

在最近的先进半导体制造会议(ASMC),几个谈判解决机器学习和人工智能在晶圆厂的使用来提高产量、工具性能和运行效率。在工具层面,先进的建模是改善流程、库存管理和组件的利用率。在晶圆处理工具,例如,一个特定组件的生命周期可以随过程温度、化学和其他因素。

“半导体工具看到大客户,客户之间的工艺条件的变化,工具,工具,和位置的组件内的工具。这些因素都会影响显著部分的可靠性。例如,两个气动阀——一个暴露在恶劣的环境条件,第二个操作建立环境条件下在相同的工具,可以有不同的寿命,”解释Swajeeth Panchangam,可靠性工程师林的研究。

Lam开发了一种新的可靠性模型组件的生命周期,在这种情况下确定相同的o形环可以可靠地处理晶片减少40%当承受更高的温度过程相对于温度较低的过程。Panchangam指出这样一个模型可以帮助工程师更好地计划所需的库存并根据实际安排预防性维护组件建模。

在某些情况下,工程师大幅修改他们的流程来提高产量和质量产生的芯片,有一个受欢迎的组件寿命更长。微米的300毫米记忆工厂正在经历客户回报,追踪到一个不完整的位线腐蚀引起的空气分子污染电感耦合等离子体腐蚀装置。

“我们发明了一种新的连续等离子体过程(CPP)腐蚀,消除压力稳定在几个蚀刻步骤,以及一种改进waferless室清洁(WCC)来消除系统的收益率远足从这个失效机理和消除客户回报,”杰夫说,杰出的成员在微米技术人员。

最大化组件和工具的可靠性
组件生命周期建模很难执行,由于不同的晶片遇到的工艺条件。

“有一种强烈的需要一个系统的指导如何使用字段数据模型半导体组件寿命,”林的Panangam说。他指出,在评估组件的生命周期,工程师通常使用经验模型。问题是这些往往是保守的,减少组件寿命与不必要的改装,并增加成本由于更频繁的更换部分和系统停机时间。他还说,高级生命周期建模使最佳预防性维修调度和库存的袜子什么是必要的,当它是必要的。晶圆厂今天预计工具可用性在90%左右。

“我们提出了一个模型,利用现场数据,将失效模式,和理解的物理根源故障(见图2),“Panagam说。“我们发现新的应用程序上的操作条件,看看失败机制正在改变或保持不变。”

案例研究是一个o形环的天花板组件之间的远程等离子体清洁工具和隔离阀上面的莲蓬头分布管的远程等离子体清洗腐蚀装置(见图3)。

现有流程,积极过程化学和温度,发生在更高的温度在新的过程。随机模型(Coffin-Manson生活压力模型)的估计寿命分布在新操作的温度。成本函数是用来确定最优时间更换o形环。(工程团队报道过程取代部分时间在小时,即使晶圆加工的数量实际上是跟踪,保护客户的数据)。Panangam的团队确定失效模式(o形环磨损由于化学攻击)是相同的,但o形环的最佳寿命是2500小时和4000小时的低,前处理温度。结果下午帮助安排适当的时间间隔为这个过程和维护足够的库存部分。“现在,当我们必须打电话关于组件,模型和成本函数指导潜在的替代在生产环境中,“Panagam说。

图2:最优的更换周期是基于随机建模、失效模式和动作可靠性分析,成本函数。来源:林的研究,ASMC半

o形环磨损腐蚀装置的远程等离子体清洁工具

图3:RPC组件的更换周期由原来的4000调整到2500小时(晶片等价物)根据现场数据更高的热负荷。来源:林的研究,ASMC半

生命周期模型,成本函数提供了o形环更换时间
可靠性和工艺工程师偶尔确定故障是由于系统的工具问题。这第二个例子展示了一个现有的过程再造来解决现场故障的根源,最终显著提高处理吞吐量和减少部分的重置成本。

DRAM在马纳萨斯,弗吉尼亚州微米开发了一种新的连续等离子体过程与一种改进的300毫米ICP刻蚀机waferless室清洁(“)。公司正在经历一个小数量的内存设备故障和失败死亡主要集中在晶圆中心(参见图4)。工程团队假设的缺陷可能是由于碎片从ICP刻蚀注射器到晶片在等离子直流偏压的时候不在。

“我们一直在努力解决这个问题多年来与不同的过程改进,但是我们决定引入一个持续等离子体过程也是一个新的waferless室永远干净(“)来解决这个问题,“微米的你们说,谁提出了新工艺在半ASMC最近的。

空气分子污染问题是导致不必要的工具停机(更换注射器,修改了),但最重要的是,客户设备的回报。集成、多步骤的腐蚀和室清洁有20个步骤。新过程中,你们的团队300毫米'晶片用于内联表征和探测器,SEM / EDX识别污染物,TEM检测位线CD测量和概要文件。微米决定实施一个连续的等离子体蚀刻过程因为削减腐蚀之间的稳定措施,hardmask 1, 2,等等,都是造成污染。

“就像冰箱,它不会帮助把它关掉,回头和等离子体蚀刻室是相似的,”叶说。”,导致了持续等离子体过程(CPP),和一个变化在waferless清洁从低压到高压等离子体激活更多的激进分子在等离子体优越的氟碳移除。“包括三个步骤——积极的等离子体腐蚀,O₂烧,然后介电第一步外套腔,“你们说。“我们调整了inner-to-outer气体喷射器比更好的去除碎片堆积喷射器墙上。”

最后过程配方参数调整导致统一位线腐蚀概要文件。微米的结果显示有1%的收益率提高,大量工具吞吐量增长8%原始过程时间短,更少的停机时间收益率旅行工具,和降低成本为新的和再生气体喷射器ICP腐蚀装置。

“现在我们不需要经常更换注射器,较少产生远足,有优越的位线控制和配置文件(见图5),并避免返回材料从我们的客户授权,”叶说。“我们把这个新的,最有名的方法(参见图6)先进技术节点。”

图4:晶圆中心污染导致内存bitline失败不完整造成的腐蚀。资料来源:微米,ASMC半

图5:改善bitline概要文件是连续室等离子体腐蚀的结果,优化喷射器流动和优化调节前硅片腐蚀过程。资料来源:微米,ASMC半

图6:新工艺消除稳定蚀刻步骤之间的转换和优化“清洁更多副产品组件寿命更长。资料来源:微米,ASMC半

结论
行业智能制造的雇佣越来越多的方面,包括评估的新模型组件生命使用多种工具和诊断传感器过程或产生问题的早期迹象。工程解决方案从工具到工厂水平将把更先进的建模、机器学习和反馈机制,解决问题快,保持工具和工厂生产好设备。

引用

1. Panchangam和k . Gowdaru“基于随机可靠性模型最优计划维修半导体过程的工具,半ASMC, 2022年5月。
2. j .你们,j·李和m·戴维斯,“连续等离子体蚀刻过程Waferless室清洁优化减少缺陷通过消除中心喷射器阴影,“半ASMC, 2022年5月。