【導讀】設計規則檢查 (DRC) 技術(shù)用于芯片設計，可確保以較高的良率制造出所需器件。設計規則通常根據所使用設備和工藝技術(shù)的限制和變異性制定。DRC可確保設計符合制造要求，且不會(huì )導致芯片故障或DRC違規。常見(jiàn)的DRC規則包括最小寬度和間隔要求、偏差檢查以及其他規格，以避免在制造過(guò)程中出現短路、斷路、材料過(guò)量或其他器件故障。
大面積分析技術(shù)可以預防、探測和修復熱點(diǎn)，從而將系統性、隨機性和參數缺陷數量降至最低，并最終提高良率
通過(guò)虛擬工藝開(kāi)發(fā)工具加速半導體工藝熱點(diǎn)的識別
這些技術(shù)可以節約芯片制造的成本、提升良率
設計規則檢查 (DRC) 技術(shù)用于芯片設計，可確保以較高的良率制造出所需器件。設計規則通常根據所使用設備和工藝技術(shù)的限制和變異性制定。DRC可確保設計符合制造要求，且不會(huì )導致芯片故障或DRC違規。常見(jiàn)的DRC規則包括最小寬度和間隔要求、偏差檢查以及其他規格，以避免在制造過(guò)程中出現短路、斷路、材料過(guò)量或其他器件故障。
在先進(jìn)的半導體技術(shù)節點(diǎn)，DRC規則的數量增加和復雜性提升，導致傳統的2D DRC無(wú)法識別所有熱點(diǎn)和故障。2D DRC無(wú)法模擬或預測3D規則違規，因此通常在開(kāi)發(fā)晚期才能識別到3D故障。僅靠硅晶圓廠(chǎng)數據和測試宏來(lái)識別開(kāi)發(fā)晚期的故障既耗時(shí)又昂貴。
泛林集團的SEMulator3D?虛擬制造平臺可用于進(jìn)行半導體器件的3D建模和基于規則的量測，并用比硅晶圓實(shí)驗更快、更經(jīng)濟的方式識別熱點(diǎn)（DRC違規）和潛在故障。
大面積分析 (Large Area Analysis) 是半導體工程研發(fā)中的重要概念，指為了探索大面積芯片區域內潛在熱點(diǎn)的敏感性及其對下游工藝步驟的影響而進(jìn)行的一系列實(shí)驗。經(jīng)過(guò)精心設計的大面積分析可以幫助工程師用較少的實(shí)驗晶圓成本來(lái)開(kāi)發(fā)出最佳的半導體工藝。
然而，大面積芯片區域潛在的工藝問(wèn)題非常復雜，所以半導體設計和制造中的大面積分析（或實(shí)驗）空間并沒(méi)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(guò)在大面積模擬域中識別3D弱點(diǎn)展示我們的方法。
圖1：使用SEMulator3D進(jìn)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(gè)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準的結構搜索宏和設計版圖。
通過(guò)3D預測性工藝建模，SEMulator3D可以使用這些輸入值來(lái)識別短路、斷路、材料過(guò)量等3D器件故障。此模擬的輸出值包括基于規則的量測、（搜索宏的）故障識別、以及缺陷圖的生成。
大面積分析工藝結束后，用戶(hù)可以查看整個(gè)大面積模擬域的測量結果。此外，還會(huì )生成包含潛在弱點(diǎn)的圖形數據系統 (GDS) 版圖文件，供進(jìn)一步參考。
我們可以看到大面積分析3D DRC集成工藝的每個(gè)輸出值，以及它們如何在半導體開(kāi)發(fā)過(guò)程中加速熱點(diǎn)和故障識別。
圖2：大面積分析，3D DRC集成工藝圖
3D結構搜索中基于規則的量測
通過(guò)對3D結構進(jìn)行基于規則的虛擬量測，SEMulator3D中的3D模型可用于搜索和驗證問(wèn)題區域或熱點(diǎn)。一旦有違反規則，軟件會(huì )進(jìn)行相應提示。而2D DRC工藝可能無(wú)法識別到所有這些違規——盡管使用簡(jiǎn)單的2D DRC可以識別某些熱點(diǎn)，但由于2D DRC無(wú)法顯示沉積、刻蝕或其他光刻工藝的變異性，所以結果并不完整。
3D工藝建模包括工藝和結構信息，可用于突顯結構問(wèn)題，比如絕緣距離太短、接觸區域重疊或其他限制良率的設計問(wèn)題（如圖3）。在3D建模工藝中，可以建立幾何標準，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(wèn)題和其他器件研究。這些信息可用于協(xié)助工藝/設計的共同優(yōu)化，并降低不可控性。通過(guò)在3D結構上進(jìn)行虛擬且基于規則的量測，可以在開(kāi)發(fā)早期、在硅晶圓廠(chǎng)數據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(lèi)型
搜索宏和缺陷（熱點(diǎn)）圖
在SEMulator3D中，搜索宏可以識別大面積半導體區域內的違規或可能發(fā)生的器件故障。當搜索宏識別出故障時(shí)（使用基于規則的量測），會(huì )自動(dòng)將結果輸出到一個(gè)GDS文件（如圖4），展示已識別故障的位置，該GDS文件包含在結構搜索工藝中識別的故障和缺陷。這些缺陷實(shí)際上是在3D結構中的，所以使用2D DRC方法通常無(wú)法識別它們。根據大面積研究中發(fā)現的缺陷類(lèi)型，可能需要在SEMulator3D中進(jìn)行工藝模型校準，以驗證預測準確性。理論上，識別意外缺陷不需要先進(jìn)的校準。
圖4：大面積分析模擬的GDS文件，故障區域用紅色標記
結論
在不需要晶圓實(shí)驗的情況下識別工藝熱點(diǎn)非常有價(jià)值：這不僅可以節省晶圓和掩膜成本，更重要的是，可以加速技術(shù)開(kāi)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(kāi)發(fā)早期識別出多個(gè)掩膜缺陷。其中，兩個(gè)缺陷已經(jīng)得到修正，并購買(mǎi)了新的掩膜。如果沒(méi)有使用虛擬工藝開(kāi)發(fā)工具，這種掩膜故障識別可能花費數月時(shí)間、數次試樣的測試。
隨著(zhù)半導體技術(shù)的進(jìn)步，大面積分析技術(shù)可以預防、探測和修復熱點(diǎn)，從而將系統性、隨機性和參數缺陷數量降至最低，并最終提高良率。對希望按時(shí)交付新半導體產(chǎn)品的企業(yè)來(lái)說(shuō)，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：泛林集團半導體工藝與整合高級經(jīng)理 Jacky Huang）
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