wafer上的缺角notch的尺寸精度对芯片制造有何影响?
影响晶向确定精度notch 的尺寸精度与晶向确定的准确性紧密相连。一旦 notch 尺寸出现较大误差,工艺人员极有可能对晶向判断失误。在光刻这类对晶向精度要求近乎苛刻的工艺里,晶向判断的偏差会直接导致光刻图案与晶圆晶向无法匹配。如此一来,芯片内部的晶体管等关键器件,其性能与连接都会受到波及,进而引发芯片功能异常,或是性能显著下降。图片来源于网络
举个例子,在先进制程工艺中,晶体管的沟道方向必须与晶圆晶向严格对齐,才能确保载流子迁移率达到最佳状态。要是 notch 尺寸精度欠佳,致使晶向判断出错,晶体管沟道方向就可能出现偏差,这会让载流子迁移率大幅降低,最终导致芯片运行速度放缓,功耗却大幅增加。
1、干扰定位与对准精度光刻、蚀刻等芯片制造工艺,设备主要依靠 notch 来实现晶圆的精准定位与对准。倘若 notch 尺寸精度不足,设备定位系统就会产生误差,无法将晶圆准确无误地放置到预定位置,更难以保障各层光刻图案之间实现高精度对准。
以多层光刻工艺为例,相邻两层图案的对准精度要求达到纳米级。要是 notch 尺寸存在偏差,第二层光刻图案便极有可能无法与第一层准确对准,使得芯片内部电路连接出错,芯片无法正常工作,进而导致芯片良品率严重下滑。
3. 影响芯片尺寸和布局notch 的尺寸精度,直接关系到晶圆边缘可利用空间的大小。要是 notch 尺寸过大,或者精度超出允许范围,就会占据过多晶圆边缘面积,使得可用于制造芯片的有效面积大幅减少,不仅降低了晶圆利用率,还会显著增加芯片制造成本。
同时,notch 尺寸的不确定性,也会给芯片布局设计带来诸多难题。设计人员需要依据 notch 的位置和尺寸,来规划芯片周边的电路与封装区域。一旦 notch 尺寸精度较低,设计难度与风险都会大幅增加,可能引发芯片封装难度提升,或是芯片整体尺寸变大等问题。
4. 导致质量检测误差在芯片制造的质量检测环节,notch 常常被当作参考基准,用于检查晶圆的完整性、边缘质量,以及判断芯片制造工艺是否符合标准。若 notch 尺寸精度不够,检测设备获取的测量数据就会不准确,难以准确判断晶圆和芯片是否存在缺陷。
例如,在检测晶圆边缘的平整度和缺陷时,通常以 notch 为基准进行测量。要是 notch 尺寸存在偏差,很可能将原本合格的边缘区域误判为有缺陷,或者忽略掉因 notch 尺寸问题导致的实际缺陷,这会严重影响对芯片质量的准确评估,可能使不良品流入后续工序。
5. 影响生产效率和成本notch 尺寸精度问题,极有可能引发制造过程中多次出现定位错误、图案对准不良等状况。这就需要对晶圆进行重新加工,或者调整工艺参数,从而大幅增加制造流程的复杂性,延长时间成本,导致生产效率降低。
与此同时,良品率的降低与生产效率的下滑,还会使芯片制造成本大幅攀升,涵盖原材料浪费、设备占用时间增加,以及人力成本上升等多个方面。
notch在wafer上可指示晶向、识别掺杂类型、精确定位、提高面积利用率、便于自动化生产及质量检测追溯,确保芯片性能、提高生产效率和良品率。
[*]指示晶向:硅晶圆由单晶硅锭切片制成,晶向对半导体器件性能和加工工艺至关重要。notch 可指示硅晶圆的晶向,如 <100>、<110>、<111 > 等,让工艺人员快速确定晶圆晶向,指导后续加工操作,确保不同晶向的晶圆在光刻、蚀刻等工艺中能按正确方向进行处理,保证芯片性能和功能的一致性。
[*]识别掺杂类型:半导体制造中,硅晶圆通过掺杂不同元素形成 P 型或 N 型导电类型。notch 与平边类似,可与特定的标识规则相结合,帮助识别晶圆的掺杂类型,避免在器件制造中使用错误类型的晶圆。
[*]精确定位与对准1:在光刻、蚀刻、镀膜等制造工艺中,需要精确定位晶圆方向,确保各步工艺的图案和结构准确对齐。notch 为设备提供了精确的定位参考点,自动化设备通过识别 notch,能快速、准确地将晶圆放置到预定位置,保证工艺的精度和重复性,提高芯片制造的良品率。
[*]提高有效面积利用率:对于 8 英寸及以上的大尺寸晶圆,使用 notch 可在满足标识功能的同时,最大限度地提高晶圆的有效面积利用率。notch 只在晶圆边缘留很小的凹槽,相比平边占用面积大幅减少,有助于在有限的晶圆面积上制造更多的芯片,降低成本,提高生产效率。
[*]便于自动化生产1:notch 使自动化设备更容易识别和处理晶圆,便于在整个制造过程中实现自动化的搬运、定位和加工操作,减少人为干预和误差,提高生产效率和产品质量的稳定性,符合现代半导体制造高度自动化的发展需求。
[*]质量检测与追溯:在质量检测环节,notch 可作为一个固定的参考特征,用于检查晶圆的完整性、边缘质量等。同时,notch 的位置和状态也可以作为追溯的标识,帮助确定晶圆在生产过程中的批次、工艺参数等信息,便于在出现问题时进行追溯和分析。
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