什么是片内&片间均匀性?

作者:admin  来源:中国科学院半导体研究所  发布时间:2023-11-03  访问量:1114

导语:均匀性在芯片制程的每一个工序中都需要考虑到,包括薄膜沉积,刻蚀,光刻,cmp,离子注入等。较高的均匀性才能保证芯片的产品与性能。那么片内和片间非均匀性是什么?如何计算?有什么作用呢?


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什么是均匀性?

均匀性是衡量工艺在晶圆上一致性的一个关键指标。比如薄膜沉积工序中薄膜的厚度;刻蚀工序中被刻蚀材料的宽度,角度等等,都可以考虑其均匀性。


什么是片内均匀性(Within-Wafer Uniformity)?

片内均匀性是指单片晶圆上不同位置之间的指标差异。测量片内均匀性通常会选择若干代表性点,这些点涵盖了晶圆的主要区域,例如在晶圆的中心、边缘,边缘与中心之间。

但是没有太统一的均匀性计算公式,根据习惯不同,计算公式也会不同,

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常见的片内均匀性的计算公式为:


uniformity=(max value- min value)/(2 * average value)x100%
uniformity:均匀性
Maximum Value 是在晶圆上测量到的最大值。
Minimum Value 是在晶圆上测量到的最小值。
Average Value 是在晶圆上所有测量点的平均值。

举个例子:如果我们在一个晶圆上测量刻蚀后的金属线条尺寸,并在多个位置找到的最大值是2000Å,最小值是1800Å,平均值是1850Å。那么,均匀性将是:

uniformity=(2000-1800)/(2x1850)x100%=5.4%

我们需要的uniformity越小越好。

什么是片间均匀性(Wafer-to-Wafer Uniformity)?


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片间均匀性指的是在一个批次内,不同晶圆之间的指标差异的一致性。片间uniformity的计算通常需要同一批次中多片晶圆的某个指标的所有测量值。


首先,为每片晶圆计算平均值。

之后在所有晶圆的平均值中,找到最大的平均值和最小的平均值。计算整个批次所有晶圆的测量值的总体平均值。

最后使用公式代入即可。


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为什么要卡控均匀性?

半导体工艺步骤需要在整个晶圆上都有相似的效果,以确保每个芯片都达到相同的规格和性能。因为芯片通常具有上千个工艺步骤,如果不对均匀性进行卡控,越往后,制程的良率越低,造成的影响也就越大。

过高的不均匀性可能导致晶体管的性能不一致,会影响到整个芯片的性能。例如,一个区域内的晶体管比另一个区域内运行得更快或更慢,可能导致整个电路的不稳定。

均匀性是工程师用来判断芯片生产过程中工艺是否稳定的一个关键指标。如果工艺工程师发现晶圆的某一部分与其他部分有显著的差异,那么这可能是一个信号,提示工程师某个生产步骤可能出现了问题,这个时候就需要工程师对工序进行细致排查。