专利名称：半导体制造的方法及系统以及制造半导体装置的方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体制造，特别涉及一种半导体工艺控制。
背景技术：
随着性能需求以及产量需要的增加，半导体工艺控制也逐渐变得重要。然而，随着工艺几何的缩小，例如从65纳米发展到45纳米或更微小，保持工艺变异在可接受的准位可能是一种挑战。工艺可能遭遇工具生产率的损失、操作者互动频繁、良率损失、较高的重做率、以及所有可能导致较高成本的原因。在其他工艺控制技术之间包含模型与反馈系统的高级工艺控制(Advanced Process Control, APC)已经广泛地用于减缓一些变异。APC技术通常具有多工艺层级(stage)。现有的APC技术的问题在于假设关联每个工艺层级的性能目标将在每个工艺层级的末端完成。换言之，现有的APC技术典型地不会考虑在制造工艺期间的漂移。实际上，每个工艺层级可能包含某些量的工艺漂移，随着时间，工艺漂移将累积且可能引起实质上偏离到APC工艺的最后性能目标。因此，虽然现有APC技术已经适用于预期的目标，但是还未完全地满足所有层面。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明公开的实施例提供一种半导体制造的方法，包括 提供一晶片的一装置参数的一模型作为第一及第二工艺参数的一函数，该第一及第二工艺参数分别对应不同晶片特性；根据该装置参数的一特定目标值推导该第一及第二工艺参数的目标值；对应该第一工艺参数的该目标值实施一第一工艺；测量该第一工艺参数的一实际值；使用该第一工艺参数的该实际值更新该模型；使用该更新的模型推导该第二工艺参数的一修正目标值；以及对应该第二工艺参数的该修正目标值实施一第二工艺。本发明公开的实施例也提供一种制造一半导体装置的方法，包括根据一第二参数的一目标值决定一第一参数的一目标值；对应该第一参数的该目标值操作一第一制造工具；测量该第一参数的一实际值；根据该第二参数的该实际值及该第一参数的该目标值决定一第三参数的一目标值；以及对应该第三参数的该目标值操作一第二制造工具；其中该第二参数是该第一及第三参数的一函数。本发明公开的一实施例还提供一种半导体制造的系统，包括一模型化模块，建立一晶片的一装置参数的一模型，该模型是该第一及第二工艺参数的一函数，该函数对应不同的晶片特性，该模型根据该装置参数的一特定目标值推导该第一及第二工艺参数的目标值；一第一工艺工具，耦接该模型化模块，该第一工艺工具对应该第一工艺参数的该目标值实施一第一工艺；一度量衡工具，耦接该第一工艺工具及该模型化模块，该度量衡工具测量该第一工艺参数的一实际值；一第二工艺工具，耦接该模型化模块，该第二工艺工具对应该第二工艺参数的一修正目标值实施一第二工艺；其中根据该第一工艺参数的该实际值通过该模型化模块推导第二工艺参数的该修正目标值。本发明公开的实施例相对于传统工艺制程的优点在于公开的实施例利用动态补偿解决可能发生在每个工艺层级的工艺偏离的议题。就其本身而言，实际装置参数值可能达到想要的目标，即使关联工艺层级的工艺参数的每个可能偏离想要的目标。因此，可能改良晶片性能与良率。为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，详细说明如下。
图1是一方框图，说明实施公开的各种实施例的一系统；以及图2是一方框图，根据本发明公开的各种层面说明半导体工艺流程。主要附图标记说明50 高级工艺控制(APC)系统；60 装置参数模型化模块；80、81、82 工艺工具；90,91,92 度量衡工具；100 晶片接受测试工具；110、111、112 APC 最佳化模块;200、205、210、215、220、225、230、235 方法步骤；
