晶圓制程recipe的定義、種類、構(gòu)建與驗(yàn)證、優(yōu)化及其在工藝流程中的作用

老虎說(shuō)芯|Tiger Chip|

2024-12-09 10:52:15 755

在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，recipe（工藝配方）是指一套精確定義的工藝參數(shù)和操作程序，用于指導(dǎo)生產(chǎn)設(shè)備執(zhí)行特定的加工任務(wù)。它貫穿于晶圓制造的各個(gè)工藝環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)工藝穩(wěn)定性、產(chǎn)品質(zhì)量控制以及生產(chǎn)效率提升的核心工具。

一、Recipe 的定義與重要性

1、什么是Recipe？

Recipe 是一套設(shè)備參數(shù)的集合，用于指導(dǎo)生產(chǎn)設(shè)備完成特定工藝步驟。例如，蝕刻設(shè)備的recipe中可能包含氣體流量、腔體壓力、RF功率、蝕刻時(shí)間等詳細(xì)參數(shù)。這些參數(shù)直接決定了晶圓的加工效果。

簡(jiǎn)單類比：可以將recipe看作“食譜”。就像烹飪中需要精確控制食材、調(diào)料和火候，晶圓制造中也需要recipe嚴(yán)格定義加工條件，確保生產(chǎn)結(jié)果一致性。

2、Recipe 的重要性

*制造：通過(guò)recipe，確保晶圓制造中的每一步達(dá)到所需的精度和一致性。

可重復(fù)性：在量產(chǎn)環(huán)境中，recipe的標(biāo)準(zhǔn)化能顯著提高工藝的可重復(fù)性。

問(wèn)題排查：當(dāng)發(fā)生工藝異常時(shí)，recipe的追蹤和調(diào)整是問(wèn)題分析與解決的關(guān)鍵。

二、Recipe 的種類

在晶圓制造的不同環(huán)節(jié)中，recipe分為多個(gè)類型，根據(jù)功能和用途主要可以歸納如下：

1、工藝recipe（Process Recipe）

包含具體的加工條件，如溫度、時(shí)間、化學(xué)試劑濃度等。例如，PVD（物理氣相沉積）中的recipe定義了靶材的種類、電壓參數(shù)等。

用途：指導(dǎo)工藝設(shè)備完成特定任務(wù)，如蝕刻、光刻、摻雜。

2、量測(cè)recipe（Measurement Recipe）

用于量測(cè)設(shè)備中，定義如何檢測(cè)加工結(jié)果的具體參數(shù)。例如，量測(cè)CD（Critical Dimension，關(guān)鍵尺寸）時(shí)，需要設(shè)置檢測(cè)位置、掃描方式、光源參數(shù)等。

用途：實(shí)時(shí)監(jiān)控工藝結(jié)果，提供反饋給工藝工程師。

3、校準(zhǔn)recipe（Calibration Recipe）

用于設(shè)備校準(zhǔn)和維護(hù)，確保設(shè)備能夠按照設(shè)定的工藝參數(shù)正常工作。

用途：通過(guò)周期性的設(shè)備校準(zhǔn)，消除潛在的設(shè)備偏差。

4、優(yōu)化recipe（Optimization Recipe）

針對(duì)生產(chǎn)效率或工藝窗口擴(kuò)展的需求，進(jìn)行參數(shù)微調(diào)后的recipe。例如，在量產(chǎn)階段，通過(guò)調(diào)整采樣點(diǎn)數(shù)，優(yōu)化量測(cè)時(shí)間。

三、Recipe 的構(gòu)建與驗(yàn)證

1、構(gòu)建流程

Recipe的建立通常在新工藝開(kāi)發(fā)或新設(shè)備上線時(shí)進(jìn)行，其構(gòu)建需要以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟：

需求分析：明確加工目標(biāo)。例如，在氧化過(guò)程中，需達(dá)到的薄膜厚度和均勻性。

參數(shù)設(shè)計(jì)：根據(jù)目標(biāo)，設(shè)定關(guān)鍵參數(shù)范圍（如溫度、氣體比例等）。

初步實(shí)驗(yàn)：通過(guò)小批量試驗(yàn)驗(yàn)證初始參數(shù)的可行性。

調(diào)整與優(yōu)化：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)調(diào)整參數(shù)，進(jìn)一步縮小工藝窗口。

標(biāo)準(zhǔn)化：將最終的recipe存儲(chǔ)為固定模板，用于量產(chǎn)。

2、驗(yàn)證方法

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（DOE，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)）：采用多因素實(shí)驗(yàn)法，研究參數(shù)間的相互作用，確保recipe的魯棒性。

