控制蝕刻選擇性的方法和裝置的制作方法

專利名稱：控制蝕刻選擇性的方法和裝置的制作方法
技術領域：
廣泛而言，本發明涉及半導體裝置制造的領域，更具體地，涉及一種控制蝕刻選擇性的方法和裝置。
背景技術：
現今的潮流不斷地致力于減少半導體裝置，例如晶體管的尺寸或比例以增加集成這種晶體管的整體速度。一種傳統的集成電路裝置，如微處理器，一般由形成于半導體基片表面上的數百萬晶體管所構成。
許多現代集成電路裝置均被高密度地封裝，換言之，在基片上形成的晶體管彼此之間留有很少的空間。半導體裝置的制造需要一些分離的處理步驟以由半導體原始材料形成一封裝半導體裝置。不同的處理包括半導體材料的初期生長、將半導體結晶切成薄片以形成單個的晶圓、制造階段(蝕刻、摻雜質、離子植入等)和完成裝置的封裝和最后測驗。
在半導體裝置制造過程中的重要方面是快速熱退火(rapid thermalannealing，RTA)控制、化學機械拋光(chemical-mechanical polishing，CMP)控制、蝕刻控制和覆蓋層(overlay)控制。由于技術的進展，使得半導體裝置的更小關健尺寸更為容易達成，然而對于錯誤減少的需要卻也同時急劇地增加。適當形成半導體裝置內的次-部分(sbu-sections)是確保制造良好性能的半導體裝置的一個重要因素。次-部分的關健尺寸通常必須在半導體裝置預定的可接受誤差幅度范圍內以在可接受的制造品質范圍內。
一般而言，半導體裝置上的多數細微結構由材料沉積層(如傳導或絕緣層)并利用微影和蝕刻處理圖案化沉積層所形成。有許多變量可影響用以形成細微結構的蝕刻處理的精確度和重復性。一種特定的蝕刻處理包括移除形成于該晶圓上的頂層部分的等離子體蝕刻。雖然等離子體蝕刻主要是各向異性蝕刻，但是它確具有一各向同性成分。在蝕刻期間，等離子體中的反應物形成沉積于暴露在等離子體中的表面上的聚合物副產物，該聚合物副產物包含有將被蝕刻的細微結構。在將被蝕刻細微結構的側壁上所形成的聚合物不會被具有各向異性成分的蝕刻所移除。一般而言，蝕刻處理中會使用鹵化碳氣體(即含有鹵素例如氯或氟和烴基)。烴基的離子產生于等離子體中并經加速朝向晶圓的表面以完成各向異性蝕刻。該各向異性蝕刻部分也移除表面上與對離子流出相互垂直的聚合物累積。
鹵化基團同樣也產生于等離子體中，并具有各向同性化學蝕刻作用以移除聚合物已被″濺鍍″的表面薄膜。各向同性蝕刻成分同樣也對側壁表面產生作用，但比更“平”的表面產生的作用的程度低。
在已移除所欲移除的沉積層后，等離子體蝕刻處理一般會蝕刻位于下方的沉積層至某種程度。舉例而言，在晶體管的形成期間，多晶硅層形成于二氧化硅層上。接著，利用各向異性等離子體蝕刻對該多晶硅進行蝕刻以形成晶體管門電極。在多晶硅的蝕刻期間也同時蝕刻部分的二氧化硅。例如，對位于下方的沉積層的類似蝕刻也出現在用于二氧化硅上方的氮化硅的等離子體蝕刻中。然而，上層和下層的引入厚度和上層和下層對等離子體蝕刻處理的選擇性的變化(即上層和下層中的不同材料的蝕刻速率是不同的)導致下層的后蝕刻(post-etch)厚度產生偏差而與目標后蝕刻厚度不相符合。后蝕刻厚度偏差本身可能在裝置的性能和其特性中造成相對應的變化。在如多晶硅門電極細微結構與局部內聯結構的形成中，使后蝕刻厚度的變化減到最少更顯得特別重要。
本發明涉及克服或至少減少上述問題的一種或更多的影響。

