March 11, 2021
3 डी मेमोरी और लॉजिक डिवाइसों में उपयोग की जाने वाली नई एकीकरण और पैटर्निंग योजनाओं ने विनिर्माण और उपज चुनौतियों का सामना किया है।औद्योगिक फोकस 2 डी संरचनाओं में अनुमानित इकाई प्रक्रियाओं के स्केलिंग से जटिल 3 डी संरचनाओं के अधिक चुनौतीपूर्ण पूर्ण एकीकरण के लिए स्थानांतरित हो गया है।इन नए 3 डी संरचनाओं की जटिलता के कारण पारंपरिक 2 डी लेआउट डीआरसी, ऑफ़लाइन वेफर मेट्रोलॉजी और ऑफ़लाइन विद्युत माप प्रदर्शन और उपज लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए पर्याप्त नहीं हैं।ट्रायल-एंड-एरर सिलिकॉन इंजीनियरिंग भी वेफर-आधारित परीक्षण के समय और लागत के कारण निषेधात्मक रूप से महंगी हो रही है।
"आभासी निर्माण" इस समस्या का एक संभावित समाधान है।आभासी निर्माण सॉफ्टवेयर एक वास्तविक अर्धचालक डिवाइस के डिजिटल समकक्ष बना सकता है, एक डिजिटल वातावरण में एकीकृत प्रक्रिया प्रवाह मॉडलिंग करके।सॉफ्टवेयर प्रक्रिया परिवर्तनशीलता परीक्षण, एकीकरण योजना विकास, दोष विश्लेषण, विद्युत विश्लेषण और यहां तक कि खिड़की अनुकूलन का समर्थन करता है।सबसे महत्वपूर्ण बात, यह प्रक्रिया परिवर्तनों के बहाव के पूर्वानुमानों की भविष्यवाणी कर सकता है जो अन्यथा फैब में निर्माण और परीक्षण चक्रों की आवश्यकता होगी।
एक DRAM प्रदर्शन
हम एक आभासी निर्माण सॉफ्टवेयर प्लेटफॉर्म SEMulator3D का उपयोग करेंगे, यह प्रदर्शित करने के लिए कि आभासी निर्माण कुशलता से जटिल अर्धचालक विनिर्माण और उपज चुनौतियों का समाधान कैसे कर सकता है।हम उपकरण के विद्युत प्रदर्शन पर एच टूल भिन्नता (जैसे सामग्री का चयन या प्रवाह वितरण) के प्रभाव को मॉडल करेंगे।एक साधारण DRAM डिवाइस अध्ययन का उपयोग गेट ईच व्यवहार के प्रभाव को उजागर करने और विद्युत प्रदर्शन और उपज लक्ष्य पर नक़्क़ाशी कदम विशेषताओं के लिए किया जाएगा।
वर्कफ़्लो एक सामान्य 4-चरण वर्चुअल फैब्रिकेशन अनुक्रम का अनुसरण करेगा:
1. नाममात्र प्रक्रिया चरणों और डिवाइस ज्यामिति की जानकारी सॉफ्टवेयर में दर्ज की जाती है।यह सॉफ़्टवेयर को उस डिवाइस का 3D प्रेडिक्टिव मॉडल जेनरेट करने की अनुमति देता है जिसे आगे कैलिब्रेट किया जा सकता है।
चित्र 1: एक बार मॉडल की जानकारी दर्ज करने के बाद, यह संधारित्र के संपर्क को प्रदर्शित करता है।इस बिंदु पर, विद्युत विश्लेषण किया जा सकता है, और संधारित्र के किनारे प्रभाव की जांच की जा सकती है।
2. संरचनात्मक या विद्युत व्यवहार को योग्य बनाने के लिए हितों के मैट्रिक्स स्थापित किए जाते हैं।इनमें वर्चुअल मेट्रोलॉजी, 3 डी डीआरसी (डिजाइन नियम जांच) और इलेक्ट्रिकल पैरामीटर जैसे वीटी शामिल हो सकते हैं।
अंजीर। 2: SEMulator3D एक 3 डी संरचना में डिवाइस इलेक्ट्रोड की पहचान करता है और TCAD सॉफ्टवेयर के समान डिवाइस विशेषताओं का अनुकरण करता है, लेकिन समय लेने वाली TCAD मॉडलिंग की आवश्यकता के बिना।
