科研前线 | 联电与KLA联合开发氮化硅测试片的再生晶圆技术

在第 31 届 IEEE ASMC 会议上，联电 UMC 与 KLA 科磊半导体发布了联合开发的氮化硅测试片的循环利用工艺，基于 KLA 的 Surfscan® SP3 和 Surfscan® SP5 测试系统开发再生晶圆工艺，可使得氮化硅测试晶圆达到 5-7 次的循环使用次数，最大可节约 84%的晶圆采购成本。

研究背景

晶圆片缺陷控制是半导体制造的重要组成部分，更是器件质量与可靠性的保证。一般来说，缺陷控制是通过多种类型的检测设备来发现一致性差的晶圆，并在生产过程中识别缺陷来源来完成的。对于高度精细化的集成电路制造而言，需要仔细计算大批量生产和检验之间的平衡，以使制造成本最小化。

实现高生产率是半导体的首要任务，既需要节省检测成本，又需要保持稳定的器件性能。作为众多检验点之一，所有的进厂测试晶圆都是由无图案晶圆*缺陷检验员检验合格的。这引发了对制造业成本的担忧。

中国台湾联电与半导体制造设备供应商 KLA 组建了联合研究团队，以延长测试片的重复使用寿命、降低成本为目标研发先进检测方法，以实现氮化硅晶圆的最大回收扩展。

相关成果以“Advanced Inspection Methodology for the Maximum Extension of Nitride Test Wafer Recycling”为题发表于 2020 年举办的第 31 届先进半导体制造会议（ASMC, Advanced Semiconductor Manufacturing Conference），Yu-Yuan Ke, Shao-Ju Chang 等 14 名研究成员为本文共同作者。

*无图案晶圆，即尚未将集成电路在表面实现图案化加工的硅片。

研究内容

本文提出了一种最大限度地延长晶圆回收时间的新方法，采用 Surfscan® SP3 和 Surfscan® SP5*无图案晶圆缺陷检测系统对测试晶圆的再生扩展进行了研究。再生延伸的检测瓶颈不仅与去膜后表面粗糙度的增加有关，还与扫描前后的检测灵敏度的偏移值有关。该方法可用于半导体制造中各个环节过程循环的更多无图案检测层，以降低过程控制的成本和生产过程中的新缺陷错误报警的频率。

*Surfscan®SP3 和 Surfscan® SP5，均为科磊 KLA 公司旗下的无图案晶圆表面检测系统，不仅产量高也具有 DUV 灵敏度，SP3 适用于 2Xnm 设计节点的 IC、基板和设备制造，而 SP5 适用于 2X / 1Xnm 设计节点的 IC、基板和设备制造。

缺陷源分析（DSA）过程演示图

氮化硅层 DSA 分析中出现的共通缺陷的大小差异分布和新缺陷在不同灵敏度下的数量

原子沉积法和化学气相沉积法条件下，晶圆雾化检测和和信噪比趋势测试结果

内部生产测试获得的硅片成本节约收益数据

前景展望

联电与 KLA 联合研发的再生晶圆检测技术，将大大降低测试晶圆的材料成本。而目前，再生晶圆产能主要为日本和中国台湾地区企业控制，大陆晶圆厂商通常需要将晶圆送往中国台湾、日本等地做晶圆再生。而在大陆，再生晶圆尚处于起步阶段，在近年兴建晶圆厂的热潮以及半导体制造设备国产化的趋势下，测试设备和工艺稳定性阶段产生的测试片需求必然会有巨大的增长，晶圆再生产业发展面临良好机遇。合肥协鑫集成的再生晶圆项目正在建设阶段，也希望国内的科研团队可以抓住这一产业机遇，为产业端添砖加瓦，助力集成电路产能扩张和国产化进程。