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在第 31 屆 IEEE ASMC 會議上，聯(lián)電 UMC 與 KLA 科磊半導(dǎo)體發(fā)布了聯(lián)合開發(fā)的氮化硅測試片的循環(huán)利用工藝，基于 KLA 的 Surfscan® SP3 和 Surfscan® SP5 測試系統(tǒng)開發(fā)再生晶圓工藝，可使得氮化硅測試晶圓達到 5-7 次的循環(huán)使用次數(shù)，最大可節(jié)約 84%的晶圓采購成本。

研究背景

晶圓片缺陷控制是半導(dǎo)體制造的重要組成部分，更是器件質(zhì)量與可靠性的保證。一般來說，缺陷控制是通過多種類型的檢測設(shè)備來發(fā)現(xiàn)一致性差的晶圓，并在生產(chǎn)過程中識別缺陷來源來完成的。對于高度精細化的集成電路制造而言，需要仔細計算大批量生產(chǎn)和檢驗之間的平衡，以使制造成本最小化。

實現(xiàn)高生產(chǎn)率是半導(dǎo)體的首要任務(wù)，既需要節(jié)省檢測成本，又需要保持穩(wěn)定的器件性能。作為眾多檢驗點之一，所有的進廠測試晶圓都是由無圖案晶圓*缺陷檢驗員檢驗合格的。這引發(fā)了對制造業(yè)成本的擔(dān)憂。

中國臺灣聯(lián)電與半導(dǎo)體制造設(shè)備供應(yīng)商 KLA 組建了聯(lián)合研究團隊，以延長測試片的重復(fù)使用壽命、降低成本為目標研發(fā)先進檢測方法，以實現(xiàn)氮化硅晶圓的最大回收擴展。

相關(guān)成果以“Advanced Inspection Methodology for the Maximum Extension of Nitride Test Wafer Recycling”為題發(fā)表于 2020 年舉辦的第 31 屆先進半導(dǎo)體制造會議（ASMC, Advanced Semiconductor Manufacturing Conference），Yu-Yuan Ke, Shao-Ju Chang 等 14 名研究成員為本文共同作者。

*無圖案晶圓，即尚未將集成電路在表面實現(xiàn)圖案化加工的硅片。

研究內(nèi)容

本文提出了一種最大限度地延長晶圓回收時間的新方法，采用 Surfscan® SP3 和 Surfscan® SP5*無圖案晶圓缺陷檢測系統(tǒng)對測試晶圓的再生擴展進行了研究。再生延伸的檢測瓶頸不僅與去膜后表面粗糙度的增加有關(guān)，還與掃描前后的檢測靈敏度的偏移值有關(guān)。該方法可用于半導(dǎo)體制造中各個環(huán)節(jié)過程循環(huán)的更多無圖案檢測層，以降低過程控制的成本和生產(chǎn)過程中的新缺陷錯誤報警的頻率。

*Surfscan®SP3 和 Surfscan® SP5，均為科磊 KLA 公司旗下的無圖案晶圓表面檢測系統(tǒng)，不僅產(chǎn)量高也具有 DUV 靈敏度，SP3 適用于 2Xnm 設(shè)計節(jié)點的 IC、基板和設(shè)備制造，而 SP5 適用于 2X / 1Xnm 設(shè)計節(jié)點的 IC、基板和設(shè)備制造。

缺陷源分析（DSA）過程演示圖

氮化硅層 DSA 分析中出現(xiàn)的共通缺陷的大小差異分布和新缺陷在不同靈敏度下的數(shù)量

原子沉積法和化學(xué)氣相沉積法條件下，晶圓霧化檢測和和信噪比趨勢測試結(jié)果

內(nèi)部生產(chǎn)測試獲得的硅片成本節(jié)約收益數(shù)據(jù)

前景展望

聯(lián)電與 KLA 聯(lián)合研發(fā)的再生晶圓檢測技術(shù)，將大大降低測試晶圓的材料成本。而目前，再生晶圓產(chǎn)能主要為日本和中國臺灣地區(qū)企業(yè)控制，大陸晶圓廠商通常需要將晶圓送往中國臺灣、日本等地做晶圓再生。而在大陸，再生晶圓尚處于起步階段，在近年興建晶圓廠的熱潮以及半導(dǎo)體制造設(shè)備國產(chǎn)化的趨勢下，測試設(shè)備和工藝穩(wěn)定性階段產(chǎn)生的測試片需求必然會有巨大的增長，晶圓再生產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨良好機遇。合肥協(xié)鑫集成的再生晶圓項目正在建設(shè)階段，也希望國內(nèi)的科研團隊可以抓住這一產(chǎn)業(yè)機遇，為產(chǎn)業(yè)端添磚加瓦，助力集成電路產(chǎn)能擴張和國產(chǎn)化進程。