在10/7nm利差变化

变化在不同的生产设备变得越来越麻烦的芯片制造商推动10/7nm和超越。

过程变化是一个众所周知的现象在先进的节点。但是一些实际上是由于设备的变化完全相同的模型从相同的供应商。通常这将远远低于雷达的半导体行业。但是作为变异成为严格的公差在高级节点,开始传播的影响,越来越多的企业在生产的生态系统。

公司装备铸造位于实际用户的变化一直是一个问题。它可以影响一切从一个工厂的正常运行时间晶片产量,以及芯片性能和后期制作芯片的可靠性。

“我们一直有问题匹配的工具,”加里·巴顿说,首席技术官GlobalFoundries。“这总是至少需要一些努力,即使同一品牌的工具。finFETs,你要有正确的配置文件,你需要调整化学匹配的一切。”

工具之间不同的是变化,集体跨多个工具,越来越有问题的节点数量减少。“变化是比过去高很多,”沃尔特·Ng说,企业管理的副总裁联华电子。“你需要做资格每次你打开一个新工具,因为它可以是一个容量限幅器。”

设备制造商认识到这些问题。大多数正在研究解决方案。

“减少变异通过系统匹配和室匹配满足是否是基于严格的可变性需求变得越来越重要,”杰森说盾牌,过程控制的副总裁林的研究。“先进的技术,如数据分析子系统诊断,和机器学习,正在开发,以确保每个系统生产模具和完全相同的晶片过程的结果。验证的结果和实时反馈与新的传感器功能将使高级分析端点控制的更多信息,故障检测,漂移控制和快速匹配。”

但有效地解决这一问题需要改变整个供应链因为没有单一的原因。它基本上是很多小问题加起来是一个更大的问题,它包括从气体的纯度、压力在不同的蚀刻室,在电源的一致性,甚至权力本身。但在整个供应链中,一些因素是比其他人更明显。

“流程工具变化的主要来源在晶片,“说Neeraj Khanna说客户参与高级主管KLA-Tencor。“流程工具可以添加颗粒物沉积期间,腐蚀或清洗过程。他们可以从中心的漂移过程或履行过程步骤不均一。这些过程不一致导致within-die, within-wafer或薄片偏差特征形状、叠加和CD,或造成大范围的缺陷类型。给定类型的流程工具可以很不相配,创造差异晶片,通过不同的流程工具。所有这些问题会影响产量。”

这是特别明显覆盖问题有累积效应,因为他们从流程流中的多个步骤结果。

从扫描仪和面具“所有设备通过你的计量工具和材料会吃掉你的错误预算,“说Regina释放,高级主管模式技术应用材料。“最大误差预算或边缘位置错误或EPE允许大约四分之一的音高。关键层的高级节点,特性音调将低于40 nm。这意味着的总变化过程来创建这些小的特点,使他们下一层必须低于10纳米。如果你看看例如通过,通过创建使用沉积、刻蚀和光刻技术。通过将需要对齐到下面的金属层,将创建使用多个模式。考虑到许多流程步骤涉及到创建行/空间金属模式,您快速加起来远远超过10流程步骤。这意味着平均每个工序都有一个非常小的预算。所以所有过程工具和计量工具都受到影响。看5 nm,变得如此难以解决的问题,唯一的路径收益率将自对准模式。”

光刻技术
光刻一边变化尤为明显,其中一个EUV扫描仪不一定是一样的next-even如果他们销售设备相同。不同的是类似于一个手动打字机,一个关键可能比另一个不同的罢工在一台机器上,即使他们都卖的是相同的模型。但在10/7nm,只是一个或两个纳米可以产生影响。

“我们用来对付公差50到100倍,”约翰·Sturtevant说技术营销主管导师,西门子业务。“在未来,你可以看到制造商分裂谁因为什么CD(临界尺寸)预算的变化。,其中可能包括从直线边缘放置到模式位置,它可以创建需求选择性沉积和选择性腐蚀。”

Sturtevant指出,设备一直是由工艺和设备工程师资格,这样当预防性维护是必需的,其他设备可以代替。

“有什么新EUV每个镜头都有自己的“指纹”,有一个短暂的镜头组件。扫描仪提供者可以测量畸变,这些畸变影响成像。最重要的是,的性质和放大率变化取决于照明方案。但整个范式的OPC是你让一个模型代表所有模型。您可能需要两份十字线,但设计数据是相同的。如果有差异的工具,即使是一个或两个纳米是实质性的。现在在边缘位置范围是6海里。扫描仪,畸变水平可能是2.5到3海里。如果我们开始看到5海里,那将是灾难性的。”

图1:Tool-to-tool畸变变化EUV光刻。来源:导师

ASML,此时的唯一提供者EUV扫描仪,在查看这个问题从“子组件”水平,根据克里斯•斯宾塞ASML的先进技术开发的副总裁。“你可以在这里找到1海里,0.5 nm在许多过程。随着计算光刻技术,我们开发了新的模型,这是必要的,因为所有的面具越来越小功能。193年我被研究的很透彻了。你可以把规格得到更好的控制。与EUV,有新材料和挑战。有多层面具,新的成像技术挑战,因为它是不对称的,所以它必须得到补偿。耀斑,所以你必须回到让面具打印正确。这是一个工具,覆盖和CD控制。”

在未来的节点,这些问题只会变得更糟。”3 nm节点,EUV推断统计学将产生一个影响光刻的步骤,“说奥弗·亚当,应用计量主任。“一旦EUV抵抗线作为芯棒基于间隔距分裂(达到3 nm节点),线边缘粗糙度(l)的EUV行可以转移到逆电流器造成线摆动,又名线宽粗糙度(轻水反应堆)。影响CD和叠加——即EPE。需要过程技术抑制转移的粗糙度光刻一步垫片。或者它可能是更有价值的分裂球场次非EUV光刻技术的基础上,用更少的推测学。”