具体实施例方式本发明公开相关于半导体装置的制造，特别是相关于半导体制造的工艺控制。然而，可了解到，特定实施例作为范例教示较广的发明概念，且本领域普通技术人员可容易地利用本发明公开的教示应用在其他方法或装置。又，可了解到，本发明公开所讨论的方法与装置包括一些传统架构及/或工艺。因为这些架构与工艺是该领域所熟知的，所以不会深入讨论。此外，在整体图式内因为举例与便利的关系参考符号会重复，且这些重复不会指示整体图式的特征与步骤的组合。图1是高级工艺控制(APC)系统50的图式。APC系统50包括装置参数模型化模块60、工艺工具80、81及82、度量衡工具90、91与92、晶片接受测试工具100及APC最佳化模块110、111与112。装置参数模型化模块60包括一或多个编码计算机程序的计算机，其建构一个模型用于装置参数作为一或更多工艺参数的函数。在一实施例中，装置参数是测量半导体装置电子特性的一个参数。举例来说，装置参数可能是金属氧化物半导体(MOS) 晶体管的饱和漏极电流(Idsat)。在其他范例，装置参数可能是MOS晶体管的临界电压(Vt)。 装置参数的其他范例可能包括MOS晶体管或双极晶体管的互导(Gm)或互阻(Rm)。可了解到这些电子装置参数仅仅作为范例，且还有额外的装置参数但基于简化目的在此没有提及。可选替地，关于上述电子参数，可用百分比当作统一测量描述装置参数。举例来说，装置参数可能是饱和电流均勻性(uniformity)，表示成MOS晶体管的饱和漏极电流除以目标(或平均)饱和漏极电流。换言之，Idsat均勻性=idsat/idsat_targeto工艺参数是关系各种半导体工艺层级且用于执行半导体装置的制造。在实施例中，工艺参数是在每个工艺层级完成或靠近完成时测量半导体装置物理特性的参数。举例来说，关联MOS晶体管，工艺参数可能包括有源区域临界尺寸(0D_CD)、浅沟槽绝缘阶高度(STI_SH)、多晶硅区域临界尺寸(P0LY_CD)、偏移间隔宽度临界尺寸(0SW_CD)、快速热退火温度(RTA)、栅极氧化厚度、或袋注入剂量(pocket implant dose) (PKT_IMP) 0可了解到这些工艺参数仅仅是范例，还有额外的装置参数基于简化目的在此没有提及。在半导体制造，相互关联存在于想要的装置参数(或关注的装置参数)与关系于实施的工艺层级的工艺参数之间。基于互连关系，装置参数模型化模块60建构数学模型以描述装置参数为工艺参数的函数。举例来说DP = a1*P1+a2*P2+a3*P3+. · · +a^P^b其中DP表示装置参数，P1到Pn各表示不同工艺参数，B1^a2与 分别是工艺参数 P1到Pn的线性系数，且b是常数。在这个范例中，装置参数DP与工艺参数P1到Pn是线性关系。在一实施例中，对于45纳米工艺，关注的装置参数DP是在N型MOS晶体管(NMOS) 的饱和源极电流均勻性。P1是多晶硅区域临界尺寸，P2是偏移间隔宽度，P3是侧壁临界尺寸，P4是快速热退火温度，P5是栅极氧化厚度，P6是袋注入剂量。 到 的值是2. 0,4. 6、 3. 0,1. 7,6. 0与2. 3。在另一实施例，对于45纳米工艺，装置参数DP是P型MOS晶体管 (PMOS)中的饱和漏极电流均勻性，P1到P6表示上述NMOS实施例的同样工艺参数，B1到％ 的值是 3. 0,8. 6,5. 0,1. 3、1. 6 与 4. 5。模型化方程式的另一范例可能表示如下DP = (P1) +f2 (P2) +f3 (P3) +· · · +fn (Pn) +b在这实施例中，函数(P1)到fn(Pn)的每一个可能是线性或非线性。就其本身而言，装置参数DP与工艺参数P1到P可能有非线性关系。根据上述装置模型化方程式，当指定装置参数的目标，可计算工艺参数的目标值。 可了解到超过一组工艺参数的目标值存在。举例来说，只要其他工艺参数的目标值也以此方式考量而被计算，工艺工程师可能指定不同目标值给一或多个工艺参数以至于可达到装置参数的目标值。这个观念可称为补偿，且将在以下详细讨论。在图1说明的实施例中，装置参数是饱和源极电流Idsat。Idsat的目标值可能通过工艺工程师或通过产品规格需求所设定。