與基準(zhǔn)對(duì)比：通過(guò)量測(cè)結(jié)果（如CD、膜厚）與基準(zhǔn)值對(duì)比，確認(rèn)recipe的準(zhǔn)確性。

統(tǒng)計(jì)分析：利用SPC（統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制）工具，分析數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和一致性。

四、Recipe 的優(yōu)化

1、優(yōu)化目標(biāo)

提高生產(chǎn)效率（Throughput）：減少加工時(shí)間或采樣點(diǎn)數(shù)。

提升工藝穩(wěn)定性：確保加工結(jié)果的偏差在可接受范圍內(nèi)。

擴(kuò)展工藝窗口：增加設(shè)備和工藝的容錯(cuò)性。

2、優(yōu)化方法

采樣點(diǎn)優(yōu)化：通過(guò)分析長(zhǎng)期數(shù)據(jù)，確定最低采樣點(diǎn)數(shù)以保證監(jiān)控效果。例如，將原本13個(gè)點(diǎn)的CD量測(cè)改為9個(gè)點(diǎn)。

量測(cè)條件優(yōu)化：調(diào)整量測(cè)方式，減少重復(fù)性工序。例如，在更關(guān)鍵的站點(diǎn)集中量測(cè)，跳過(guò)某些中間步驟。

智能算法輔助：通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，分析歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)最優(yōu)參數(shù)設(shè)置。

3、平衡準(zhǔn)確性與效率

Recipe 的優(yōu)化本質(zhì)是一個(gè)平衡問(wèn)題。過(guò)少的監(jiān)控點(diǎn)可能導(dǎo)致異常未被及時(shí)捕獲，而過(guò)多的監(jiān)控點(diǎn)會(huì)降低生產(chǎn)效率。因此，MI（量測(cè)工程師）需要深入理解工藝需求，找到最優(yōu)解。

五、Recipe 在工藝流程中的作用

1、實(shí)時(shí)監(jiān)控與反饋

在晶圓制造中，inline量測(cè)（在線監(jiān)測(cè)）是確保工藝穩(wěn)定的關(guān)鍵手段。通過(guò)量測(cè)recipe，可以捕捉工藝過(guò)程中的微小偏差，并及時(shí)反饋給工藝工程師進(jìn)行調(diào)整。

例如：若發(fā)現(xiàn)某站點(diǎn)的CD偏差超過(guò)規(guī)格范圍（OOC/OOS），MI團(tuán)隊(duì)會(huì)根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)定位問(wèn)題來(lái)源，通知PE團(tuán)隊(duì)調(diào)整工藝參數(shù)。

2、異常捕獲

量測(cè)recipe 的準(zhǔn)確性決定了捕捉異常的能力。通過(guò)合理設(shè)計(jì)量測(cè)條件，可以盡早發(fā)現(xiàn)工藝異常，避免大范圍的晶圓報(bào)廢。

類比：這就像一個(gè)精密的報(bào)警系統(tǒng)，能在問(wèn)題剛剛出現(xiàn)時(shí)發(fā)出警報(bào)，而不是等到問(wèn)題擴(kuò)展到“不可挽回”階段。

3、提升量產(chǎn)能力

Recipe 的標(biāo)準(zhǔn)化與優(yōu)化能顯著提高生產(chǎn)效率，降低設(shè)備運(yùn)行的復(fù)雜性，同時(shí)減少因工藝波動(dòng)帶來(lái)的良率損失。

六、總結(jié)

Recipe 是晶圓制造的核心“規(guī)則書(shū)”，貫穿從工藝開(kāi)發(fā)到量產(chǎn)的整個(gè)流程。它的建立和優(yōu)化不僅需要深厚的工藝知識(shí)，還需要大量的數(shù)據(jù)分析和驗(yàn)證工作。作為工藝工程師或量測(cè)工程師，深刻理解recipe的構(gòu)建與應(yīng)用是確保晶圓制造順利進(jìn)行的關(guān)鍵：

工藝recipe：指導(dǎo)設(shè)備執(zhí)行加工步驟，決定晶圓性能。

量測(cè)recipe：用于實(shí)時(shí)監(jiān)控工藝結(jié)果，提供反饋。

優(yōu)化recipe：平衡效率與準(zhǔn)確性，擴(kuò)展工藝窗口。

免責(zé)聲明：本文采摘自“老虎說(shuō)芯”，本文僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，不代表薩科微及行業(yè)觀點(diǎn)，只為轉(zhuǎn)載與分享，支持保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明原出處及作者，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系我們刪除。

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