Componenti ad alta tensione per la deposizione di semiconduttori tramite incisione

Componenti ad alta tensione per la deposizione di semiconduttori tramite incisione

Astratto

Gli strumenti di incisione e deposizione controllano un plasma con potenza a radiofrequenza e una polarizzazione CC ad alta tensione, e la stabilità di tale controllo determina le dimensioni critiche di ogni wafer. Questo articolo spiega l'architettura di alimentazione dello strumento, i requisiti elettrici e di pulizia di ogni fase, i guasti segnalati dai team di manutenzione della fabbrica e come selezionare il condensatore HVCfamiglie di diodi e resistori per un'affidabilità di livello semiconduttore.

1. Contesto applicativo: controllo del plasma nella fabbrica

Nell'impianto di fabbricazione, gli strumenti di incisione rimuovono materiale e quelli di deposizione lo aggiungono, entrambi utilizzando un plasma mantenuto in una camera di processo. Il generatore RF alimenta il plasma attraverso una rete di adattamento di impedenza e una polarizzazione CC ad alta tensione accelera gli ioni sul wafer per modellare il profilo della struttura. La tensione di polarizzazione e la potenza RF insieme determinano la velocità di incisione, l'anisotropia e l'uniformità su tutta la superficie del wafer.

Ogni wafer che passa attraverso lo strumento dipende dal mantenimento del setpoint da parte dello stadio di potenza, e una deriva di pochi punti percentuali nella tensione di polarizzazione può spostare la dimensione critica al di fuori della finestra di processo, con costi elevatissimi.

2. Requisiti tecnici

2.1 Stabilità della tensione di polarizzazione. La linea di polarizzazione CC deve mantenere il valore impostato con ondulazioni e derive molto basse, poiché l'energia degli ioni sul wafer segue direttamente la polarizzazione:

2.2 Adattamento e accoppiamento RF. La rete di adattamento regola l'impedenza del plasma a 13.56 MHz e oltre. I condensatori di accoppiamento devono trasportare la corrente RF con basse perdite e capacità stabile:

2.3 Pulizia e UHV. L'interno dello strumento è pulito come in una camera bianca e la generazione di particelle da qualsiasi componente contamina il wafer. I componenti devono essere sigillati, privi di degassamento e adatti all'ambiente sottovuoto:

Figura 1 — Catena di alimentazione degli strumenti di incisione e deposizione con la mappa dei prodotti HVC per ogni fase.

3. Punti critici per gli ingegneri (feedback sulla manutenzione degli impianti)

4. Confronto dei componenti: opzioni di stadio di potenza dell'utensile

5. Selezione e soluzione HVC

6. Caso di studio di ingegneria

Un impianto di produzione di memorie subiva perdite significative ogni poche settimane a causa della deriva del bias nella fase di incisione, e la rete di adattamento di impedenza presentava problemi su ogni wafer, allungando i tempi di processo. La riprogettazione ha spostato il filtro di bias su un transistor HVCT8G a temperatura di transizione piatta e l'adattamento RF su dischi HVCAP a bassa frequenza di taglio.

Al di là dei numeri, due scoperte si sono rivelate importanti. In primo luogo, la stabilità del bias ha eliminato le escursioni della finestra di processo, quindi la fase di incisione non necessitava più di una riqualificazione a metà ciclo; l'utilizzo dello strumento è aumentato perché è stata eliminata la bruciatura settimanale dei wafer di prova. In secondo luogo, la rete di adattamento a sintonizzazione rapida ha ridotto il tempo di processo per wafer, il che, considerando la produttività dello stabilimento, ha permesso di recuperare un numero di ore mensili sufficiente a eseguire un turno di produzione aggiuntivo senza dover aggiungere uno strumento. Anche il team di manutenzione ha modificato la propria routine: i componenti sigillati sopravvivono al ciclo di manutenzione preventiva senza bisogno di rilavorazioni, quindi l'intervallo di manutenzione preventiva si è esteso da quattro a otto settimane e l'armadietto dei pezzi di ricambio ora contiene un solo valore di riferimento e un solo valore di riferimento, invece di uno scaffale pieno di componenti obsoleti. Per il responsabile dello stabilimento, il risultato misurabile è stato più semplice: maggiore utilizzo dello strumento, minore densità di difetti e una finestra di processo che gli ingegneri non dovevano più monitorare costantemente durante i turni notturni. Gli stessi componenti sono stati successivamente qualificati sullo strumento di deposizione con una sola modifica al valore del disco di accoppiamento RF, il che ha confermato che un'unica piattaforma di componenti può essere utilizzata sia per l'incisione che per la deposizione in tutto lo stabilimento.

7. Considerazioni sulla progettazione

• Stabilità del bias: Scegliere un dielettrico TC piatto in modo che la tensione di polarizzazione rimanga all'interno della finestra di processo in funzione della temperatura.
• Perdita RF: Verificare il fattore di dissipazione e l'ESR a 13.56 MHz, non a 1 kHz.
• Pulizia: Specificare corpi sigillati o con rivestimento conforme per l'utilizzo in camera bianca e sottovuoto.
• Dispersione: Estendere le distanze di dispersione nella configurazione compatta degli utensili per evitare scariche elettriche in quota o a bassa pressione.
• Montaggio: Sostenere i componenti in modo che la dilatazione termica e le vibrazioni non sollecitino le terminazioni.
• convalida: Eseguire test di frequenza di processo, termici e sulle particelle sui campioni prima della qualificazione in fabbrica.

8. Riferimenti

• IEC 60270:2000, Tecniche di prova ad alta tensione — Misure di scariche parziali.
• IEC 60068-2-2:2007, Prove ambientali — Parte 2-2: Prove — Prova B: Calore secco.
• S. Wolf e RN Tauber, Elaborazione del silicio per l'era VLSI, Vol. 1, Lattice Press, 2000.
• 陈景亮等, 高电压试验技术, 中国电力出版社, 2005.
• Scheda tecnica del condensatore con terminali a vite HVC HVCT8G, condensatore HVC, 2024.
• Scheda tecnica del condensatore a disco ceramico HVC HVCAP, condensatore HVC, 2024.