【導讀】半導體行業一直專注於使用先進的刻蝕設備和技術來實現圖形的微縮與先進技術的開發。隨著半導體器件尺寸縮減、工藝複雜程度提升

，製造工藝中刻蝕工藝波動的影響將變得明顯。刻蝕終點探測用於確定刻蝕工藝是否完成、且沒有剩餘材料可供刻蝕。這類終點探測有助於最大限度地減少刻蝕速率波動的影響。

介紹

半導體行業一直專注於使用先進的刻蝕設備和技術來實現圖形的微縮與先進技術的開發。隨著半導體器件尺寸縮減、工藝複雜程度提升，製造工藝中刻蝕工藝波動的影響將變得明顯。刻蝕終點探測用於確定刻蝕工藝是否完成、且沒有剩餘材料可供刻蝕。這類終點探測有助於最大限度地減少刻蝕速率波動的影響。

刻ke蝕shi終zhong點dian探tan測ce需xu要yao在zai刻ke蝕shi工gong藝yi中zhong進jin行xing傳chuan感gan器qi和he計ji量liang學xue測ce量liang。當dang出chu現xian特te定ding的de傳chuan感gan器qi測ce量liang結jie果guo或huo閾yu值zhi時shi，可ke指zhi示shi刻ke蝕shi設she備bei停ting止zhi刻ke蝕shi操cao作zuo。如ru果guo已yi無wu材cai料liao可ke供gong刻ke蝕shi
，底di層ceng材cai料liao（甚至整個器件或晶圓）就會遭受損壞
，從而極大影響良率[1]，因(yin)此(ci)可(ke)靠(kao)的(de)終(zhong)點(dian)探(tan)測(ce)在(zai)刻(ke)蝕(shi)工(gong)藝(yi)中(zhong)十(shi)分(fen)重(zhong)要(yao)。半(ban)導(dao)體(ti)行(xing)業(ye)需(xu)要(yao)可(ke)以(yi)在(zai)刻(ke)蝕(shi)工(gong)藝(yi)中(zhong)為(wei)工(gong)藝(yi)監(jian)測(ce)和(he)控(kong)製(zhi)提(ti)供(gong)關(guan)鍵(jian)信(xin)息(xi)的(de)測(ce)量(liang)設(she)備(bei)。目(mu)前(qian)
，為(wei)了(le)提(ti)升(sheng)良(liang)率(lv)，晶(jing)圓(yuan)刻(ke)蝕(shi)工(gong)藝(yi)使(shi)用(yong)獨(du)立(li)測(ce)量(liang)設(she)備(bei)和(he)原(yuan)位(wei)（內置）傳感器測量。相比獨立測量，原位測量可對刻蝕相關工藝（如刻蝕終點探測）進行實時監測和控製。

使用 SEMulator3D®工藝步驟進行刻蝕終點探測

通過構建一係列包含虛擬刻蝕步驟
、變量、流程和循環的“虛擬”工藝，可使用 SEMulator3D 模擬原位刻蝕終點探測。流程循環用於在固定時間內重複工藝步驟，加強工藝流程控製（如自動工藝控製）的靈活性[2]。為模擬控製流程，可使用 "For Loop" 或 "Until Loop"（就像計算機編程）設置一定數量的循環。在刻蝕終點探測中，可使用 "Until Loop"，因為它滿足“已無材料可供刻蝕”的條件。在循環中，用戶可以在循環索引的幫助下確認完成的循環數量。此外，SEMulator3D 能進行“虛擬測量”，幫bang助zhu追zhui蹤zong並bing實shi時shi更geng新xin刻ke蝕shi工gong藝yi循xun環huan中zhong的de材cai料liao厚hou度du。通tong過guo結jie合he虛xu擬ni測ce量liang薄bo膜mo厚hou度du估gu測ce和he流liu程cheng循xun環huan索suo引yin，用yong戶hu可ke以yi在zai每mei個ge循xun環huan後hou準zhun確que獲huo取qu原yuan位wei材cai料liao刻ke蝕shi深shen度du的de測ce量liang結jie果guo。

