专利名称：半导体器件的制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件的制造方法。
背景技术：
目前，各种热处理工艺广泛应用于半导体器件的制造工艺中。有些热处理工艺是通过高温时的化学反应来形成半导体器件的各种材料层。以热氧化工艺为例，即是利用高温下的氧化反应来获得氧化层。在例如申请号为02108135. 2的中国专利申请提供的半导体存储元件的制造方法中，在半导体基底上形成栅极导电层之前，就有先通过热氧化的方法在半导体基底上形成栅氧化层和场氧化层的步骤。 而常见的热氧化工艺通常是将晶圆置于炉管中进行的，在例如申请号为01143461.9的中国专利申请就提供了一种热氧化制作工艺首先在低于主要热氧化制作工艺温度的一温度之下，将晶圆加载炉管中，并且，通入足以驱离炉管中水气以及氧气的大流量的氮气或氩气。接着在晶圆完全加载炉管后，逐渐升高炉管的操作温度至主要热氧化制作工艺温度，并持续通入氮气或氩气。然后，在主要热氧化制作工艺温度下，在炉管中通入氧气，并进行热氧化制作工艺。其后，逐渐降低炉管的操作温度，并由炉管取出晶圆。
而另一些热处理工艺，例如快速热退火工艺，则是利用了高温下晶格的变化来改善所形成的材料层的质量。在例如申请号为01806216. 4的中国专利申请中，就利用了快速热退火来修复结晶损伤，以使器件具有良好的迁移率和低的漏电流。 随着半导体工艺的发展，为了节约工艺制造成本，晶圆的尺寸也越来越大。然而，在半导体工艺中发现，在对晶圆进行上述热处理工艺后，晶圆常会因变形而影响后续工艺的准确性，并最终影响所制造的半导体器件的质量。
发明内容
本发明要解决的问题是目前工艺中由于晶圆变形而影响半导体器件质量。
为解决上述问题，本发明提供一种半导体器件的制造方法，包括
测量热处理工艺后的晶圆变形量； 基于晶圆变形量和投影偏差量的关系，若所述晶圆变形量对应的投影偏差量超出工艺规格，则修正所述晶圆变形量，以减少投影偏差量。 与现有技术相比，上述所公开的半导体器件的制造方法具有以下优点通过测量热处理工艺后的晶圆变形量，当晶圆变形量对应的投影偏差量超出工艺规格，修正晶圆量以减少投影偏差量，降低由于晶圆变形而对后续工艺产生的偏差，从而提高了半导体器件的质量。
图1是本发明半导体器件的制造方法的一种实施方式 图2是图1所示方法中测量晶圆变形量的实施例 图3是图2所示方法中获得晶圆直径和晶圆变形量关系的实施例 图4是图1所示方法中获得晶圆变形量和投影偏差量关系的实施例 图5是晶圆变形量和投影偏差量关系曲线图。
具体实施例方式
参照图1所示，本发明半导体器件的制造方法的一种实施方式包括下列步骤
步骤sl，测量热处理工艺后的晶圆变形量(wafer bow); 步骤s2，基于晶圆变形量和投影偏差量的关系，若所述晶圆变形量对应的投影偏差量(overlay)超出工艺规格(spec)，则修正所述晶圆变形，以减少投影偏差量。
其中所述投影偏差量包括光掩模上对准标记和晶圆上相应对准标记的偏差。
当在进行曝光时，除了光掩模上的图形会投影到晶圆上外，该图形相应的一组或多组对准标记也会投影到晶圆上，所述对准标记的作用在于辅助定位下一次曝光时光掩模相对于晶圆的位置。当下一次曝光时，相应的光掩模上也会有用以标记前次曝光的光掩模图形位置的对准标记，通过将该对准标记与晶圆上相应的对准标记对准，就能够准确定位本次曝光的光掩模相对于晶圆的位置，从而使得本次曝光的光掩模图形准确投影到上次曝光的光掩模图形相应的位置。经过多次曝光步骤之后，最终各次投影在晶圆上的曝光图形组合成的晶圆图形与工艺设计的电路图形相适应。 在进行热处理工艺的时候，处于较高温度下的晶圆会随着温度升高而产生膨胀变形。由于目前晶圆的尺寸都较大，例如主流的晶圆尺寸都已经达到了 12英寸，在热处理工艺中，晶圆的各个区域可能会因为受热上的差异而出现不同程度的膨胀变形，例如，晶圆的中心部分膨胀程度大于晶圆边缘部分的膨胀程度而使得晶圆形成碗形。