ฮอเร็กซ์ กรุ๊ป
March 11, 2021
รูปแบบการผสานรวมและรูปแบบใหม่ที่ใช้ในหน่วยความจำ 3 มิติและอุปกรณ์ลอจิกได้สร้างความท้าทายในการผลิตและให้ผลการมุ่งเน้นทางอุตสาหกรรมได้เปลี่ยนจากการปรับขนาดของกระบวนการหน่วยที่คาดเดาได้ในโครงสร้าง 2 มิติไปสู่การผสมผสานโครงสร้าง 3 มิติที่ซับซ้อนอย่างสมบูรณ์ที่ท้าทายยิ่งขึ้นDRC เค้าโครง 2 มิติแบบเดิมมาตรวิทยาเวเฟอร์ออฟไลน์และการวัดทางไฟฟ้าแบบออฟไลน์ไม่เพียงพอที่จะบรรลุเป้าหมายด้านประสิทธิภาพและผลตอบแทนอีกต่อไปเนื่องจากโครงสร้าง 3 มิติใหม่เหล่านี้มีความซับซ้อนวิศวกรรมซิลิกอนแบบลองผิดลองถูกก็กลายเป็นราคาแพงอย่างห้ามไม่ได้เนื่องจากเวลาและค่าใช้จ่ายในการทดสอบโดยใช้เวเฟอร์
“ การประดิษฐ์เสมือน” เป็นวิธีแก้ปัญหานี้ที่เป็นไปได้ซอฟต์แวร์การประดิษฐ์เสมือนสามารถสร้างดิจิทัลเทียบเท่ากับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์จริงโดยการสร้างแบบจำลองกระบวนการรวมในสภาพแวดล้อมดิจิทัลซอฟต์แวร์รองรับการทดสอบความแปรปรวนของกระบวนการการพัฒนาโครงร่างการรวมการวิเคราะห์ข้อบกพร่องการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าและแม้แต่การเพิ่มประสิทธิภาพหน้าต่างกระบวนการที่สำคัญที่สุดคือสามารถทำนายการเปลี่ยนแปลงขั้นปลายน้ำของการเปลี่ยนแปลงกระบวนการที่อาจต้องใช้รอบการสร้างและทดสอบใน fab
การสาธิต DRAM
เราจะใช้ SEMulator3D ซึ่งเป็นแพลตฟอร์มซอฟต์แวร์การประดิษฐ์เสมือนจริงเพื่อแสดงให้เห็นว่าการประดิษฐ์เสมือนจริงสามารถแก้ปัญหาการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ที่ซับซ้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพและให้ผลลัพธ์ที่ท้าทายได้อย่างไรเราจะสร้างแบบจำลองผลกระทบของรูปแบบต่างๆของเครื่องมือกัด (เช่นการเลือกใช้วัสดุหรือการกระจายของฟลักซ์) ต่อประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของอุปกรณ์การศึกษาอุปกรณ์ DRAM อย่างง่ายจะใช้เพื่อเน้นผลกระทบของพฤติกรรมการกัดประตูและลักษณะขั้นตอนการแกะสลักที่มีต่อประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและเป้าหมายการให้ผลผลิต
เวิร์กโฟลว์จะเป็นไปตามลำดับการประดิษฐ์เสมือน 4 ขั้นตอนทั่วไป:
1. ขั้นตอนกระบวนการที่กำหนดและข้อมูลรูปทรงเรขาคณิตของอุปกรณ์จะถูกป้อนลงในซอฟต์แวร์สิ่งนี้ช่วยให้ซอฟต์แวร์สามารถสร้างแบบจำลองการคาดการณ์ 3 มิติของอุปกรณ์ที่สามารถปรับเทียบเพิ่มเติมได้
รูปที่ 1: เมื่อป้อนข้อมูลรุ่นแล้วจะแสดงหน้าสัมผัสตัวเก็บประจุดังที่แสดงณ จุดนี้สามารถทำการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าได้และสามารถตรวจสอบเอฟเฟกต์ขอบของตัวเก็บประจุได้
2. เมตริกที่น่าสนใจถูกกำหนดขึ้นเพื่อให้มีคุณสมบัติตามพฤติกรรมของโครงสร้างหรือทางไฟฟ้าสิ่งเหล่านี้อาจรวมถึงมาตรวิทยาเสมือน 3D DRC (การตรวจสอบกฎการออกแบบ) และพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าเช่น Vth