基于Idsat的目标值，装置参数模型化模块60计算一组初始目标值给三个工艺参数，分别是0D_CD、STI_SH与P0LY_CD。装置参数模型化模块 60输出这些工艺参数的初始目标值分别到工艺工具80、81与82。工艺工具80、81与82可操作成实施各自的半导体工艺，在工艺工具处理过后， 测量晶片的不同物理特性作为各自的工艺参数。工艺工具80-82的每个可包括一或更多半导体工艺工具，例如光刻工具、蚀刻工具、化学气相沉积(CVD)工具、物理气相沉积工具 (PVD)、原子层沉积工具(ALD)、化学机械研磨工具(CMP)工具、高温炉，以及关联这些工具所需要的计算机与控制器。为了简化与清楚化的目的，图1只有显示三个工艺工具80-82， 且每个工艺工具的细节不在此说明。然而，可了解到APC系统50可能包括额外用在其他工艺层级的工艺工具，这些工艺层级可能发生较早、较晚或发生在介于关联工艺工具80-82 的工艺层级之间。在图2说明的实施例中，工艺工具80实施形成半导体装置的有源区域的半导体工艺，工艺工具81实施形成半导体装置的浅沟槽绝缘的半导体工艺，且工艺工具82实施形成半导体装置的多晶硅区域的半导体工艺。工具80、81与82分别接收来自装置参数模型化模块60的目标值0D_⑶、STI_SH与P0LY_CD。工具80、81与82被程序化为执行他们各自的半导体工艺所以这些工艺参数的实际值可能达到它们想要的目标值。度量衡工具90、91与 92分别耦接到工艺工具80、81与82的输出，且分别测量工艺参数0D_CD、STI_SH与P0LY_ ⑶的实际值。然而，往往工艺参数的实际值将偏移或漂离想要的目标值。传统上，这些偏移或漂离不会被后续的工艺层级所考虑。举例来说，工艺参数0D_CD的实际值可能脱离目标值0D_ ⑶，目标值0D_CD被来自装置参数模型化模块的工艺工具80接收作为一个输入。在传统工艺，在0D_CD的这些偏移不被工艺工具81所考虑。就其本身而言，工艺工具81操作成好像工艺参数0D_CD是目标。此外，工艺参数STI_SH(关联工艺工具81)的实际值可能也偏离想要的目标值。每个工艺参数偏移归因于装置参数的偏离。因此，在传统工艺参数，即使来自每个工艺层级的小偏离可能经由多个工艺层级累积以至于他们可能引起关联装置参数的数值的实质偏离。在本实施例中，在每个工艺层级后的动态补偿用于补偿可能发生在每个工艺层级的工艺偏离。详言之，使用度量衡工具90测量工艺参数0D_CD的实际值。0D_CD的测量值然后被送到装置参数模型化模块60以更新模型。0D_CD的测量的实际值取代0D_CD的目标值，初始地计算0D_CD的目标值以推导装置参数的需求值。根据工艺参数0D_CD的实际值， 计算工艺参数STI_SH的修正的目标值。在工艺工具81实施工艺之前，工艺参数STI_SH的修正目标值被传送到工艺工具81。然后工艺工具将使用STI_SH的修正目标值作为输入且将根据修正的STI_SH数值执行半导体工艺。在工艺工具81实施工艺之后，使用度量衡工具91测量工艺参数STI_SH的实际值。然后将工艺参数STI_SH的测量值送到装置参数模型化模块60以取代先前装置参数模型化模块60计算的STI_SH数值，且被工艺工具81所接收作为输入。根据工艺参数STI_SH 的实际测量值，计算工艺参数P0LY_CD的修正目标值。在工艺工具82实施工艺之前，将工艺参数P0LY_CD的修正目标值传送到工艺工具82。工艺工具82将使用P0LY_CD的修正目标值当作输入且将根据修正的P0LY_CD值执行半导体工艺。在工艺工具82实施工艺之后，使用度量衡工具92测量工艺参数P0LY_CD的实际值。工艺参数P0LY_CD的测量值然后送到装置参数模型化模块60以取代先前计算的P0LY_ ⑶的数值。之后，基于工艺参数P0LY_CD的实际测量值，计算用于后续工艺层级(未说明) 的工艺参数的修正目标值。修正的工艺参数值然后以类似于上述关于工艺工具80-82的方式用于调整以下层级的工艺。