而晶圆的变形则将导致晶圆表面一些特定功能区域的位置发生偏差，继而影响后续工艺。 例如晶圆受热发生变形，变形晶圆上的对准标记相对于未变形晶圆上相应的对准标记的位置将产生偏差，则在曝光前的光掩模与晶圆的对准过程中，上述的一组或多组对准标记将不能完全对准，如此就可能造成光掩模与晶圆的对准出现偏差，即将产生投影偏差，从而影响光刻的准确性。 基于此，可以认为在晶圆随温度升高而使得晶圆变形时，晶圆变形量与所述投影偏差量应存在一定联系。 为了避免由于晶圆的变形而影响光刻工艺的准确性，在热处理工艺后测量晶圆的变形量。基于晶圆变形量和投影偏差量的关系，若晶圆变形量对应的投影偏差量超出工艺规格，则修正所述晶圆变形量来减少投影偏差量，从而降低由于晶圆变形而对工艺产生的影响。 上述实施方式中，由于晶圆变形量对温度敏感，因而可以通过调整工艺的温度来修正所述晶圆变形量。 在一个实施例中，参照图2所示，测量热处理工艺后的晶圆变形量可以包括下列步骤 步骤si 1 ，测量晶圆的直径； 步骤sl2，基于晶圆直径和晶圆变形量的关系，获得所测量直径对应的晶圆变形
其中，所述测量晶圆直径的数量可以根据工艺成本和工艺时间的要求而定。由于 晶圆各部分在受热时的膨胀变化程度可能均不相同，通过测量多组直径而获得晶圆变形量 的平均值将使得数据更加准确。因而，在满足工艺成本和工艺时间要求的前提下，测量直径 的数量越多，获得的晶圆变形量的数据也越准确，在后续工艺针对晶圆变形量进行的调整 也更准确。 上述实施例中，参照图3所示，所述晶圆直径和晶圆变形量的关系可以通过下列 步骤获得 步骤sl21，选取晶圆试片进行所述热处理工艺； 步骤sl22，测量热处理工艺后，晶圆试片的多组直径以及相应的晶圆变形量；
步骤sl23，根据所测量的多组直径及相应的晶圆变形量，获得晶圆直径和晶圆变 形量的关系。 其中，所述晶圆试片的结构与实际进行热处理工艺的晶圆结构完全相同。而测量 晶圆试片多组直径及相应的晶圆变形量是为了获得较为准确的直径和晶圆变形量的关系。
在一个实施例中，参照图4所示，所述晶圆变形量和投影偏差量的关系可以通过 下述步骤获得 步骤s21，选取晶圆试片进行所述热处理工艺； 步骤s22，测量热处理工艺后，晶圆试片的多组变形量和对应的偏差量数据；
步骤s23，以所测得的晶圆变形量和投影偏差量拟合函数，获得晶圆变形量和投影 偏差量的关系。 其中，所述晶圆试片的结构与实际进行热处理工艺的晶圆结构完全相同，其上也 具有一些可供测量投影偏差量的功能区域。通过在热处理工艺之后测量各功能区域位置相 对于标准位置的偏差，以及对应的晶圆变形量，并以此数据拟合可覆盖两者数据的函数，从 而获得晶圆变形量和投影偏差量的关系。 在一个实施例中，所述修正晶圆变形包括根据晶圆变形量对晶圆各部分施以相 应的温度，使得晶圆各部分受热不均匀而产生不同的受热变形。 下面以一个半导体器件制造过程的实例进行说明，以使得上述的半导体器件制造 方法更加清楚。 例如，在一个半导体器件的制造工艺中，在晶圆的硅衬底上完成深阱工艺(well formation)之后，进行三层栅极氧化层(triple gate)工艺，对该工艺过程简述如下
首先进行深阱工艺后的清洗，接着在高温反应炉或者热退火反应腔里进行硅衬底 的氧化，此时硅衬底表面会形成一层氧化层。随后在氧化层表面涂布光阻，将需要保留的氧 化层覆盖，经过高选择比的湿法刻蚀及光阻去除后，没被光阻覆盖的氧化层被去除而曝露 出硅衬底。在高温反应炉或者热退火反应腔里再次进行氧化，控制反应条件(跟第一次氧 化不一样，具体由工艺要求而定)，生成另一厚度的栅极氧化层。接下来，重复上述涂布光 阻、刻蚀、去光阻等步骤后，再次在高温反应炉或者热退火反应腔里进行氧化(本次氧化的 反应条件与其两次也不同)，从而最终得到在硅衬底的不同的区域的三个不同厚度的栅极 氧化层。 在三层栅极氧化层工艺完成后，由于氧化过程中晶圆可能受热发生变形，测量此 时晶圆的直径，以获得三层栅极氧化层工艺后晶圆的变形量。在获得了晶圆的变形量之后可以根据晶圆变形量和投影偏差量的关系获得对应的投影偏差量，将所得投影偏差量与工
