Введение к работе
Актуальность темы.
Характерной особенностью развития производства изделий микроэлектроники /ИМЭ/ на современном этапе является неуклонное увеличение степени интеграции элементов на кристалле. По мере повышения степени интеграции и приближения к субкпщюнным размерам элементов ИМЭ существенно возрастает отрицательная роль дефектов различного происхождения; что проявляется в значительной увеличении флуктуации случайных процессов /нарушений/ на технологической линейке^ Эти нарушения вызывают нестабильность и значительные потери выхода годных ИМЭ, что приводит к падению эффективности их производ-стваі Выявление и классификация нарушений технологического процесса - нетривиальный вопрос, поскольку существующие методы контроля качества полупроводниковых пластин несмотря на свою оперативность либо не позволяют учитывать технологические факторы снижения выхода годных /оптические методы/ либо используются только на пластинах-спутниках и не позволяют определять флуктуацию технологических факторов на рабочих пластинах /тестовые методы/. Существующие методы контроля не учитывают влияние нарушений технологии на функциональные способности и электрические параметры изготавливаемых ИМЭ, и следовательно на выход годных, сквозь призму проектирования кристалла, в то время как этот фактор прямо влияет на эффективность производства ИМЭ.
Для анализа дефектности производства ИМЭ должна использоваться информация о локальных и глобальных нарушениях, позволяющая рассчитывать вероятность появления годных/дефектных ИМЭ. При этом оценка нарушений должна происходить в терминах признаков появившихся дефектов, а не самих дефектов ввиду малого размера и низкой наблюдаемости последних с помощью стандартной измерительной техники. Отсюда очевидна необходимость наличия в производстве кристаллов ИМЭ эффективного метода контроля дефектности рабочих пластин. Эффективность этого метода подразумевает, что он должен быть нераэрушающим, а собранные в ходе контроля данные должны быть опре деляпцими в рамках технологического маршрута, то есть они должны воспроизводить "наблюдаемую" технологию, и набор их должен быть минимальным, поскольку операции по их сбору увеличивают стоимость технологии ИМЭ.
Указанные проблемы делают актуальной разработку статистического метода контроля дефектности рабочих пластин на основе моделирования выхода годных. Решение этой задачи будет способствовать повышению эффективности анализа и прогнозирования производства ИМЭ.
Цель работы.
Основной задачей настоящей работы является разработка статистического метода контроля дефектности рабочих пластин на основе моделирования выхода годных, позволяющего на базе учета локальных и грубых дефектов достоверно анализировать и прогнозировать производство изделий микроэлектроники.
Научная новизна.
-
На основе анализа экспериментальных данных о характере распределения годных кристаллов ИМЭ на пластинах и теоретических оценок в качестве универсальной статистической модели выхода годных ИМЭ; учитывающей потери продукции за счет локальных /микро-/ и грубых /макро-/ дефектов, предложено пуассоновское распределение с введением в него коэффициента, пропорционального выходу годных.
-
Для вычисления составляющих модели выхода годных ИМЭ /средней плотности микродефектов Л/ и коэффициента К , учитывающего макродефекты/ разработана оригинальная методика, основанная на экспериментальном подсчете на рабочей пластине долей годных кристаллов размерности ms /лг}= 1,2,3,...; S - площадь кристалла ИМЭ/ горизонтальной и вертикальной ориентации. При этом установлено, чтг максимально рассматриваемое значение т определяется общим числом кристаллов ИМЭ на пластине и требуемой величиной погрешности расчета составляющих модели.
-
Проведен анализ погрешности методики расчета составляющих модели. Рассмотрены факторы, обусловливающие эту погрешность и связанные с существованием у пластины: области макродефектов, ограниченной площади, низкого выхода годных и малого общего числа годных кристаллов ИМЭ. Проведена оценка относительной погрешности методики при наличии на пластине области макродефектов и одновременной флуктуации микродефектов. Показана достаточность использования значений /77= 1,2,3 для вычисления составляющих модели с погрешностью не более 135?.
-
На базе методики расчета составляющих модели определен перечень основных статистических параметров, характеризующих дефектность индивидуальной пластины с готовыми кристаллами ИМЭ.