用 SEMulator3D 模擬刻蝕終點探測的示例

初始設定

在一個簡單示例中
，我們的布局圖像顯示處於密集區的四個鰭片和密集區右側的隔離區（見圖1）。我們想測量隔離區的材料完成刻蝕時密集區的刻蝕深度。我們將用於建模的區域用藍框顯示，其中有四個鰭片（紅色顯示）需要製造。此外，我們框出了黃色和綠色的測量區域，將在其中分別測量隔離區的薄膜厚度 (MEA_ISO_FT) 和溝槽區的刻蝕深度 (MEA_TRENCH_FT)。工藝流程的第一步是使用 20nm 厚的矽晶體層（紅色）
、30nm 的氧化物（淺藍色）和 10nm 的光刻膠（紫色）進行晶圓設定（圖2）。我(wo)們(men)曝(pu)光(guang)鰭(qi)片(pian)圖(tu)形(xing)，並(bing)對(dui)使(shi)用(yong)基(ji)本(ben)模(mo)型(xing)刻(ke)蝕(shi)對(dui)光(guang)刻(ke)膠(jiao)進(jin)行(xing)刻(ke)蝕(shi)，使(shi)用(yong)特(te)定(ding)等(deng)離(li)子(zi)體(ti)角(jiao)度(du)分(fen)布(bu)的(de)可(ke)視(shi)性(xing)刻(ke)蝕(shi)對(dui)氧(yang)化(hua)物(wu)材(cai)料(liao)進(jin)行(xing)刻(ke)蝕(shi)。氧(yang)化(hua)物(wu)對(dui)光(guang)刻(ke)膠(jiao)的(de)選(xuan)擇(ze)比(bi)是(shi)100比1。我們在 SEMulator3D 中使用可視性刻蝕模型來觀察隔離區和有鰭片的密集區之間是否有厚度上的差異。

圖1：模型邊界區域（藍色），其中包含四個鰭片（紅色）和用於測量隔離區（黃色）和溝槽區（綠色）薄膜厚度的兩個測量區域

圖2：SEMulator3D 模型，矽晶體（紅色）、氧化物（淺藍色）和在光刻膠中顯影的四個鰭片（紫色）

SEMulator3D 刻蝕終點探測循環

SEMulator3D 的工藝流程使用 Until Loop 循環流程。我們將測量隔離區的材料厚度，並在隔離氧化物薄膜耗盡、即厚度為0時 (MEA_ISO_FT==0) 停止該工藝。在這個循環中
，每個循環我們每隔 1nm 對氧化物材料進行1秒miao的de刻ke蝕shi，並bing同tong時shi測ce量liang此ci時shi隔ge離li區qu氧yang化hua物wu薄bo膜mo厚hou度du。此ci外wai，我wo們men將jiang在zai每mei次ci循xun環huan後hou追zhui蹤zong兩liang個ge鰭qi片pian間jian溝gou槽cao區qu的de刻ke蝕shi深shen度du。這zhe個ge循xun環huan索suo引yin有you助zhu於yu追zhui蹤zong刻ke蝕shi循xun環huan的de重zhong複fu次ci數shu（圖3）。

圖3：SEMulator3D 刻蝕終點探測模擬中的循環流程

結果

對隔離薄膜進行刻蝕，直至其剩餘 20nm、10nm 和 0nm 深度的模擬結果如圖4所示。模型中計算出隔離薄膜厚度的測量結果
，以及兩個鰭片間溝槽區的刻蝕深度。

圖4：隔離區薄膜厚度剩餘 20nm、10nm 和 0nm 的工藝模擬流程，及相應從光刻膠底部開始的溝槽刻蝕深度

我們對循環模型進行近30次重複後
，觀察到隔離區的薄膜厚度已經達到0
，並能追蹤到溝槽區氧化物的刻蝕深度（當隔離區被完全刻蝕時
，密集區 30nm 的氧化物已被刻蝕 28.4nm）。

結論

SEMulator3D 可用來創建刻蝕終點探測工藝的虛擬模型。這項技術可用來確定哪些材料在刻蝕工藝中被完全去除，也可測量刻蝕後剩下的材料（取決於刻蝕類型）。使用這一方法可成功模擬原位刻蝕深度控製。使用類似方法，也可以進行其他類型的自動工藝控製，例如深度反應離子刻蝕 (DRIE) 或高密度等離子體化學氣相沉積 (HDP-CVD) 工藝控製。

參考資料：

[1] Derbyshire, Katherine. In Situ Metrology for Real-Time Process Control, Semiconductor Online, 10 July 1998, https://www.semiconductoronline.com/doc/in-situ-metrology-for-real-time-....

[2] SEMulator3D V10 Documentation: Sequences, Loops, Variables, etc.

(作者：泛林集團 Semiverse Solutions 部門軟件應用工程師 Pradeep Nanja)

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