艺规格比较，看是否超出工艺规格，若未超出工艺规格，则无需对晶圆的变形修正，可直接
继续下一工艺步骤。而若超出工艺规格，则说明晶圆的变形已经可能影响后续工艺，有必要
对晶圆变形进行修正。例如，参照图5所示，以晶圆向下凹陷的变形量为负，假定所测量得
到的晶圆变形量为-I P m，其对应的投影偏差量为3nm，则根据图5中工艺规格，投影偏差量
已经超出了工艺规格规定的2. 5nm的最大偏差，因而有必要对晶圆变形进行修正。 对于晶圆变形的修正可以采用以下两种方式1)在后续工艺之前，增加修正晶圆
变形的步骤将晶圆置于温度可调的环境中，通过对施加于晶圆上的温度进行控制来实现
晶圆变形修正2)为了不额外增加修正晶圆变形的步骤，以致影响工艺的效率，也可以在后
续具有加热步骤的工艺中通过对施加于晶圆上的温度进行控制来实现。 例如，在三层栅极氧化层工艺后，是双层栅极氧化层工艺，其工艺过程与上述的三
层栅极氧化层工艺类似，区别仅是仅仅进行两次氧化工艺来得到两个不同厚度的栅极氧化
层。如上所述的，氧化过程是在高温反应炉或者热退火反应腔里进行的，因而在氧化的过程
中就可以在满足氧化温度要求的前提下，对于进行氧化反应的晶圆的各个区域施加不同的
温度，使得反应晶圆的各部分受热不均匀，而使得各部分产生不同的受热变形。 例如，在三层栅极氧化层工艺后的测量中发现晶圆产生凹陷的变形，且其变形量
对应的投影偏差量已超出工艺规格，则在双层栅极氧化层工艺中，通过温度控制，对晶圆边
缘施加较高的温度，使得晶圆边缘产生较大的膨胀变形，相应地，对晶圆中央施加较低的温
度，使得晶圆中央产生较小的膨胀变形，从而使得晶圆整体产生趋向平整的变形趋势，达到
修正晶圆变形的目的。 在双层栅极氧化层工艺完成后，再次测量此时晶圆的直径，以获得双层栅极氧化 层工艺后晶圆的变形量。并同样通过获得对应的投影偏差量，与工艺规格进行比对，来判断 是否有必要对晶圆变形进行修正。 若有必要对晶圆变形进行修正，则参照之前的说明，既可以新增修正晶圆变形的 步骤，也可以在后续具有加热步骤的工艺中对晶圆变形进行修正。 例如，所述双层栅极氧化层工艺后，是第三层栅极氧化层工艺。所述第三层栅极氧 化层工艺过程可参照前述三层栅极氧化层和双层栅极氧化层工艺，区别在于仅进行一次氧 化过程。如在双层栅极氧化层工艺中提及的晶圆修正方法一样，在本次氧化过程中，同样可 以在满足工艺温度要求的前提下，通过对晶圆各部分施加不同的温度，使得晶圆各部分受 热不均匀，而达到修正晶圆变形的目的。 在第三层栅极氧化层工艺后，再次测量此时晶圆的直径，以获得第三层栅极氧化 层工艺后晶圆的变形量，获得对应的投影偏差量。若根据投影偏差量与工艺规格的比对，发 现需要对晶圆变形进行修正。则既可以新增修正晶圆变形的步骤，也可以在后续具有加热 步骤的工艺中对晶圆变形进行修正。 当然，也有可能存在下述情况例如后续工艺中需要进行栅极的光刻工艺，因而若 不新增修正晶圆变形的步骤，可能将会对本片晶圆的光刻产生影响。此时上述测量而获得 投影偏差量的作用更多在于，可在下一片晶圆开始上述的三层栅极氧化层工艺时，就对晶 圆变形进行相应的修正，以增加对下一片晶圆受热变形的修正效率。 上述实例中，在每一步涉及热处理的工艺之后，对于是否需要进行晶圆变形修正