-
Установлено, что стабильность технологии, оцениваемая по
величине флуктуации выхода годных кристаллов ИМЭ, определяется флуктуацией: средней плотности микродефектов, размера области макро-дефектов, технологических потерь, а также случайным характером распределения микродефектов на пластине. При этом установлено преимущественное влияние макродефектов на стабильность технологии изготовления дискретных приборов и преимущественное влияние микродефектов на стабильность технологии изготовления ИС.
6. Показана возможность реализации анализа и прогнозирования производства ИМЭ с помощью предложенной модели выхода годных. Для широкого класса ИМЭ проведен расчет флуктуации выхода годных кристаллов, установлено хорошее совпадение теоретических и экспериментальных значений этого показателя.
Практическая ценность и внедрение результатов работы.
На основании результатов исследования применяемости предложенной статистической модели выхода годных для описания распределения микро- и макродефектов на индивидуальных рабочих пластинах разработан статистический метод контроля дефектности этих пластин, позволяющий достоверно анализировать и прогнозировать производство изделий микроэлектроники. Получено экспериментальное подтверждение предложенной модели выхода годных для широкого класса ИМЭ /транзисторов, стабилитронов, светодаодов, КМОП БИС, а- ир-МОП БИС, биполярных ИС, БИС ЗУ ЦВД/, позволяющее рассматривать ее в качестве универсальной модели, а разработанный на ее базе статистический метод контроля дефектности рабочих пластин - в качестве универсального метода технологического контроля. Получены результаты, свидетельствующие о наличии существенно малой величины погрешности расчета параметра Ы по сравнению с величиной его флуктуации для отдельных частей индивидуальной пластины и позволяющие рассматривать разработанный метод в качестве наиболее тонкого инструмента анализа производства ИМЭ, При использовании вычислительной техники разработанный метод контроля позволяет без дополнительной трудоемкости получать информацию о влиянии микро- и макродефектов на выход годных ИМЭ и устанавливать для производимых и вновь разрабатываемых ИМЭ конструктивно-технологические ограничения по дефектности. Указанный метод может быть применен на стадии межоперационного контроля технологии и является вффективным средством при анализе и прогнозировании производства ИМЭ с регламентированным объемом изготовления.
Составлен пакет программ для расчета на ЭШ дефектности рабе-
чих пластин, а также для анализа и прогнозирования на базе результатов этого расчета технико-экономических показателей производства кристаллов ИМЭ.
Результаты, представленные в диссертационной работе, были использованы в ОКР "Дефектность", выполненной в НИИ "Сапфир" на основании писька ИУ-2 й Э-02-1518 от 16.05.88.
Разработанный метод и составленный на его базе пакет программ внедрены на предприятиях: завод им. 50-летия СССР /г.Александров/, завод им. 50-летия СССР /г.Фрязино/, ПО "Альфа" /г.Рига/, ПО "Родов" /г.Ивано-Франковск/, НПО "Старт" /г.Москва/. Годовая экономическая эффективность от внедрения на ПО "Родон" в 1990 х. составила 103267 руб. 55 коп., на НПО "Старт" в 1991 г. - 212000 руб; 00 коп.
Основные научные положения, выносимые на защиту.
-
Построение статистической модели выхода годных ИМЭ.
-
Определение составляющих модели на основании экспериментальных данных о распределении годных кристаллов ШЭ на индивидуальной пластине
S. Определение погрешности методики расчета составляющих модели.
-
Определение перечня основных статистических параметров, характеризующих дефектность индивидуальной рабочей пластины.
-
Анализ влияния флуктуации технологических'потерь, микро-
и макродефектов на стабильность технологии изготовления кристаллов ИМЭ.
6. Расчет и сравнение теоретических и экспериментальных зна
чений флуктуации выхода годных кристаллов ИМЭ.
Апробация работы.
Основные положения диссертации доложены на втором совещании МЭП по разработке и внедрению электрофизических методов диагностики интегральных микросхем /Брянск, 1988 г./; совещании МЭП по анализу уровня дефектности производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем /Александров, 1988 г./; конференции молодых ученых и специалистов НИИ "Сапфир" /Москва, 1989 г./; одиннадцатой научно-технической конференции молодых ученых и специалистов /Ленинград, 1990 г./.
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 8 работ, отражающих ее содержание.
Структура и объем диссертации.
