作者@@：泛林集团@@ Semiverse Solutions 部门软件应用@@工程师@@ Pradeep Nanja
介绍@@
半导体行业一直专注于使用@@@@先进的刻蚀设备@@和@@技术@@来实现图@@形的微缩与先进技术@@的开发@@。随着半导体器件尺寸缩减@@、工艺@@复杂程度提升@@，制造工艺@@中刻蚀工艺@@波动的影响将变得明显@@。刻蚀终点探测@@用@@于确定刻蚀工艺@@是否完成@@、且没有剩余材料可供刻蚀@@。这类终点探测有助于最大限度地减少刻蚀速率波动的影响@@。
刻蚀终点探测@@需要在刻蚀工艺@@中进行传感器和@@计量学测量@@。当出现特定的传感器测量@@结果@@或@@阈值时@@@@，可指示刻蚀设备@@停止刻蚀操作@@。如果已无材料可供刻蚀@@@@，底层材料@@（甚至整个器件或@@晶圆@@）就会遭受损坏@@，从而极大影响良率@@[1]，因此可靠的终点探测在刻蚀工艺@@中十分重要@@。半导体行业需要可以在刻蚀工艺@@中为工艺@@监测和@@控制提供关键信息的测量设备@@@@。目前@@，为了提升良率@@，晶圆刻蚀工艺@@使用@@@@独立测量设备@@和@@原位@@（内置@@）传感器测量@@。相比@@独立测量@@，原位测量可对刻蚀相关工艺@@@@（如刻蚀终点探测@@@@）进行实时@@监测和@@控制@@。
使用@@@@ SEMulator3D®工艺@@步骤进行刻蚀终点探测@@@@
通过构建一系列包含虚拟@@刻蚀步骤@@、变量@@、流程和@@循环的@@“虚拟@@”工艺@@，可使用@@@@@@ SEMulator3D 模拟原位刻蚀终点探测@@@@。流程循环用@@于在固定时@@间内重复工艺@@步骤@@，加强工艺@@流程控制@@（如自动工艺@@控制@@@@）的灵活性@@[2]。为模拟控制流程@@，可使用@@@@@@ "For Loop" 或@@ "Until Loop"（就像计算机编程@@）设置一定数量的循环@@。在刻蚀终点探测@@中@@，可使用@@@@@@ "Until Loop"，因为它满足@@“已无材料可供刻蚀@@”的条件@@。在循环中@@，用@@户可以在循环索引的帮助下确认完成的循环数量@@。此外@@，SEMulator3D 能进行@@“虚拟@@测量@@”，帮助追踪并实时@@更新刻蚀工艺@@循环中的材料厚度@@。通过结合虚拟@@测量@@薄膜厚度估测和@@流程循环索引@@，用@@户可以在每个循环后准确获取原位材料刻蚀深度的测量结果@@@@。
用@@ SEMulator3D 模拟刻蚀终点探测@@的示例@@
初始设定@@
在一个简单示例中@@，我们的布局图@@像显示处于密集区@@的四个鳍片和@@密集区@@右侧的隔离区@@（见图@@@@1）。我们想测量隔离区的材料完成刻蚀时@@密集区@@的刻蚀深度@@。我们将用@@于建模的区域用@@蓝框显示@@，其中有四个鳍片@@（红色@@显示@@）需要制造@@。此外@@，我们框出了黄色@@和@@绿色@@的测量区域@@，将在其中分别测量隔离区的薄膜厚度@@ (MEA_ISO_FT) 和@@沟槽区@@的刻蚀深度@@ (MEA_TRENCH_FT)。工艺@@流程的第一步是使用@@@@@@ 20nm 厚的硅晶体@@层@@（红色@@）、30nm 的氧化物@@@@（浅蓝色@@@@）和@@ 10nm 的光刻胶@@（紫色@@）进行晶圆设定@@（图@@2）。我们曝光鳍片图@@形@@，并对使用@@@@基本模型@@刻蚀对光刻胶进行刻蚀@@，使用@@@@特定等离子体角度分布的可视性刻蚀对氧化物@@材料进行@@刻蚀@@。氧化物@@对光刻胶的选择比@@是@@100比@@1。我们在@@ SEMulator3D 中使用@@@@可视性刻蚀模型@@来观察隔离区和@@有鳍片的密集区@@之间是否有厚度上的差异@@。
图@@1：模型@@边界区域@@（蓝色@@），其中包含四个鳍片@@（红色@@）和@@用@@于测量隔离区@@（黄色@@）和@@沟槽区@@（绿色@@）薄膜厚度的两个测量区域@@
图@@2：SEMulator3D 模型@@，硅晶体@@（红色@@）、氧化物@@（浅蓝色@@@@）和@@在光刻胶中显影的四个鳍片@@（紫色@@）
SEMulator3D 刻蚀终点探测@@循环@@
SEMulator3D 的工艺@@流程使用@@@@@@ Until Loop 循环流程@@。我们将测量隔离区的材料厚度@@，并在隔离氧化物@@薄膜耗尽@@、即厚度为@@0时@@ (MEA_ISO_FT==0) 停止该工艺@@@@。在这个循环中@@，每个循环我们每隔@@ 1nm 对氧化物@@材料进行@@1秒的刻蚀@@，并同时@@测量此时@@隔离区氧化物@@薄膜厚度@@。此外@@，我们将在每次循环后追踪两个鳍片间沟槽区的刻蚀深度@@。这个循环索引有助于追踪刻蚀循环的重复次数@@（图@@3）。
图@@3：SEMulator3D 刻蚀终点探测@@模拟中的循环流程@@@@
结果@@
对隔离薄膜进行刻蚀@@，直至其剩余@@ 20nm、10nm 和@@ 0nm 深度的模拟结果@@如图@@@@4所示@@。模型@@中计算出隔离薄膜厚度的测量结果@@@@，以及两个鳍片间沟槽区的刻蚀深度@@。
图@@4：隔离区薄膜厚度剩余@@ 20nm、10nm 和@@ 0nm 的工艺@@模拟流程@@，及相应从光刻胶底部开始的沟槽刻蚀深度@@
我们对循环模型@@进行近@@30次重复后@@，观察到隔离区的薄膜厚度已经达到@@0，并能追踪到沟槽区氧化物@@的刻蚀深度@@（当隔离区被完全刻蚀时@@@@，密集区@@ 30nm 的氧化物@@@@已被刻蚀@@ 28.4nm）。
结论@@
SEMulator3D 可用@@来创建刻蚀终点探测@@工艺@@的虚拟@@模型@@@@。这项技术@@可用@@来确定哪些材料在刻蚀工艺@@中被完全去除@@，也可测量刻蚀后剩下的材料@@（取决于刻蚀类型@@）。使用@@@@这一方法可成功模拟原位刻蚀深度控制@@。使用@@@@类似方法@@，也可以进行其他类型的自动工艺@@控制@@@@，例如深度反应离子刻蚀@@ (DRIE) 或@@高密度等离子体化学气相沉积@@ (HDP-CVD) 工艺@@控制@@。
参考资料@@：
[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.