7都执行了相关的检测步骤，因而能够获得最大的晶圆变形修正空间。当然，可以根据工艺时 间及成本的限制，自由选择何时判断是否需要进行晶圆变形修正，例如可以仅仅在三层栅 极氧化层工艺或双层栅极氧化层工艺后，执行所述判断，以对本次工艺中的晶圆变形是否 需要进行修正进行评估。 虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术 人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应 当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括测量热处理工艺后的晶圆变形量；基于晶圆变形量和投影偏差量的关系，若所述晶圆变形量对应的投影偏差量超出工艺规格，则修正所述晶圆变形，以减少投影偏差量。
2. 如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述测量晶圆变形量包括测量晶圆的直径；基于晶圆直径和晶圆变形量的关系，获得所测量直径对应的晶圆变形量。
3. 如权利要求2所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述晶圆直径和晶圆变 形量的关系通过下列步骤获得选取晶圆试片进行所述热处理工艺；测量热处理工艺后，晶圆试片的多组直径以及相应的晶圆变形量； 根据所测量的多组直径及相应的晶圆变形量，获得晶圆直径和晶圆变形量的关系。
4. 如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述晶圆变形量和投影 偏差量的关系通过下述步骤获得选取晶圆试片进行所述热处理工艺；测量热处理工艺后，晶圆试片的多组变形量和对应的偏差量数据；以所测得的晶圆变形量和投影偏差量拟合函数，获得晶圆变形量和投影偏差量的关系。
5. 如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述修正晶圆变形包括 根据晶圆变形量对晶圆各部分施加相应的温度，使得晶圆各部分受热不均匀而产生不同的 受热变形。
6. —种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括 三层栅极氧化层工艺；在三层栅极氧化层工艺后，测量晶圆变形量；基于晶圆变形量和投影偏差量的关系，若所述晶圆变形量对应的投影偏差量超出工艺 规格，则修正所述晶圆变形，以减少投影偏差量； 双层栅极氧化层工艺； 第三层栅极氧化层工艺。
7. 如权利要求6所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，还包括 在双层栅极氧化层工艺后，测量晶圆变形量；基于晶圆变形量和投影偏差量的关系，若所述晶圆变形量对应的投影偏差量超出工艺 规格，则修正所述晶圆变形，以减少投影偏差量。
8. 如权利要求6所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，还包括 在第三层栅极氧化层工艺后，测量晶圆变形量；基于晶圆变形量和投影偏差量的关系，若所述晶圆变形量对应的投影偏差量超出工艺 规格，则修正所述晶圆变形，以减少投影偏差量。
9. 如权利要求6至8任一项所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述修正晶圆 变形包括根据晶圆变形量对晶圆各部分施加相应的温度，使得晶圆各部分受热不均匀而产生不同的受热变形'
全文摘要
一种半导体器件的制造方法，包括测量热处理工艺后的晶圆变形量；基于晶圆变形量和投影偏差量的关系，若所述晶圆变形量对应的投影偏差量超出工艺规格，则修正所述晶圆变形，以减少投影偏差量。所述半导体器件的制造方法降低由于晶圆变形而对后续工艺产生的偏差，从而提高了半导体器件的质量。
文档编号H01L21/66GK101740432SQ20081020354
公开日2010年6月16日 申请日期2008年11月27日 优先权日2008年11月27日
发明者何永根, 刘云珍, 刘明源 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司