上述补偿工艺持续直到经历半导体工艺的晶片完成晶片接收测试。使用晶片接收测试工具100实施晶片接收测试且典型地在晶片准位实施以测量晶片的性能。假如晶片不能通过晶片接收测试，整体晶片可能作废。晶片接收测试工具100所测量的参数之一是装置参数饱和漏极电流Idsat。Idsat的测量值是回送到装置参数模型化模块60。考虑测量的 Idsat，可调整描述Idsat为工艺参数0D_CD、STI_SH与P0LY_CD的函数的模型化方程式。举例来说，工艺参数0D_CD、STI_SH与P0LY_CD的系数可能调整到说明新Idsat值。Idsat的调整的模型化方程式可能用于未来更进一步的晶片工艺。上述讨论关于全回路操作(也称为全节点操作)因为装置参数与个别工艺参数随时更新且对应实际测量结果补偿，实际测量结果取自于APC系统的所有工艺工具。换言之，
8装置参数与工艺参数是互相关连的。在另一实施例，称作迷你回路操作(也称为固定节点操作)，装置参数的更新与补偿以及工艺参数仅发生在APC系统50的选择部分。迷你回路实施例中，工艺工具80与81不会传送各自工艺参数0D_CD与STI_SH的实际测量值到装置参数模型化模块60。因此，当晶片以工艺工具80与81处理时，装置参数Idsat的模型化方程式不会更新。工艺工具81与82的输入是工艺参数STI_SH与P0LY_CD的初始计算值，工艺参数STI_SH与P0LY_CD是推导自Idsat的初始模型化方程式。在工艺工具82处理过晶片且测量工艺参数P0LY_CD之后，P0LY_CD的实际测量值回送到装置参数模型化模块60以更新模型方程式且计算后续工艺层级的修正的参数。APC系统也包括选择性地实施的APC最佳化器模块110、111与112。APC最佳化器模块110、111与112有各自的输入，各自耦接到度量衡工具80、81与82。APC最佳化器模块 IlOUll与112也接收来自装置参数模型化模块60的输入。APC最佳化器模块110、111与 112有输出各自耦接到工艺工具80、81与82的输入。APC最佳化器模块110、111与112可能每个包括一或多个计算机，计算机可能是传统可商业用的计算机或任何其他适合的计算机硬件。硬件可能包括处理器、控制器与存储器存储装置。存储器存储装置存储计算机软件，当实施动作时包括操作信息(包括使用模型操作信息)、接收信息、存储信息与转移信息。举例来说，信息可能包括命令、工艺参数如用于工艺制法的这些参数、测量数据、工艺数据如历史，包括特定工具执行或工具区域使用与工艺参数使用的，及/或设备状态。以此方式，APC最佳化模型110、111与112操作成控制工艺工具80、81与82。APC最佳化器110、 111与112可能也包括允许使用者调整APC最佳化器模块的使用者界面。APC最佳化器模块用于微调工艺工具80、81与82。举例来说，APC最佳化器模块 111自度量衡工具91接收工艺参数STI_SH的实际测量数值。APC最佳化器也接收STI_SH 的目标值以及来自装置模型化模块的工艺参数0D_CD的实际测量值。基于这些数值，APC 最佳化器模块111可以此方式计算最佳化数值STI_SH以执行制造工艺以确定装置参数将达到他的目标值。换言之，APC最佳化器模型111可进一步调整到修正的STI_SH目标值， 计算与输出修正的STI_SH目标值通过装置参数模型化模块60。在选替的实施例中，APC最佳化器模型111可能不会接收所有STI_SH的目标值、STI_SH的实际值与0D_CD的实际值。 相反地，APC最佳化模块111接收STI_SH与0D_CD的一子集的这些数值，且基于这子集数值最佳化STI_SH。以同样的方式，工艺参数0D_CD与P0LY_CD可最佳化。在一实施例中，每个APC最佳化器模块接收APC最佳化器模块最佳化且关联工艺工具(与工艺层级)的工艺参数的目标值与实际值，以及用在先前工艺层级关联工艺工具的工艺参数的实际值。