隨著最近對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的爆炸性需求，從數(shù)據(jù)中心到各種智能和連接設(shè)備，對(duì)更高容量和更緊湊的存儲(chǔ)設(shè)備的需求不斷增加。因此，半導(dǎo)體器件現(xiàn)在正從 2-D 轉(zhuǎn)向 3-D。3-D-NAND 閃存是當(dāng)今商業(yè)上最成功的 3-D 半導(dǎo)體設(shè)備，其支持?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)世界的需求正在呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

3-D 器件的縮放定律是通過(guò)以更可靠的方式堆疊越來(lái)越多的半導(dǎo)體層(遠(yuǎn)高于 100 層)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于每層厚度對(duì)應(yīng)于有效通道長(zhǎng)度，因此逐層厚度的準(zhǔn)確表征和控制至關(guān)重要。遺憾的是，迄今為止，還無(wú)法對(duì)這種數(shù)百層結(jié)構(gòu)的每一層厚度進(jìn)行無(wú)損、準(zhǔn)確的測(cè)量，這對(duì) 3D 設(shè)備的未來(lái)縮放設(shè)置了嚴(yán)重的瓶頸。

在Light: Advanced Manufacturing上發(fā)表的一篇新論文中，由韓國(guó)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)研究院 (KAIST) 和三星電子有限公司的工程師組成的團(tuán)隊(duì)，由韓國(guó) KAIST 的 Jungwon Kim 教授領(lǐng)導(dǎo)，開發(fā)了一種非一種結(jié)合光譜測(cè)量和機(jī)器學(xué)習(xí)的破壞性厚度表征方法. 通過(guò)利用半導(dǎo)體多層疊堆和電介質(zhì)多層反射鏡之間的結(jié)構(gòu)相似性，采用了光譜光學(xué)測(cè)量，包括橢偏測(cè)量和反射測(cè)量。然后使用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)提取光譜測(cè)量數(shù)據(jù)與多層厚度之間的相關(guān)性。對(duì)于超過(guò) 200 層的氧化物和氮化物多層堆疊，整個(gè)堆疊上每層的厚度可以確定，平均約 1.6 Å 均方根誤差。

除了在正常制造條件下準(zhǔn)確確定多層厚度有助于控制蝕刻和沉積過(guò)程外，研究團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了另一種機(jī)器學(xué)習(xí)模型，可以在層厚度與設(shè)計(jì)目標(biāo)顯著不同時(shí)檢測(cè)異常值。它使用了大量的模擬光譜數(shù)據(jù)的更有效和更經(jīng)濟(jì)的培訓(xùn)，并且可以成功地檢測(cè)有故障的設(shè)備和確切的錯(cuò)誤層中的位置設(shè)備。

“機(jī)器學(xué)習(xí)方法對(duì)于消除與測(cè)量相關(guān)的問(wèn)題很有用，”KAIST 的博士生、該研究的第一作者 Hyunsoo Kwak 說(shuō)。“通過(guò)使用注入噪聲的光譜數(shù)據(jù)作為機(jī)器學(xué)習(xí)算法的輸入，我們可以消除測(cè)量?jī)x器的各種誤差以及不同制造條件下材料特性的變化，”他補(bǔ)充道。

“這種方法可以很容易地應(yīng)用于各種 3D半導(dǎo)體器件的全面檢測(cè)，”Kim 教授說(shuō)，“這項(xiàng)工作中使用的所有數(shù)據(jù)都是從 3D NAND 的商用 3D NAND 生產(chǎn)線中獲得的。三星電子。”

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