中國300mm晶圓廠的成品率管理
當(dāng)晶圓廠轉(zhuǎn)向300mm 、130納米和90納米工藝,并隨著新的材料和工藝方法的引進(jìn),都為成品率管理帶來獨(dú)特的挑戰(zhàn)和機(jī)會(huì),那就是如何確保300mm晶圓缺陷計(jì)劃的新重點(diǎn)。
晶圓廠向300mm轉(zhuǎn)型面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)
薄膜的平面,容易受到微塵顆粒、剝落、針孔和空洞等缺陷的影響。此外,當(dāng)填充薄膜不能達(dá)到首要的填充功能時(shí),其它一些獨(dú)特的缺陷會(huì)以空洞的形式隱藏在沉積的薄膜中。
銅線雙大馬革士技術(shù)發(fā)展重心已經(jīng)從絕緣層的CMP轉(zhuǎn)移到金屬層的CMP。后段化學(xué)機(jī)械拋光的目標(biāo)從平坦化轉(zhuǎn)變?yōu)榛ミB結(jié)構(gòu)精確化,這種轉(zhuǎn)變相應(yīng)引出缺陷及工藝控制的問題,在薄膜沉積過程中容易形成裂紋和折痕,在CMP后形成共軸的空洞。
老式200mm光刻系統(tǒng)在彌補(bǔ)整片硅片的聚焦偏差方面面臨很大的挑戰(zhàn),光刻優(yōu)化面臨的艱巨任務(wù)與新機(jī)臺(tái)、材料和易耗品的綜合因素相關(guān)。使用寬波段光譜進(jìn)行檢測成為一種必要,而新材料和工藝變化造成的高噪音,使缺陷檢測更具挑戰(zhàn)性。
柵極絕緣材料生長和沉積前的檢測主要在于檢測影響絕緣材料品質(zhì)的物理現(xiàn)象,包括結(jié)晶引起的深坑（COPs）,STI化學(xué)機(jī)械拋光造成的劃傷及其它的表面沾污。200mm轉(zhuǎn)向300mm,原始材料仍是硅片具有較多COPs缺陷的主要原因。
隨著銅線大馬革士技術(shù)的引進(jìn),當(dāng)今晶圓廠很大一部分薄膜以臺(tái)階覆蓋率作為薄膜生長的主要標(biāo)準(zhǔn)。空洞幾乎是銅薄膜的主要缺陷,硅片在非理想化的電化學(xué)環(huán)境中的循環(huán)運(yùn)動(dòng)容易在沉積過程中產(chǎn)生同心渦流狀圖形。薄膜沉積速率的變化對(duì)300mm硅片的影響更為重大,超量的面積覆蓋會(huì)加速應(yīng)力引起的失效。
對(duì)蝕刻工藝監(jiān)控發(fā)現(xiàn)許多缺陷由光刻引起并延續(xù)到蝕刻。除此以外,蝕刻機(jī)臺(tái)可能會(huì)引起腔體附近的鈍化層剝落,由于缺失選擇性會(huì)造成硅片損傷。越來越多的高深寬比結(jié)構(gòu)使微小的工藝偏差會(huì)引起很大的缺陷。蝕刻腔體的設(shè)計(jì)以200mm的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)發(fā)展300mm的結(jié)構(gòu)配置,氣體流量,等離子體感應(yīng)現(xiàn)象和排氣口的位置都會(huì)影響到刻蝕的均勻性。
規(guī)模經(jīng)濟(jì)和成品率管理
300mm晶圓廠產(chǎn)生的動(dòng)力是規(guī)模經(jīng)濟(jì),據(jù)估計(jì),其每平方厘米的生產(chǎn)成本可降低30%。使用具備達(dá)到所需缺陷檢測能力的機(jī)臺(tái),可以實(shí)現(xiàn)在較低成本下提高成品率管理使晶圓廠的收益最大化。影響成品率管理策略的因素主要有對(duì)主機(jī)臺(tái)的分析、材料的處理和編制所需檢測能力機(jī)臺(tái)的計(jì)劃。此外,要達(dá)到最優(yōu)的投資回報(bào)率,要考慮檢測對(duì)成品率的影響及所需的周期。成品率管理的策略會(huì)根據(jù)晶圓廠的情況、器件和公司模式而不同。在中國,300mm晶圓廠的轉(zhuǎn)型對(duì)制造商們經(jīng)濟(jì)方面的影響更大。需要進(jìn)一步強(qiáng)化早期呈現(xiàn)在我們面前的高成品率學(xué)習(xí)速度的價(jià)值,縮短與領(lǐng)先技術(shù)公司的差距。
300mm晶圓的缺陷計(jì)劃
所謂缺陷計(jì)劃是指針對(duì)探測工藝偏差,維持更緊的工藝控制標(biāo)準(zhǔn),要執(zhí)行什么類型的檢測,在工藝流程的哪些步驟進(jìn)行檢測及檢測的頻率是什么。有效的方法包含平衡固定的和可變的檢測成本,未檢測出的影響成品率的缺陷和工藝失控造成的成品率損失與投入成本的平衡。
最主要的關(guān)鍵性決定參數(shù)是 檢測步驟的分布 （需檢測的工藝步驟/主機(jī)臺(tái)）, 檢測類型 (測試片,產(chǎn)品片), 檢測頻率（lot的取樣率,每個(gè)lot檢幾片硅片,每片硅片掃描的面積）檢測機(jī)臺(tái)的敏感度及檢測機(jī)臺(tái),在線的SPC控制的參數(shù), 需復(fù)檢確認(rèn)的缺陷數(shù)。
結(jié)論：300mm晶圓是順應(yīng)規(guī)模經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生的,對(duì)工藝偏差也更為敏感,需要周密地考慮可能出現(xiàn)的新的檢測點(diǎn)。晶圓廠需要在規(guī)劃時(shí)期就正確地考慮到成品率管理,成品率管理方面的潛在障礙,將明顯地影響到因規(guī)模經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生的收益。