รูปที่ 2: SEMulator3D ระบุอิเล็กโทรดของอุปกรณ์ในโครงสร้าง 3 มิติและจำลองลักษณะของอุปกรณ์ที่คล้ายกับซอฟต์แวร์ TCAD แต่ไม่จำเป็นต้องใช้การสร้างแบบจำลอง TCAD ที่ใช้เวลานาน
3. การศึกษาการออกแบบจะดำเนินการในซอฟต์แวร์สิ่งนี้ใช้ DoE (Design of Experiments) เพื่อระบุพารามิเตอร์ที่สำคัญและรวมถึงการวิเคราะห์ข้อมูลและความอ่อนไหวเพื่อช่วยในการเพิ่มประสิทธิภาพการพัฒนากระบวนการและ / หรือการเปลี่ยนแปลงการออกแบบ
รูปที่ 3: วิศวกรสามารถวิเคราะห์มาตรวิทยาใด ๆ ใน SEMulator3D เพื่อระบุพารามิเตอร์ที่สำคัญโดยเปิดเผยกรณีมุมดังที่แสดง (ล้อมรอบด้วยสีแดง) ด้านบน
4. สุดท้ายการเพิ่มประสิทธิภาพหน้าต่างกระบวนการจะดำเนินการเพื่อให้ค่าที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแต่ละพารามิเตอร์ของกระบวนการโดยเพิ่มเปอร์เซ็นต์ของพารามิเตอร์ที่เลือกซึ่งอยู่ในข้อกำหนดผลตอบแทนสูงสุด
การเพิ่มประสิทธิภาพแบบจำลองกระบวนการเพื่อให้เป็นไปตามเป้าหมายประสิทธิภาพทางไฟฟ้า
รูปที่ 4: ภาพของเวิร์กโฟลว์การวิเคราะห์ใน SEMulator3D รวมถึงคุณลักษณะ PWO
ในตัวอย่างนี้เราจะปรับกระบวนการผลิตให้เหมาะสมเพื่อกำหนดเป้าหมายไปที่ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่เฉพาะเจาะจงเราจะเลือกค่าทางไฟฟ้าที่เฉพาะเจาะจงและปรับขั้นตอนกระบวนการของเราให้เหมาะสมกับเป้าหมายนี้พารามิเตอร์ขั้นตอนของกระบวนการแต่ละรายการจะแตกต่างกันไปเพื่อค้นหาเงื่อนไขของกระบวนการที่ตรงตามเป้าหมายประสิทธิภาพทางไฟฟ้าในการศึกษาของเราเราได้เลือก Vth (threshold voltage) เป็นเป้าหมายของเราโดยมีค่า 0.482Vด้วยการใช้การวิเคราะห์การถดถอยในซอฟต์แวร์เราสามารถระบุพารามิเตอร์ของกระบวนการได้สามพารามิเตอร์ (ความหนาของสเปเซอร์ออกไซด์ความลึกของสเปเซอร์ออกไซด์และความหนา K สูง) ซึ่งมีนัยสำคัญในแง่ของผลกระทบต่อแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ (ดูรูปที่ 5)ขั้นตอนนี้ตามด้วย Process Model Calibration (PMC) โดยใช้ข้อมูลการถดถอยเดียวกันซึ่งทำให้มั่นใจได้ถึงความถูกต้องของรูปแบบกระบวนการก่อนที่จะปรับพารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญทั้งสามนี้ให้เหมาะสมเพื่อให้บรรลุเป้าหมาย Vth
รูปที่ 5: ผลการเพิ่มประสิทธิภาพโดยใช้ Vth เป็นเป้าหมายพร้อมพารามิเตอร์ที่ปรับให้เหมาะสม
Process Window Optimization (PWO) เพื่อตั้งค่าช่วงพารามิเตอร์ของกระบวนการที่เหมาะสมที่สุด
การเพิ่มประสิทธิภาพหน้าต่างกระบวนการ (PWO) สามารถลดจำนวนเวเฟอร์ก่อนการผลิตที่จำเป็นสำหรับการทดสอบออฟไลน์ได้อย่างมากโดยใช้วิธีการที่มีโครงสร้างและทีละขั้นตอนเพื่อทำการทดลองเสมือนจริงสามารถทำนายผลตอบแทนสูงสุด (อัตราความสำเร็จภายในช่วงขีด จำกัด ล่างและบนดูรูปที่ 6) สำหรับกระบวนการที่มีอยู่ภายใต้การพิจารณาที่สำคัญกว่านั้นคือสามารถกำหนดเงื่อนไขของกระบวนการที่กำหนดและข้อกำหนดการควบคุมรูปแบบใหม่อีกครั้งเพื่อให้ได้อัตราความสำเร็จสูงสุด (หรือผลผลิต)
