Halbleiter 12.05.2006, 19:21 Uhr

Lithografiefreundliche Chipentwicklung senkt Fehlerquote  

VDI nachrichten, Düsseldorf, 12. 5. 06, jdb – Bei immer kleineren Chipstrukturen werden Schaltungsentwicklung und Fertigung immer enger verzahnt. Die Lithografie als wichtigster Schritt in der Chipproduktion, spielt hier eine große Rolle.

Advanced Micro Devices (AMD) arbeitet seit mehreren Jahren unter dem Titel Automated Precision Manufacturing (APM) an „Agenten-basierten“ Tools, um die Chipproduktion zu optimieren und flexibel den Markterfordernissen anpassen zu können. „Bei rund 40 Maskenschritten pro Wafer kann der komplette Fertigungsprozess schon einige Wochen dauern, wir wollen unsere Produktion jedoch auch an kurzfristige Kundenwünsche anpassen können und haben deshalb automatisierte Entscheidungshilfen für den Produktions- und Materialfluss in unseren Werken entwickelt, die einer autonomen Fab echt nahe kommen“, so Ken Wallers, Direktor Produktionsplanung bei AMD in Dresden. Diese Software-Agenten finden in APM aufgrund vielerlei Statusinformationen auf Wafer- und Chipebene sowie der Auslastung der einzelnen Fertigungsgeräte den optimalen Prozessdurchlauf.

APM wird nun durch Software-Hilfsmittel auf der Ebene der Chipentwicklung ergänzt, AMD setzt hier auf das Litho Friendly Design (LFD) der Firma Mentor Graphics. „LFD soll die Fehlermechanismen der Lithografie wie potenziell eingeschnürte oder unterbrochene Leiterbahnen bereits in der Entwicklung berücksichtigen und entsprechende Gegenmaßnahmen treffen“, erläutert Joe Sawicki, General Manager des Design-Bereiches. „Bei immer kleineren Chipstrukturen, wir reden hier bereits von 65 nm, ändern sich auch die Defektmechanismen auf den Masken und Wafern.

Bei den früheren Strukturen oberhalb 100 nm dominierten Fehler durch Partikel, die trotz aller Anstrengungen in Reinräume auf Masken oder Wafern landen konnten und zu Kurzschlüssen oder Unterbrechungen der Leiterbahnen führten.

Bei den heutigen und kommenden Nanometer-Strukturen hingegen dominieren musterabhängige Defekte, wo die Strukturen kleiner als die Wellenlänge des zur Belichtung eingesetzten Lichtes sind. Und diese neuen Abhängigkeiten erzwingen neue Wege bereits im Design der Chips.“

Solch ein Litho Friendly Design setzt sich aus drei Schritten zusammen. Zunächst werden Daten darüber erfasst, wie ein Design über eine Reihe von Vorgaben wie Dosierung und Fokussierung lithografisch abgebildet werden. Auf dieser Basis werden spezifische Fehlerquellen oder potenzielle Einschränkungen in der Ausbeute prognostiziert. Schließlich wird jedem Teil des Designs ein produktionsfähiger Wert zugeordnet, der angibt, wie gut sich dieser Teilbereich in einem spezifischen Prozessfenster produzieren lässt.

Diese Daten kommen als Elemente in eine Ergebnisdatenbank, eine Bibliothek solcher Elemente kann den gesamten Produktionslauf darstellen. Dieser lässt sich kompilieren und verschlüsseln, um das geistige Eigentum zu schützen. „AMD setzt LFD bereits seit 2004 in der Entwicklung ein. Unser Tool findet hier systematische und parametrische Fehler“, unterstreicht Sawicki. „In der Nanometer-Technologie ist das Design bereits entscheidend für die Ausbeute, mit LFD können wir Layout-Abstimmungen bereits in einem frühen Stadium des Designs vornehmen und damit die Robustheit des Layouts innerhalb des Prozessfensters erheblich verbessern“, ergänzt AMDs Produktionsleiter Luigi Capodieci.

LFD ist jedoch nicht nur für Chiphersteller interessant, die selbst entwickeln, sondern auch für Auftragsfertiger, die so genannten Foundries. „Für die Auftraggeber der Foundries ist es wichtig, genaue Kenntnisse über den Produktionsprozess zu haben und es ist Sache der Foundries, diese Informationen an ihre Kunden zu geben“, räumt Sawicki ein.

Nach der International Technology Roadmap for Semicoductors (ITRS) ist die Lithografie nicht der begrenzende Faktor bis zu Strukturen von 45 nm, die ab dem Jahr 2010 erwartet werden. Extrem ultraviolettes Licht könnte ab 2013 bei 32-nm-Strukturen eingesetzt werden, dann wären Tools wie LFD hinfällig. „Doch ich gehe davon aus, dass durch immer neue Verbesserungen die lichtoptische Lithografie noch bis zu Strukturen hinunter zu 20 nm einsetzbar ist und damit noch eine lange Lebensdauer hat“, prognostiziert Sawicki. ACHIM SCHARF

Von Achim Scharf

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