3. सॉफ्टवेयर में एक डिजाइन अध्ययन निष्पादित किया जाता है।यह महत्वपूर्ण मापदंडों की पहचान करने के लिए एक DoE (प्रयोगों का डिज़ाइन) का उपयोग करता है और इसमें प्रक्रिया विकास और / या डिज़ाइन परिवर्तनों को अनुकूलित करने में सहायता करने के लिए डेटा और संवेदनशीलता विश्लेषण शामिल है।
अंजीर। 3: इंजीनियर महत्वपूर्ण मापदंडों की पहचान करने के लिए SEM में किसी भी मेट्रोलॉजी का विश्लेषण कर सकते हैं, जैसा कि ऊपर दिखाए गए कोने के मामलों को दर्शाते हैं (ऊपर लाल रंग में घेरे हुए)।
4. अंत में, प्रोसेस विंडो ऑप्टिमाइज़ेशन प्रत्येक प्रोसेस पैरामीटर के लिए एक अनुकूलित मान प्रदान करने के लिए किया जाता है, जो चुने गए मापदंडों के प्रतिशत को अधिकतम करता है जो उपज ऐनक के भीतर आते हैं।
विद्युत प्रदर्शन लक्ष्य को पूरा करने के लिए प्रक्रिया मॉडल अनुकूलन
अंजीर। 4: PWO सुविधा सहित SEMulator3D में एनालिटिक्स वर्कफ़्लो का चित्रण।
इस उदाहरण में, हम एक विशिष्ट विद्युत प्रदर्शन को लक्षित करने के लिए निर्माण प्रक्रियाओं का अनुकूलन करेंगे।हम एक विशिष्ट विद्युत मान का चयन करेंगे और इस लक्ष्य के आसपास अपनी प्रक्रिया के चरणों का अनुकूलन करेंगे।प्रत्येक प्रक्रिया चरण पैरामीटर विद्युत प्रदर्शन लक्ष्य को पूरा करने वाली प्रक्रिया स्थितियों की खोज करने के लिए विविध होगा।हमारे अध्ययन में, हमने 0.482 वी के मूल्य के साथ, वीएचटी (दहलीज वोल्टेज) को हमारे लक्ष्य के रूप में चुना है।सॉफ्टवेयर में प्रतिगमन विश्लेषण का उपयोग करके, हम तीन प्रक्रिया मापदंडों (स्पेसर ऑक्साइड मोटाई, स्पेसर ऑक्साइड गहराई और उच्च कश्मीर मोटाई) की पहचान कर सकते हैं जो थ्रेशोल्ड वोल्टेज पर उनके प्रभाव के संदर्भ में महत्वपूर्ण हैं (चित्र 5 देखें)।इस चरण का पालन प्रक्रिया मॉडल कैलिब्रेशन (पीएमसी) द्वारा समान प्रतिगमन डेटा का उपयोग करके किया जाता है, जो दिए गए Vth लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए इन तीन महत्वपूर्ण प्रक्रिया मापदंडों को अनुकूलित करने से पहले प्रक्रिया मॉडल की सटीकता सुनिश्चित करता है।
अंजीर। 5: ऑप्टिमाइज़ेशन के परिणामस्वरूप ऑप्टिमाइज़ किए गए मापदंडों के साथ वीएचटी का उपयोग किया जाता है।
इष्टतम प्रक्रिया पैरामीटर श्रेणियों को सेट करने के लिए प्रोसेस विंडो ऑप्टिमाइज़ेशन (PWO)
प्रोसेस विंडो ऑप्टिमाइज़ेशन (पीडब्लूओ) आभासी प्रयोग करने के लिए एक संरचित और चरण-दर-चरण पद्धति का उपयोग करके ऑफ़लाइन परीक्षण के लिए आवश्यक पूर्व-उत्पादन वेफर्स की संख्या को काफी हद तक कम कर सकता है।यह विचाराधीन मौजूदा प्रक्रियाओं के लिए अधिकतम उपज (निम्न और ऊपरी सीमा सीमाओं के भीतर सफलता दर, आंकड़ा 6 देखें) की भविष्यवाणी कर सकता है।अधिक महत्वपूर्ण बात, यह अधिकतम सफलता दर (या उपज) प्राप्त करने के लिए नाममात्र प्रक्रिया की शर्तों और भिन्नता नियंत्रण आवश्यकताओं को फिर से निर्धारित कर सकता है।
