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大面積分析技術(shù)可以預(yù)防、探測和修復(fù)熱點，從而將系統(tǒng)性、隨機性和參數(shù)缺陷數(shù)量降至最低，并最終提高良率
設(shè)計規(guī)則檢查 (DRC) 技術(shù)用于芯片設(shè)計，可確保以較高的良率制造出所需器件。設(shè)計規(guī)則通常根據(jù)所使用設(shè)備和工藝技術(shù)的限制和變異性制定。DRC可確保設(shè)計符合制造要求，且不會導(dǎo)致芯片故障或DRC違規(guī)。常見的DRC規(guī)則包括最小寬度和間隔要求、偏差檢查以及其他規(guī)格，以避免在制造過程中出現(xiàn)短路、斷路、材料過量或其他器件故障。
在先進的半導(dǎo)體技術(shù)節(jié)點，DRC規(guī)則的數(shù)量增加和復(fù)雜性提升，導(dǎo)致傳統(tǒng)的2D DRC無法識別所有熱點和故障。2D DRC無法模擬或預(yù)測3D規(guī)則違規(guī)，因此通常在開發(fā)晚期才能識別到3D故障。僅靠硅晶圓廠數(shù)據(jù)和測試宏來識別開發(fā)晚期的故障既耗時又昂貴。
泛林集團的SEMulator3D?虛擬制造平臺可用于進行半導(dǎo)體器件的3D建模和基于規(guī)則的量測，并用比硅晶圓實驗更快、更經(jīng)濟的方式識別熱點（DRC違規(guī)）和潛在故障。
大面積分析 (Large Area Analysis) 是半導(dǎo)體工程研發(fā)中的重要概念，指為了探索大面積芯片區(qū)域內(nèi)潛在熱點的敏感性及其對下游工藝步驟的影響而進行的一系列實驗。經(jīng)過精心設(shè)計的大面積分析可以幫助工程師用較少的實驗晶圓成本來開發(fā)出最佳的半導(dǎo)體工藝。
然而，大面積芯片區(qū)域潛在的工藝問題非常復(fù)雜，所以半導(dǎo)體設(shè)計和制造中的大面積分析（或?qū)嶒灒┛臻g并沒有被工程師充分挖掘。
本文中，我們將演示如何將SEMulator3D虛擬制造用于大面積分析，并通過在大面積模擬域中識別3D弱點展示我們的方法。
圖1：使用SEMulator3D進行大面積分析
大面積3D DRC集成流程
圖2是大面積分析3D DRC集成工藝圖。其中包含三個輸入值：SEMulator3D最佳已知方法工藝步驟模型、配置特定缺陷搜索標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)搜索宏和設(shè)計版圖。
通過3D預(yù)測性工藝建模，SEMulator3D可以使用這些輸入值來識別短路、斷路、材料過量等3D器件故障。此模擬的輸出值包括基于規(guī)則的量測、（搜索宏的）故障識別、以及缺陷圖的生成。
大面積分析工藝結(jié)束后，用戶可以查看整個大面積模擬域的測量結(jié)果。此外，還會生成包含潛在弱點的圖形數(shù)據(jù)系統(tǒng) (GDS) 版圖文件，供進一步參考。
我們可以看到大面積分析3D DRC集成工藝的每個輸出值，以及它們?nèi)绾卧诎雽?dǎo)體開發(fā)過程中加速熱點和故障識別。
圖2：大面積分析，3D DRC集成工藝圖
3D結(jié)構(gòu)搜索中基于規(guī)則的量測
通過對3D結(jié)構(gòu)進行基于規(guī)則的虛擬量測，SEMulator3D中的3D模型可用于搜索和驗證問題區(qū)域或熱點。一旦有違反規(guī)則，軟件會進行相應(yīng)提示。而2D DRC工藝可能無法識別到所有這些違規(guī)——盡管使用簡單的2D DRC可以識別某些熱點，但由于2D DRC無法顯示沉積、刻蝕或其他光刻工藝的變異性，所以結(jié)果并不完整。
3D工藝建模包括工藝和結(jié)構(gòu)信息，可用于突顯結(jié)構(gòu)問題，比如絕緣距離太短、接觸區(qū)域重疊或其他限制良率的設(shè)計問題（如圖3）。在3D建模工藝中，可以建立幾何標(biāo)準(zhǔn)，以研究各種器件特征的最小/最大關(guān)鍵尺寸，以及材料接口問題和其他器件研究。這些信息可用于協(xié)助工藝/設(shè)計的共同優(yōu)化，并降低不可控性。通過在3D結(jié)構(gòu)上進行虛擬且基于規(guī)則的量測，可以在開發(fā)早期、在硅晶圓廠數(shù)據(jù)和測試宏之前識別可能限制良率的故障。
圖3：3D工藝建模中識別的故障類型
搜索宏和缺陷（熱點）圖
在SEMulator3D中，搜索宏可以識別大面積半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)的違規(guī)或可能發(fā)生的器件故障。當(dāng)搜索宏識別出故障時（使用基于規(guī)則的量測），會自動將結(jié)果輸出到一個GDS文件（如圖4），展示已識別故障的位置，該GDS文件包含在結(jié)構(gòu)搜索工藝中識別的故障和缺陷。這些缺陷實際上是在3D結(jié)構(gòu)中的，所以使用2D DRC方法通常無法識別它們。根據(jù)大面積研究中發(fā)現(xiàn)的缺陷類型，可能需要在SEMulator3D中進行工藝模型校準(zhǔn)，以驗證預(yù)測準(zhǔn)確性。理論上，識別意外缺陷不需要先進的校準(zhǔn)。
圖4：大面積分析模擬的GDS文件，故障區(qū)域用紅色標(biāo)記
結(jié)論
在不需要晶圓實驗的情況下識別工藝熱點非常有價值：這不僅可以節(jié)省晶圓和掩膜成本，更重要的是，可以加速技術(shù)開發(fā)中的良率提升。
在最近使用SEMulator3D的項目中，大面積分析解決方案在開發(fā)早期識別出多個掩膜缺陷。其中，兩個缺陷已經(jīng)得到修正，并購買了新的掩膜。如果沒有使用虛擬工藝開發(fā)工具，這種掩膜故障識別可能花費數(shù)月時間、數(shù)次試樣的測試。
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進步，大面積分析技術(shù)可以預(yù)防、探測和修復(fù)熱點，從而將系統(tǒng)性、隨機性和參數(shù)缺陷數(shù)量降至最低，并最終提高良率。對希望按時交付新半導(dǎo)體產(chǎn)品的企業(yè)來說，大面積分析用于探究制造可行性將成為成功的關(guān)鍵因素。
作者：泛林集團半導(dǎo)體工藝與整合高級經(jīng)理 Jacky Huang
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