在工艺设备中设计“眼睛”以提高芯片性能和良率

人工智能时代的计算有望改善社会,创造数万亿美元的经济价值。然而,它的到来正值半导体行业面临挑战的时刻。

随着摩尔定律的扩展速度放缓,设计师们开始探索新的材料、集成方案和结构,以持续改善“PPAC”:芯片性能、功率和面积/成本。在良好的良率下部署这些是具有挑战性的,特别是当工艺变异性增加和公差缩小时。为了帮助加速客户的发展路线图,应用材料公司正在将测量技术集成到工艺系统和工艺188金宝搏备用网址室中,为晶圆加工带来前所未有的粒度。

对于一个已经接受传感器、数据和分析过程控制的行业来说,这种类型的集成是一个合乎逻辑的下一步。在过去十年中,过程系统中部署的传感器数量增加了一倍多,创造了丰富的数据。大数据和机器学习已经得到了改进,使得更多的传感器数据可以用于监测腔室的健康状况,甚至可以预测晶片上的结果,也就是我们所说的“虚拟计量”。

为了最好地控制晶圆上和工艺结果,仍然没有直接测量的替代方法。对于大多数工艺,芯片制造商已经制定了抽样策略,并使用离线计量和检查来捕捉工艺偏差。CMP成为集成和原位传感器的早期候选,可实现实时的晶片上计量和控制。

直到最近,沉积系统还不需要真空、片上测量,因为其特性包括:

  • 过程稳定
  • 过程的大窗户
  • 厚单元的电影
  • 简单的过程堆栈
  • 暴露在环境中的影响有限

然而,材料和集成方案正在迅速变化,这就是为什么应用公司的工程师在系统和室中放置“眼睛”。在人工智能时代,PPAC的改进可以通过新的和奇异的材料和堆栈实现。界面工程是在原子尺度上进行的,过程的成功越来越依赖于“看到”正在被加工的晶圆,以确保控制和重复性。

最近引进的Endura®Clover™MRAM PVD平台它由9个独特的晶圆处理室组成,集成在原始的高真空条件下。这种集成材料解决方案包括机载计量系统(OBM),它可以在MRAM层创建过程中测量和监控其厚度(灵敏度为亚埃)。这确保了原子级控制,并防止暴露在外部环境。MRAM存储器是由敏感材料制成的,当暴露在大气中的杂质中时,会迅速降解。MRAM器件的关键控制层非常薄(低至8个原子的高度),为了最大限度地提高器件的读取性能和耐久性,需要正负单个原子的薄膜高度均匀性。

图1:超薄Ta薄膜的板载计量产生异常的线性。

当处理超薄膜时,测量系统引入的任何可变性都可能消耗可用的过程控制预算的很大一部分。长期稳定性测试表明,与传统的离线x射线测量方法相比,机载测量具有更高的精度(图2)。

图2:关键MRAM胶片的长期稳定性,机载计量与离线x射线计量。

虽然板载计量对于实现MRAM、PCRAM和ReRAM等新存储器的高成品率至关重要,但它也可以为3D NAND和DRAM制造带来优势。逻辑上的变化也推动了对“观察”沉积过程的需求,以测量薄膜厚度和均匀性,以及晶圆几何形状、应力、表面温度和成分。

图3:临界金属栅薄膜厚度和材料性能的真空测量。

对整个行业来说,这是一个激动人心的时刻。人工智能时代正在推动计算领域的复兴,虽然经典的摩尔定律(Moore’s Law)正在放缓,但新材料、集成方案和结构使PPAC的进步得以继续。对新材料的独特要求正在推动计量学的复兴。Applied的目标是为客户提供新的功能,以补充和扩展离线计量和虚拟计量模型。通过在工艺系统和工艺室中安装“眼睛”,我们可以实时监控和控制每片晶圆,帮助客户最大化新芯片设计的性能,更快地发现工艺偏差,以提高良率。

收到更新在您的收件箱!

现在就订阅

想加入讨论吗?

添加新评论:*

你也可以填这个形式直接与我们联系,我们将给您答复。