หลังจากระบุพารามิเตอร์ที่สำคัญแล้วการออกแบบการทดลองเสมือนใหม่ (DOE) จะดำเนินการเพื่อค้นหาค่าพารามิเตอร์ที่ตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพและผลตอบแทนการทดสอบต้องมีพื้นที่การค้นหาที่กำหนดไว้ (หรือช่วง) สำหรับพารามิเตอร์ที่เลือกแต่ละรายการเพื่อให้ได้นัยสำคัญทางสถิติการทดสอบจำลองจะถูกเรียกใช้หลายครั้งในพื้นที่การค้นหาที่ผู้ใช้กำหนดจากนั้นอัลกอริทึม PWO จะให้ค่าที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแต่ละพารามิเตอร์ของกระบวนการโดยเพิ่มเปอร์เซ็นต์ของพารามิเตอร์อุปกรณ์ที่เลือกซึ่งตรงตามข้อกำหนดของอุปกรณ์เป้าหมาย (“ inSpec%”)
ดังแสดงในรูปที่ 6 (ซ้าย) สมมติว่าค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน 0.5 นาโนเมตร 1.0 นาโนเมตรและ 0.2 นาโนเมตรสำหรับพารามิเตอร์ทั้งสาม (ความหนาของตัวเว้นวรรคออกไซด์ความลึกของสเปเซอร์ออกไซด์และความหนา K สูง) ตามลำดับระบบ PWO รายงานการเพิ่มขึ้นของมาตรวิทยาใน - เปอร์เซ็นต์การระบุจาก 34.668% เป็น 49.997% หลังจากเปลี่ยนค่าเล็กน้อยของพารามิเตอร์กระบวนการทั้งหมดอันเป็นผลมาจากกระบวนการขยายใหญ่สุดยิ่งไปกว่านั้นดังที่แสดงในรูปที่ 6 (ขวา) การลดค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานของพารามิเตอร์ที่มีอิทธิพลมากที่สุด (3.20: BWL High K ของการสะสมความหนา) จาก 0.2 นาโนเมตรเป็น 0.13 นาโนเมตรเพิ่มเปอร์เซ็นต์การวัดในข้อกำหนด (อัตราผลตอบแทน) เป็น 89.316% เมื่อตั้งเป้าหมายอัตราความสำเร็จไว้ที่ 88%ผลตอบแทนโดยรวมที่ดีขึ้นอย่างมากสามารถทำได้โดยการควบคุมความแปรปรวนของอุปกรณ์ที่รับผิดชอบต่อการสะสมตัวของ High K gate oxideนี่เป็นข้อมูลที่มีค่าอย่างยิ่งสำหรับวิศวกรการบูรณาการกระบวนการที่ต้องการเพิ่มผลผลิต
รูปที่ 6: ด้านซ้าย: ค่าเฉลี่ยใหม่ที่ระบุสำหรับการขยาย Spec% (ความหนาของการสะสมและความลึกของการแกะสลัก)ขวา: กำหนดช่วงที่ต้องการ: ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานบน BWL High K Thickness เพื่อให้ได้อัตราความสำเร็จ> 88%
การประดิษฐ์เสมือนช่วยประหยัดเวลาและต้นทุน
การตั้งค่าพารามิเตอร์ของกระบวนการถูกกำหนดขึ้นในช่วงแรกของการพัฒนาเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ก่อนที่จะมีการประดิษฐ์เวเฟอร์ชิ้นแรกการประมวลผลเสมือนสามารถช่วยตรวจสอบค่าพารามิเตอร์ของกระบวนการเริ่มต้นเหล่านี้โดยไม่ต้องเสียเวลาและค่าใช้จ่ายในการสร้างและทดสอบเวเฟอร์จริงเทคโนโลยี Process Window Optimization ใหม่ของ SEMulator3D มีข้อดีดังต่อไปนี้ในระหว่างการพัฒนากระบวนการเซมิคอนดักเตอร์:
คาดการณ์ผลตอบแทนอย่างแม่นยำสำหรับกระบวนการที่มีอยู่
กำหนดเป้าหมายใหม่ค่าพารามิเตอร์ POR (กระบวนการบันทึก) เล็กน้อยเพื่อเพิ่มผลตอบแทนสูงสุด
กำหนดขั้นตอนกระบวนการสำคัญที่ส่งผลกระทบต่อผลผลิตมากที่สุด
แยกเงื่อนไขกรณีที่ล้มเหลว (ไม่ตรงตามข้อกำหนด) และระบุสาเหตุที่แท้จริงของความล้มเหลวเหล่านี้
เร่งการพัฒนากระบวนการโดยหลีกเลี่ยงวิศวกรรมซิลิกอนแบบลองผิดลองถูก
(จากแดบินยิ้ม)
