基于计算机辅助设计技术(TCAD)的工艺开发

　　概念选择会为流程中的每个步骤提供合适的工艺，这可通过图3中的具体案例进行说明。所选择用于展示的两个最初形状：传统形状和圆角形状。目的是在栅多晶硅蚀刻后从形状视角确定更加合适的结构。选择标准是栅氧顶部残留的多晶硅的量，残留栅氧的厚度和栅高。

　　在试运行和验证阶段，此例的目的是确定栅多晶硅蚀刻后最稳定的形状。

　　图3.在试运行和验证阶段，此例的目的是确定栅多晶硅蚀刻后最稳定的形状。

　　厚度和尺寸的差异将根据实际数据进行确定。同时，对于栅多晶硅蚀刻前的工艺步骤，蚀刻速度及其与相关薄层材料的差异会被输入至形貌模拟器。选择标准处理能力的模拟结果被用于缩小概念。

　　结果显示传统形状残留多晶硅的概率为30%，对圆角形状残留多晶硅的概率可忽略不计。对于残留栅氧的厚度，结果显示两种形状的加工能力指数(Cpk)均足够大，并且，任何一种形状都是可以接受的。能力指数(Cpk)是产品规格限制与工艺可变性之间的比率。能力指数(Cpk)越高，则加工分配与规格限制的比率越窄，并且产品越统一。对于栅高，在圆角形状的情况下的能力指数(Cpk)高于传统形状，比率为3.5。这三个标准的比较可以确定圆角形状比传统形状更合适。

　　通过这种方式，将模拟有效地应用于概念选择，可以减少试运行的分裂条件数量，并可减少开发时间。

　　按照单独加工步骤的选择，整个流程的优化为批量生产做好准备。在图4所示例子中，模拟可以找出操作范围，并同时使所选择的标准避免连接空隙和基板蚀刻出现失效，这些失效可能由于缺少氮化硅孔隙和空隙形成。本次研究中，在形貌模拟器中模式参数的校准提前进行，同时参照线性氮化硅层的试验结果。通过这些参数，改变栅间距和氮化硅沉积厚度对操作范围进行调查。结果显示当前条件处于操作范围边缘，并且工艺下限可通过使氮化硅沉积厚度变薄得到提高，而无需改变栅间距。

　　通过使用所确定的选择标准对所选择的工艺进行优化，并确定操作范围，从而避免失效。

　　图4.通过使用所确定的选择标准对所选择的工艺进行优化，并确定操作范围，从而避免失效。

　　通过这种方式，使用形貌模拟可在两种形状中进行插入，从而对制造和操作范围评估的必要下限进行验证。

　　结论

　　本文介绍了一种基于计算机辅助设计技术(TCAD)的方法，可应用于半导体制造的工艺开发和批量生产阶段。该方法已使东芝公司减少了工艺开发成本和时间。同时可以使工艺在投入制造前对工艺窗口进行了优化，并在制造过程中使工艺再一次得到有效重视，这两点对良率的更快提升起到了重要的作用。