集成电路制造中制程能力的提升

2014-12-05向璐

电子与封装 2014年3期

关键词：测数据光刻机台

向璐

（中国电子科技集团公司第58研究所，江苏无锡 214035）

1 引言

在集成电路制造过程中会收集关键制程步骤的量测数据，这些量测数据包括：

（1）氧化、淀积及腐蚀后的膜厚量测；

（2）AA/POLY/WX/AlX等光刻和腐蚀后的条宽宽度；

（3）光刻的套刻；

（4）关键层次上的颗粒及图形缺损多余情况的缺陷检测；

（5）流片完成后的电性参数量测。

这些制程量测数据的稳定性体现了工厂对制程的控制能力。

2 制程能力评估标准

2.1 制程能力

制程能力由统计过程控制SPC中的CPK来体现，一般都要求每一个量测项的CPK>1.33。1.67>CPK>1.33 意味着制程能力良好，状态稳定。CPK>1.67意味着制程能力优，应当保持。CPK指标的不断提升意味着制造成本的增加，所以在质量和成本之间需要找到一个平衡点。大部分的工厂都选择CPK>1.33，并要求所有项目CPK都能大于1.33。

2.2 CPK的计算方法

CPK的计算方法主要有以下三个公式：

3 制程能力的监控方法

集成电路制造是每天24 h都在生产的，制程的量测数据不断录入系统。所以要求：

（1）设定合理有效的控制规范；

（2）密切关注新录入数据是否异常；

（3）对于多层Al工艺，在Al1完成后增加电性参数量测，以便及早发现电性参数的问题。

3.1 设立有效的控制规范

在原有规范上下限的基础上，按照3σ原理设立控制上下限，超出控制线的异常一定要找到纠正预防措施。

3σ介绍：连续的生产过程中，质量特性值最常见的典型分布为正态分布。

图1 正态分布图

3.2 定期察看SPC chart

定期察看SPC chart，对于非正常的波动都要进行分析并找到根本原因，给出有效的纠正预防措施。必要时要采取紧急措施停线或有条件放片，避免异常面的扩大。

3.3 电性参数量测

集成电路的器件在介质淀积前就完成了，介质淀积到制程结束是通过铝连线将器件相互连接，满足电路的功能要求。随着管芯面积的不断缩小，铝的连线层越来越多。要尽早发现器件的问题，可以在第一层铝完成后量测器件的电性参数，并建立SPC监控系统。

4 制程能力提升的案例分析

制程能力CPK低的原因有：异常波动、规范设置不佳、长期波动较大等。

4.1 异常波动

在SPC chart上发现连续3个批次共75片晶圆的关键层腐蚀后条宽超规范下限。察看了光刻的条宽，值偏小但仍在控制线内。

图2 腐蚀条宽控制图

图3 光刻条宽控制图

从控制图看出，正常片的BIAS=0.204 5-0.2=0.004 5 μm，异常片的BIAS=0.176-0.19=-0.014 μm，BIAS变化很大。考虑是否光刻胶的形貌出现问题，调出CD SEM量测机台保存的量测图片，发现光刻的条宽只有0.176 μm，严重超出规范且与录入系统的条宽数据有很大的出入。

调查中发现是作业员擅自将固定位置的量测点移动到其他位置，并录入较大的量测数据。这3批圆片本来可以在光刻返工后正常出货，但因作业员的自作主张换点量测导致了报废。后续制造部门给出了有效的纠正预防措施：宣导了操作纪律并加强培训，避免了类似问题的再次发生。CPK后续也恢复到了1.33以上。