Un nuevo estudio realizado por científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST ha descubierto una fuente de error en un método de calibración estándar de la industria que podría llevar a los fabricantes de microchips a perder un millón de dólares o más en una sola ejecución de fabricación.se espera que el problema se agudice progresivamente a medida que los fabricantes de chips incorporen cada vez más funciones en un espacio cada vez más pequeño.
El error ocurre cuando se miden flujos muy pequeños de mezclas de gases exóticos. Se producen pequeños flujos de gas durante la deposición química de vapor CVD, un proceso que ocurre dentro de una cámara de vacío cuando los gases ultrarrafiados fluyen a través de una oblea de silicio para depositar una película sólida. CVD es ampliamente utilizado para fabricar muchos tipos de microchips de alto rendimiento que contienen hasta varios miles de millones de transistores. CVD construye estructuras 3D complejas al depositar capas sucesivas de átomos o moléculas; algunas capas tienen solo unos pocos átomos de espesor. Un proceso complementario llamadoEl grabado con plasma también utiliza pequeños flujos de gases exóticos para producir pequeñas características en la superficie de los materiales semiconductores al eliminar pequeñas cantidades de silicio.
La cantidad exacta de gas inyectado en la cámara es de importancia crítica para estos procesos y está regulada por un dispositivo llamado controlador de flujo másico MFC. Los MFC deben ser muy precisos para garantizar que las capas depositadas tengan las dimensiones requeridas.el impacto es grande porque deben descartarse las virutas con profundidades de capa incorrectas.
"Las imprecisiones de flujo causan no uniformidades en las características críticas de las obleas, lo que causa directamente una reducción del rendimiento", dijo Mohamed Saleem, Director de Tecnología de Brooks Instrument, una compañía estadounidense que fabrica MFC entre otros dispositivos de medición de precisión "., la pérdida en un lote de obleas desechadas debido a irregularidades en el flujo puede costar alrededor de $ 500,000 a $ 1,000,000. Agregue a ese costo el tiempo de inactividad de la herramienta de proceso requerido para la resolución de problemas, y se vuelve prohibitivamente costoso ".
Las modernas instalaciones de nanofabricación cuestan varios miles de millones de dólares cada una, y generalmente no es rentable para una compañía ajustar constantemente el CVD y el grabado de plasma. En cambio, las instalaciones dependen de flujos de gas precisos controlados por MFC. Normalmente, los MFC se calibran usandoel método de "tasa de aumento" RoR, que realiza una serie de mediciones de presión y temperatura a lo largo del tiempo a medida que el gas llena un tanque de recolección a través del MFC.
"Las preocupaciones sobre la precisión de esa técnica nos llamaron la atención recientemente cuando un importante fabricante de equipos de fabricación de chips descubrió que estaban obteniendo resultados inconsistentes para la velocidad de flujo de sus instrumentos cuando se calibraron en diferentes sistemas RoR", dijo John Wrightdel Grupo de Metrología de Fluidos del NIST, cuyos miembros realizaron el análisis de errores.
Wright estaba particularmente interesado porque durante muchos años había visto que las lecturas de RoR no estaban de acuerdo con los resultados obtenidos con el sistema de presión / volumen / temperatura / tiempo "estándar de oro" del NIST. Él y sus colegas desarrollaron un modelo matemático del proceso RoR yrealizaron experimentos detallados. La conclusión: las mediciones de flujo de RoR convencionales pueden tener errores significativos debido a valores de temperatura erróneos. "El gas se calienta por el trabajo de flujo, ya que se comprime en el tanque de recolección, pero eso no se explica fácilmente: es difícilmedir la temperatura del gas casi estacionario "
Wright y sus colegas descubrieron que sin correcciones para estos errores de temperatura, las lecturas de RoR pueden estar apagadas hasta en un 1 por ciento, y tal vez considerablemente más. Eso puede no parecer mucho, pero la baja incertidumbre es crítica para lograr uniformidad y calidad enel proceso de fabricación de chips. Y el desafío es cada vez mayor. Las tasas de flujo de bajo nivel actuales en la industria de semiconductores están en el rango de un centímetro cúbico estándar 1 sccm, aproximadamente el volumen de un cubo de azúcar, por minuto, peropronto se reducirá en un factor de 10 a 0.1 sccm.
La medición precisa del flujo es una preocupación particularmente grave para los procesos de fabricación que utilizan el grabado de capas depositadas para formar características similares a zanjas. En ese caso, el MFC a menudo está abierto durante no más de unos segundos.
"Una pequeña cantidad de variación en la velocidad de flujo tiene un profundo efecto en la velocidad de grabado y las dimensiones críticas de las estructuras" en circuitos integrados a muy gran escala, dijo Iqbal Shareef de Lam Research, una compañía con sede en California que proporciona precisiónequipos de fabricación para fabricantes de microchips.
"Por lo tanto, estamos extremadamente preocupados por que los caudales sean precisos y consistentes de cámara a cámara y de oblea a oblea", dijo Shareef. "Nuestra industria ya se dirige hacia caudales muy pequeños".
"Estamos hablando de uniformidad de obleas hoy en la escala nanométrica e incluso subnanométrica", dijo Shareef.
Eso es muy pequeño. Pero es lo que la complejidad de la fabricación de chips tridimensionales exige cada vez más. No hace mucho tiempo, "un circuito integrado 3D solía tener cuatro capas de metales", dijo William White, Director de Tecnología Avanzada de HORIBA InstrumentsIncorporated, una empresa global que proporciona sistemas analíticos y de medición. "Ahora las empresas van regularmente a 32 capas y a veces a 64. Solo este año escuché sobre 128." Y algunos de esos chips tienen hasta 3.000 pasos de proceso.
"Cada oblea de 300 mm puede costar hasta $ 400 y contiene 281 matrices para un tamaño de matriz de 250 a 300 mm 2 ", dijo Brooks 'Saleem." Cada dado en los circuitos integrados de alta gama de hoy en día consta de aproximadamente tres a cuatro mil millones de transistores. Cada oblea pasa por 1 o 2 meses de procesamiento que incluye múltiples ejecuciones de procesos individuales separados ", incluyendo productos químicosdeposición de vapor, grabado, litografía e implantación de iones. Todos esos procesos usan costosos químicos y gases.
Muchas compañías ya están reexaminando sus prácticas a la luz de la publicación NIST, que proporciona las explicaciones teóricas necesarias para la fuente de los errores de medición de flujo RoR. La teoría guía a los diseñadores de tanques de recolección RoR y demuestra métodos de corrección fáciles de aplicar.La teoría RoR muestra que se producirán diferentes errores de temperatura para los diferentes gases utilizados en los procesos de CVD. La publicación NIST también proporciona un análisis de incertidumbre modelo que otros pueden usar para saber qué nivel de acuerdo esperar entre MFC calibrados en diferentes sistemas RoR.
"NIST sirve como una referencia confiable para el conocimiento y la medición donde la industria puede evaluar el acuerdo entre sus sistemas", dijo Wright. "A medida que las necesidades de medición de los fabricantes presionen para reducir los flujos, también lo harán los estándares de calibración NIST".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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