在一实施例，工艺工具80用在第一工艺层级-意指在工艺工具80处理晶片之前不会实施工艺-APC最佳化模块110将不会接收任何关联先前工艺层级的工艺参数的实际值，因为根本不存在。以此方式，APC最佳化模块110、111与112提供额外动态工艺补偿给APC系统50。可了解到最佳化的工艺参数可能用于调整后续晶片的制造工艺。图2根据本发明公开显示方法200的流程图。此方法在步骤205开始，晶片的装置参数的模型被提供为第一与第二工艺参数的函数。第一与第二工艺参数分别对应不同晶片特性。接着步骤210，根据装置参数的特定目标值推导出第一与第二工艺参数的目标值。 接着步骤215，对应第一工艺参数目标值实施第一工艺。接着在步骤220，测量第一工艺参数的实际值。然后在步骤225，使用第一工艺参数的实际值更新模型。接着在步骤230使用更新模型推导出第二工艺参数的修正目标值。在步骤235，对应第二工艺参数的修正目标值实施第二工艺。前述说明在此公开的实施例相对于传统工艺的优点在于公开的实施例利用动态补偿解决可能发生在每个工艺层级的工艺偏离的议题。就其本身而言，实际装置参数值可能达到想要的目标，即使关联工艺层级的工艺参数的每个可能偏离想要的目标。因此，可能改良晶片性能与良率。也可了解到本发明公开的不同实施例可提供不同优点，且对于所有实施例来说不需要特定优点。上述公开包括在半导体工艺的APC系统，但是可了解到公开的技术可选替地用于控制其他应用的程序而不是半导体制造。虽然发明的实施例仅有少数范例详细描述，但是本发明所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明所附权利要求的范围的精神下， 可以本发明所公开的概念及实施例为基础，轻易地设计及修改其他用以达成与本发明目标相同的架构。
权利要求
1.一种半导体制造方法，包括提供一晶片的一装置参数的一模型作为第一及第二工艺参数的一函数，该第一及第二工艺参数分别对应不同晶片特性；根据该装置参数的一特定目标值推导该第一及第二工艺参数的目标值；对应该第一工艺参数的该目标值实施一第一工艺；测量该第一工艺参数的一实际值；使用该第一工艺参数的该实际值更新该模型；使用该更新的模型推导该第二工艺参数的一修正目标值；以及对应该第二工艺参数的该修正目标值实施一第二工艺。
2.根据权利要求1所述的半导体制造方法，其中该模型包括一方程式DP= h^Pi+ii^Pfb，其中DP表示该装置参数，P1及P2分别表示该第一及第二工艺参数，B1及 是系数，以及b是常数。
3.根据权利要求1所述的半导体制造方法，其中该装置参数包括饱和漏极电流、临界电压、互导、互阻、饱和漏极电流均勻性、临界电压均勻性、互导均勻性以及互阻均勻性之一；以及该工艺参数包括有源区域临界尺寸、浅沟槽绝缘阶高度、多晶硅区域临界尺寸、偏移间隔宽度临界尺寸、快速热退火温度、栅极氧化厚度以及袋注入剂量之一。
4.根据权利要求1所述的半导体制造方法，还包括 测量该装置参数的一实际值；使用该装置参数的该实际值更新该模型； 测量该第二工艺参数的一实际值；对应该第一工艺参数的该目标值、该第一工艺参数的该实际值以及其组合之一决定该第一工艺参数的一最佳化目标值；以及对应该第二工艺参数的该目标值、该第二工艺参数的该实际值、该第一工艺参数的该实际值及其组合之一决定该第二工艺参数的一最佳化目标值。
5.一种制造一半导体装置的方法，包括根据一第二参数的一目标值决定一第一参数的一目标值； 对应该第一参数的该目标值操作一第一制造工具； 测量该第一参数的一实际值；根据该第二参数的该实际值及该第一参数的该目标值决定一第三参数的一目标值；以及对应该第三参数的该目标值操作一第二制造工具； 其中该第二参数是该第一及第三参数的一函数；其中该第一及第三参数对应一半导体晶片的物理特性，及该第二参数对应该半导体晶片的一电特性。
