在第 31 屆 IEEE ASMC 會(huì)議上,聯(lián)電 UMC 與 KLA 科磊半導(dǎo)體發(fā)布了聯(lián)合開發(fā)的氮化硅測(cè)試片的循環(huán)利用工藝,基于 KLA 的 Surfscan® SP3 和 Surfscan® SP5 測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)再生晶圓工藝,可使得氮化硅測(cè)試晶圓達(dá)到 5-7 次的循環(huán)使用次數(shù),最大可節(jié)約 84%的晶圓采購成本。
研究背景
晶圓片缺陷控制是半導(dǎo)體制造的重要組成部分,更是器件質(zhì)量與可靠性的保證。一般來說,缺陷控制是通過多種類型的檢測(cè)設(shè)備來發(fā)現(xiàn)一致性差的晶圓,并在生產(chǎn)過程中識(shí)別缺陷來源來完成的。對(duì)于高度精細(xì)化的集成電路制造而言,需要仔細(xì)計(jì)算大批量生產(chǎn)和檢驗(yàn)之間的平衡,以使制造成本最小化。
實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率是半導(dǎo)體的首要任務(wù),既需要節(jié)省檢測(cè)成本,又需要保持穩(wěn)定的器件性能。作為眾多檢驗(yàn)點(diǎn)之一,所有的進(jìn)廠測(cè)試晶圓都是由無圖案晶圓*缺陷檢驗(yàn)員檢驗(yàn)合格的。這引發(fā)了對(duì)制造業(yè)成本的擔(dān)憂。
中國(guó)臺(tái)灣聯(lián)電與半導(dǎo)體制造設(shè)備供應(yīng)商 KLA 組建了聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì),以延長(zhǎng)測(cè)試片的重復(fù)使用壽命、降低成本為目標(biāo)研發(fā)先進(jìn)檢測(cè)方法,以實(shí)現(xiàn)氮化硅晶圓的最大回收擴(kuò)展。
相關(guān)成果以“Advanced Inspection Methodology for the Maximum Extension of Nitride Test Wafer Recycling”為題發(fā)表于 2020 年舉辦的第 31 屆先進(jìn)半導(dǎo)體制造會(huì)議(ASMC, Advanced Semiconductor Manufacturing Conference),Yu-Yuan Ke, Shao-Ju Chang 等 14 名研究成員為本文共同作者。
*無圖案晶圓,即尚未將集成電路在表面實(shí)現(xiàn)圖案化加工的硅片。
研究?jī)?nèi)容
本文提出了一種最大限度地延長(zhǎng)晶圓回收時(shí)間的新方法,采用 Surfscan® SP3 和 Surfscan® SP5*無圖案晶圓缺陷檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)測(cè)試晶圓的再生擴(kuò)展進(jìn)行了研究。再生延伸的檢測(cè)瓶頸不僅與去膜后表面粗糙度的增加有關(guān),還與掃描前后的檢測(cè)靈敏度的偏移值有關(guān)。該方法可用于半導(dǎo)體制造中各個(gè)環(huán)節(jié)過程循環(huán)的更多無圖案檢測(cè)層,以降低過程控制的成本和生產(chǎn)過程中的新缺陷錯(cuò)誤報(bào)警的頻率。
*Surfscan®SP3 和 Surfscan® SP5,均為科磊 KLA 公司旗下的無圖案晶圓表面檢測(cè)系統(tǒng),不僅產(chǎn)量高也具有 DUV 靈敏度,SP3 適用于 2Xnm 設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的 IC、基板和設(shè)備制造,而 SP5 適用于 2X / 1Xnm 設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的 IC、基板和設(shè)備制造。
缺陷源分析(DSA)過程演示圖
氮化硅層 DSA 分析中出現(xiàn)的共通缺陷的大小差異分布和新缺陷在不同靈敏度下的數(shù)量
原子沉積法和化學(xué)氣相沉積法條件下,晶圓霧化檢測(cè)和和信噪比趨勢(shì)測(cè)試結(jié)果
內(nèi)部生產(chǎn)測(cè)試獲得的硅片成本節(jié)約收益數(shù)據(jù)
前景展望
聯(lián)電與 KLA 聯(lián)合研發(fā)的再生晶圓檢測(cè)技術(shù),將大大降低測(cè)試晶圓的材料成本。而目前,再生晶圓產(chǎn)能主要為日本和中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)企業(yè)控制,大陸晶圓廠商通常需要將晶圓送往中國(guó)臺(tái)灣、日本等地做晶圓再生。而在大陸,再生晶圓尚處于起步階段,在近年興建晶圓廠的熱潮以及半導(dǎo)體制造設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的趨勢(shì)下,測(cè)試設(shè)備和工藝穩(wěn)定性階段產(chǎn)生的測(cè)試片需求必然會(huì)有巨大的增長(zhǎng),晶圓再生產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨良好機(jī)遇。合肥協(xié)鑫集成的再生晶圓項(xiàng)目正在建設(shè)階段,也希望國(guó)內(nèi)的科研團(tuán)隊(duì)可以抓住這一產(chǎn)業(yè)機(jī)遇,為產(chǎn)業(yè)端添磚加瓦,助力集成電路產(chǎn)能擴(kuò)張和國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。
論文原文鏈接:
https://ieeexplore.ieee.org/document/9185221