图2:EPE利润率收缩与每个节点。来源:应用材料。

持续的计量
似乎是取得进展的一个想法是什么就是持久的计量。它以不同的名字。台积电称之为工业物联网。在欧洲,它属于行业4.0的标题。通过持续监控这些系统的变化,变化可以最小化和产量可以增加。

“这是整个工业物联网背后的想法,可在这些节点为晶圆厂产生重大影响,”Joanne Itow说,对制造业Semico研究董事总经理。“你需要不断和监控和反馈结果。如果有任何偏差,需要去调整。晶圆厂使用要做到这一点,但他们要的只是测量在一个时间跨度下维护。现在你必须不断测量。台积电已经与他们谈论这个工业物联网的实现。什么是标准的了。都是定制的,它需要更多的关注。”

强烈支持的设备供应商,部分是因为它为他们开辟了新的机会,部分原因是它减少了为客户惊喜。

“今天在领先的晶圆厂,过程变化需要仔细控制工具监测快速纠正措施可以采取,“心理契约的Khanna说。“否则,错误添加和缠绕在晶圆片在这个过程中,导致收缩过程窗口,产量损失和无法跟踪问题的根源。高级节点,过程窗口得到的可能性微乎其微。挑战已经不再识别过程窗口,需要监测计量和缺陷参数在多个点上,因此这一过程变化确定并尽快纠正。监控一个动态的过程,检验和计量工具需要对各种缺陷类型加鲁棒性变化过程,这样他们就可以捕获所有缺陷类型或测量所有参数,即使中心转变的过程。在许多情况下,计量和检验系统建立在宽带成像使宽覆盖缺陷类型检测(或复杂的形状/覆盖计量)和高鲁棒性的变化过程。”

更大的图景
了解出现问题需要更多的不仅仅是监测设备,。有很多变量在半导体制造不可能跟踪所有的畸变和转变。

一种公司处理过去是通过guard-banding variations-particularly过程的变化。但guard-banding吃面积,在先进的节点对性能有着直接的影响和权力。结果是guard-banding不再可以在某种程度上,它已经使用在过去,即使它寻求解决的问题更严重。

“较低的节点,guard-banding开始蚕食打开一个设备的空间,“阿尼尔Bhalla)说,高级经理天体电子学。“的误差减小。在14 nm,如果你使用100毫伏guard-banding,吃起来Vdd的净空高度的25%和12.5%。在10纳米,吃低Vdd净空高度的33%和14.3%的在一个典型的阈值0.4伏特的电压。的另一面是,现在芯片需要在一定范围内,所以过程变化的余地更小。部分是更昂贵的,所以你不想扔掉。”

测试变化,越来越困难,这也是为什么测试涉及到系统级测试的新浪潮。”无论你是处理工具的变化或温度变化或计量变异,你没有足够的数据来确定是否有问题,所以你必须在不同的许多寻找规律。它不像你会得到一个信息。有很多工作做定义标准,这是由半驱动的,需要格式化的数据如何以及该行业如何共享数据。有很多讨论大数据分析”。

先进的包装增加了另一个皱纹到所有这一切,因为现在变化可以发生在多个层面,跨多个死去。问题是,很难追溯到问题的来源。

”的行业趋势移动到3 d结构增加了额外的挑战第三维的变化,”林说的盾牌。“成功制造下一代设备需要设备供应商加强可变性控制原子尺度和极高的纵横比。3 d建模和计算能力将必要及时的基础上开发的解决方案在这个具有挑战性的环境。”

以不同的方式看问题
最后,解决其中的一些变化问题需要一些新方法。

“随着技术的扩展不断进步,越来越多的流程步骤和整体的复杂性显著增加减少的挑战process-induced within-die, within-wafer,薄片的变化,”林说的盾牌。“在设备层面,控制变异在几个原子将日益需要的应用技术,如原子层沉积(ALD)和原子层蚀刻(ALE)。在晶圆级、设备供应商为化学和电气设计等功能快速优化梯度整个晶片”。

他说这也将需要更大的协作在半导体制造的生态系统。这似乎是一个不断增长的信心。

“我们需要的是一个全面的观点,从设计到制造、“导师的Sturtevant说。”,始于设计规则,涉及到开发团队内部会发生什么上游制造业。块是否规范,该规范是什么?你不能在这里看过去的历史。如果你有一个孤立的金属线通过结束时,如果你改变对齐电气意义是什么?这是一个通过的CD,金属和对齐。如果你能挤出分数的控制有一些隐藏的机会。”

Sturtevant提出分手可用预算变化跨组。“如果我们开始分割整个边缘位置误差预算在所有各种因素,最好讨论每一个贡献者都有多少原子作为他们的预算。所以1纳米是大约4 silicon-silicon债券,所以我们叫它5硅原子与4债券。假设论证的角度出发,1纳米是总体预算。我们怎么做如果有超过4工艺/设备/模型/ OPC /面具方需要预算分配吗?”

图3:视角大小。来源:导师

Semico研究Itow同样认为需要一个不同的方法。“是时候找出工具来使用,使用多少,以及如何结合不同的工具来更高效的生产。不仅仅是工具的性能。这也是这些工具的组合。公司需要一个解决方案在一个工厂工作匹配过程,为了更有效地使用工具。”

在这个方程,变化只是一个因素。但10/7nm,这是一个越来越重要的一个,可以显著提高产量和比例的潜在效益如果能有效地得到解决。

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