महत्वपूर्ण मापदंडों की पहचान होने के बाद, प्रदर्शन और उपज आवश्यकताओं को पूरा करने वाले पैरामीटर मूल्यों को खोजने के लिए प्रयोगों (डीओई) के एक नए आभासी डिजाइन को निष्पादित किया जाएगा।प्रयोग में प्रत्येक चयनित मापदंडों के लिए एक परिभाषित खोज स्थान (या रेंज) शामिल होना चाहिए।सांख्यिकीय महत्व प्राप्त करने के लिए, सिम्युलेटेड प्रयोग उपयोगकर्ता द्वारा परिभाषित खोज स्थान पर कई बार चलाया जाता है।पीडब्लूओ एल्गोरिथ्म तब प्रत्येक प्रक्रिया पैरामीटर के लिए एक अनुकूलित मूल्य प्रदान करता है, चयनित डिवाइस पैरामीटर (एस) के प्रतिशत को अधिकतम करता है जो लक्ष्य डिवाइस विनिर्देश ("inSpec%") को पूरा करता है।
जैसा कि चित्र 6 (बाएं) में दिखाया गया है, तीन मानकों (स्पेसर ऑक्साइड मोटाई, स्पेसर ऑक्साइड गहराई और उच्च के मोटाई) के लिए क्रमशः 0.5nm, 1.0nm और 0.2nm मानक विचलन मानते हुए, PWO प्रणाली ने मेट्रोलॉजी में वृद्धि की सूचना दी अधिकतम प्रक्रिया के परिणामस्वरूप सभी प्रक्रिया मापदंडों के नाममात्र मूल्यों को बदलने के बाद, 34.668% से 49.997% तक-परिशोधन प्रतिशत।इसके अलावा, जैसा कि चित्र 6 (दाएं) में दिखाया गया है, सबसे प्रभावशाली पैरामीटर के मानक विचलन को कम करता है (3.20: BWL उच्च K बयान मोटाई), 0.2nm से 0.13nm तक मेट्रोलॉजी-विनिर्देश प्रतिशत (उपज दर) को 89.316% तक बढ़ाया जब सफलता दर लक्ष्य 88% निर्धारित किया गया था।उच्च K गेट ऑक्साइड जमाव के लिए जिम्मेदार उपकरणों की परिवर्तनशीलता को नियंत्रित करके समग्र उपज में एक नाटकीय सुधार संभव था।यह एक एकीकरण प्रक्रिया के लिए अत्यंत मूल्यवान जानकारी है जो उपज में सुधार करने की मांग कर रही है।
अंजीर। 6: वाम: नया मतलब मान% पहचान के लिए पहचाना गया (अधिकतम जमाव और गहराई)।सही: आवश्यक सीमा निर्धारित: सफलता दर> 88% को पूरा करने के लिए BWL उच्च कश्मीर मोटाई पर मानक विचलन।
आभासी निर्माण समय और लागत बचाता है
प्रक्रिया पैरामीटर सेटिंग्स सेमीकंडक्टर प्रौद्योगिकी विकास के शुरुआती चरणों के दौरान स्थापित की जाती हैं, यहां तक कि पहले वेफर्स गढ़े जाने से पहले भी।वर्चुअल प्रोसेसिंग वास्तविक वेफर्स बनाने और परीक्षण के समय और खर्च के बिना इन प्रारंभिक प्रक्रिया पैरामीटर मूल्यों को मान्य करने में मदद कर सकता है।SEMulator3D की नई प्रक्रिया विंडो ऑप्टिमाइज़ेशन तकनीक सेमीकंडक्टर प्रक्रिया के विकास के दौरान निम्नलिखित लाभ प्रदान करती है:
मौजूदा प्रक्रियाओं के लिए सटीक उपज सही है
पैदावार को अधिकतम करने के लिए नाममात्र पीओआर (रिकॉर्ड की प्रक्रिया) पैरामीटर मान को पुन: प्राप्त करता है
मुख्य प्रक्रिया चरणों को निर्धारित करता है जो सबसे अधिक प्रभाव देता है
विफल होने की स्थिति (आउट-ऑफ-स्पेक) की स्थिति को अलग करता है, और इन विफलताओं के मूल कारण की पहचान करता है
परीक्षण और त्रुटि सिलिकॉन इंजीनियरिंग से बचने के द्वारा, विकास को गति देता है
(डेबिन यिम से)