6.根据权利要求5所述的制造一半导体装置的方法，其中该函数表示为该第二参数 =B1* (该第一参数)+ * (该第三参数)+b，其中 与 是系数，且b是常数；以及其中在一第一半导体晶片上执行该操作该第一工艺工具及该操作该第二工艺工具；以及还包括根据该第一参数的该目标值以及该第一参数的该实际值决定该第一参数的一修正目标值；对应该第一参数的该修正目标值操作在一第二半导体晶片上的该第一工艺工具，该第二半导体晶片不同于该第一半导体晶片；根据该第三参数的该目标值、该第三参数的该实际值以及该第一参数的该实际值决定该第三参数的一修正目标值；以及对应该第三参数的该修正目标值操作在该第二半导体晶片上的该第二工艺工具。
7.根据权利要求5所述的制造一半导体装置的方法，其中在一第一半导体晶片上执行该操作该第一制造工具及操作该第二制造工具，以及还包括测量该第二参数的一实际值； 决定该第一及第三参数的修正目标值；以及对应该第一及第三参数的该修正目标值在一第二半导体晶片上操作该第一及第二制造工具，该第二半导体晶片不同于该第一半导体晶片。
8.一种半导体制造的系统，包括一模型化模块，建立一晶片的一装置参数的一模型，该模型是该第一及第二工艺参数的一函数，该函数对应不同的晶片特性，该模型根据该装置参数的一特定目标值推导该第一及第二工艺参数的目标值；一第一工艺工具，耦接该模型化模块，该第一工艺工具对应该第一工艺参数的该目标值实施一第一工艺；一度量衡工具，耦接该第一工艺工具及该模型化模块，该度量衡工具测量该第一工艺参数的一实际值；一第二工艺工具，耦接该模型化模块，该第二工艺工具对应该第二工艺参数的一修正目标值实施一第二工艺；其中根据该第一工艺参数的该实际值通过该模型化模块推导第二工艺参数的该修正目标值。
9.根据权利要求8所述的半导体制造的系统，其中该装置参数对应该晶片的一电特性，且该工艺参数对应该晶片的各自物理特性；其中该装置参数包括饱和漏极电流、临界电压、互导、互阻、饱和漏极电流均勻性、临界电压均勻性、互导均勻性以及互阻均勻性之一；以及该工艺参数包括有源区域临界尺寸、浅沟槽绝缘阶高度、多晶硅区域临界尺寸、偏移间隔宽度临界尺寸、快速热退火温度、栅极氧化厚度以及袋注入剂量之一。
10.根据权利要求8所述的半导体制造的系统，还包括一晶片接收测试工具，耦接该模型化模块，该晶片接收测试工具测量该装置参数的一实际值；其中该模型化模块使用该装置参数的该实际值更新该模型；以及其中该模型化模块使用该更新模型控制一另一晶片的制造工艺。
11.根据权利要求8所述的半导体制造的系统，还包括一最佳化模块耦接该模型化模块，该最佳化模块最佳化该第一工艺参数的该目标值与该第二工艺参数的该目标值；其中该最佳化模块耦接到该第一工艺工具且对应该第一工艺参数的该目标值、该第一工艺参数的该实际值及其组合之一最佳化该第一工艺参数的该目标值；且还包括一另一度量衡工具，耦接该第二工艺工具，该另一度量衡工具测量该第二工艺参数的一实际值；以及一另一最佳化模块，耦接该模型化模块及该第二工艺工具，该另一最佳化模块对应该第二工艺参数的该目标值、该第二工艺参数的该实际值、该第一工艺参数的该实际值及其组合之一最佳化该第二工艺参数的该目标值。
全文摘要
本发明提供一种半导体制造的方法及系统以及制造半导体装置的方法。该半导体制造的方法包括提供一晶片的一装置参数的一模型作为第一及第二工艺参数的一函数。该第一及第二工艺参数分别对应不同晶片特性。该方法包括根据该装置参数的一特定目标值推导该第一及第二工艺参数的目标值。该方法包括对应该第一工艺参数的该目标值实施一第一工艺。该方法包括测量该第一工艺参数的一实际值。该方法包括使用该第一工艺参数的该实际值更新该模型。使用该更新的模型推导该第二工艺参数的一修正目标值。该方法包括对应该第二工艺参数的该修正目标值实施一第二工艺。本发明能改良晶片性能与良率。
文档编号H01L21/00GK102201323SQ20101024670
公开日2011年9月28日 申请日期2010年8月4日 优先权日2010年3月25日
发明者卢欣荣, 宋金宁, 牟忠一, 许志维 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司