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06-17
简介 半导体行业一直专注于利用先进的蚀刻设备和技术来实现图案小型化和先进技术的发展。
随着半导体器件尺寸的缩小和工艺复杂度的增加，制造过程中刻蚀工艺波动的影响将变得明显。
蚀刻终点检测用于确定蚀刻过程是否完成以及是否没有剩余材料可供蚀刻。
这种类型的终点检测有助于最大限度地减少蚀刻速率波动的影响。
蚀刻终点检测需要在蚀刻过程中使用传感器和计量测量。
当出现某些传感器测量值或阈值时，可以指示蚀刻设备停止蚀刻操作。
如果没有更多的材料可用于刻蚀，底层材料（甚至整个器件或晶圆）就会被损坏，极大地影响良率[1]，因此可靠的终点检测在刻蚀过程中非常重要。
半导体行业需要能够为蚀刻过程中的过程监测和控制提供关键信息的测量设备。
目前，为了提高产量，晶圆蚀刻工艺是使用独立测量设备和原位（内置）传感器来测量的。
与独立测量相比，原位测量可以提供蚀刻相关过程的实时监测和控制（例如蚀刻终点检测）。
使用SEMulator3D？蚀刻端点检测的流程步骤 使用 SEMulator3D 通过构建一系列包含虚拟蚀刻步骤、变量、流程和循环的“虚拟”流程来模拟原位蚀刻端点检测。
过程循环用于在固定时间内重复过程步骤，以增强过程控制（如自动过程控制）的灵活性[2]。
要模拟控制流，可以使用“For Loop”或“Until Loop”设置一定数量的循环（就像计算机编程一样）。
在蚀刻终点检测中，可以使用“Until Loop”，因为它满足“没有更多材料可供蚀刻”的条件。
在循环中，用户可以借助循环索引来确认已完成循环的数量。
此外，SEMulator3D 可以执行“虚拟测量”，以帮助实时跟踪和更新蚀刻工艺周期中的材料厚度。
通过将虚拟测量薄膜厚度估计和工艺周期索引相结合，用户可以在每个周期后获得准确的原位材料蚀刻深度测量。
使用 SEMulator3D 模拟蚀刻终点检测的示例 初始设置 在一个简单的示例中，我们的布局图像显示了密集区域中的四个鳍片以及密集区域右侧的隔离区域（见图 1） 。
我们想要在隔离区域的材料完成蚀刻后测量密集区域的蚀刻深度。
我们将用于建模的区域显示在蓝色框中，其中有四个需要制作的翅片（显示为红色）。
此外，我们框出黄色和绿色测量区域，分别测量隔离区域中的膜厚（MEA_ISO_FT）和沟槽区域中的蚀刻深度（MEA_TRENCH_FT）。
工艺流程的第一步是使用 20 nm 厚的硅晶体层（红色）、30 nm 氧化物（浅蓝色）和 10 nm 光刻胶（紫色）进行晶圆设置（图 2）。
我们暴露鳍图案并使用基本模型蚀刻来蚀刻光致抗蚀剂，并使用特定等离子体角度分布的可见性蚀刻来蚀刻氧化物材料。
氧化物与光刻胶的选择性比为1。
我们使用SEMulator3D中的可见性蚀刻模型来查看隔离区域和带有鳍的密集区域之间的厚度是否存在差异。
图1：模型边界区域（蓝色），包含四个鳍片（红色）和两个测量区域，用于测量隔离区域（黄色）和沟槽区域（绿色）的膜厚 图1 2：SEMulator3D模型，硅晶体（红色），氧化物（浅蓝色）和光刻胶中开发的四个鳍片（紫色） SEMulator3D蚀刻终点检测循环 SEMulator3D Until Loop循环工艺的工艺流程使用。
我们将测量隔离区的材料厚度，并在隔离氧化膜耗尽时停止工艺，即厚度为0（MEA_ISO_FT==0）。
在这个周期中，我们在每个周期中每1nm刻蚀氧化物材料1秒，并测量此时隔离区氧化膜的厚度。
此外，我们将在每个周期后跟踪两个鳍之间的沟槽区域的蚀刻深度。
该循环索引有助于跟踪蚀刻循环重复的次数（图 3）。
图 3：SEMulator3D 蚀刻终点检测模拟中的循环流程 结果 蚀刻隔离膜直至其剩余 20nm、10nm 和 0nm 深度的模拟结果如图 4 所示。
模型中计算了两个鳍片之间沟槽区域的膜厚和蚀刻深度。
图4：隔离区剩余20nm、10nm、0nm膜厚以及从光刻胶底部开始对应的沟槽刻蚀深度的工艺模拟流程 循环模型重复近30次后，我们观察到隔离区的膜厚已达到0，可以追踪到沟槽区氧化物的刻蚀深度（当隔离区完全刻蚀完毕时，密集区30nm的氧化物已刻蚀至28.4nm）。
结论 SEMulator3D 可用于创建蚀刻终点检测过程的虚拟模型。
该技术可用于确定蚀刻过程中哪些材料已被完全去除，或测量蚀刻后剩余的材料（取决于蚀刻的类型）。
使用这种方法可以成功模拟原位蚀刻深度控制。
使用类似的方法，其他类型的自动化过程控制也是可能的，例如深反应离子蚀刻（DRIE）或高密度等离子体化学气相沉积（HDP-CVD）过程控制。
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