發明內容
本發明的一個方面是一種用以控制蝕刻處理的方法。該方法包括提供具有至少一個第一層和一形成于該第一層上的第二層的晶圓。測量該第二層的厚度。根據該第二層的測量厚度確定蝕刻選擇性參數。根據該蝕刻選擇性參數修正蝕刻工具的操作方法。
本發明的另一個方面是包括蝕刻工具、第一計量工具與處理控制器的處理生產線。根據操作方法，該蝕刻工具用以蝕刻多個晶圓，每一個晶圓都具有至少一個第一層和形成于該第一層上的一第二層。該第一計量工具用以測量該第二層的預蝕刻厚度。該處理控制器根據第二層的測量預蝕刻厚度確定蝕刻選擇性參數并根據蝕刻選擇性參數修正蝕刻工具的操作方法。
附圖的簡要說明可以通過下面的詳述描述，結合所附附圖來理解本發明，其中類似的參考編號用以表示類似的元件。


圖1為本發明說明實施方案的處理生產線的簡化方塊圖。
圖2為本發明實施方案的神經網絡模型化系統的簡化圖。
圖3為本發明一個說明實施方案中減少門電極長度變化的簡化流程圖。
盡管本發明有各種變化和另外的形式，在此通過附圖中的實施例來描述一些具體的實施方案，并詳細說明。然而，應當理解，本文的具體實施方式
的描述不以特定的方式限制本發明，相反，本發明由所附權利要求書的限定覆蓋本發明構思和范圍內的所有變量，等同物和替換形式。
具體實施例方式
下面將說明本發明的說明性實施方案。為達簡單易懂的目的，本說明書并未描述在實際執行時的所有細微結構。然而應理解的是任何如此實際的實施方案、多種特定執行決定的進展均必須完成以達成研發者的特定目標，如遵守隨著不同執行而改變的系統相關與企業相關的限制。此外，也應理解的是如此的研制計劃可能頗為復雜與費時，但對于可因此受益的那些本領域的技術人員而言卻可成為一例行工作。
請參考圖1，依據本發明，用以處理晶圓110的處理生產線100的一部分系顯示于圖中。處理生產線100包括預蝕刻的計量工具120、蝕刻工具130、后蝕刻計量工具140和處理控制器150。處理控制器150從計量工具120、140獲得資料，并調整蝕刻工具130的操作方法，以控制蝕刻選擇性，因而減少經處理的晶圓110在后蝕刻細微結構中的變化。
舉例而言，適合用以執行蝕刻工具130的功能的示范工具是由LamResearch所提供的Rainbow 9400等離子體蝕刻工具。計量工具120、140是測量厚度工具，例如由Thermawave公司所提供的Optiprobe厚度測量工具。盡管，舉例說明了兩種不同的計量工具120、140，但也可以僅使用單一工具進行預蝕刻和后蝕刻測量。計量工具120、140可以與蝕刻工具130相結合。處理控制器150含有蝕刻工具130的蝕刻選擇性模型。該模型可根據來自經蝕刻的上層和形成于此上層下方的一下層的實際預蝕刻和后蝕刻厚度的計量工具120、140的輸入而產生和/或更新。上層和下層可具有許多可能的材料結合。范例中的上層和下層的材料組成為多晶硅和二氧化硅，二氧化硅和氮化硅，氮化硅和二氧化硅等等。
在說明性的實施方案中，處理控制器150是用執行上述功能的軟件編程的計算機。然而，本領域普通技術人員所應理解的是，也可以使用為執行特定功能而設計的硬件控制器。此外，由如本文所描述的處理控制器150所執行的功能也可以分布于整個系統的多個控制器裝置執行。另外，處理控制器150也可是一獨立的控制器，它可以設置于蝕刻工具130上，或是集成電路制造設備中的系統控制操作的一部分。本發明的部分和相應的細節系以計算機內存內的資料位上的軟件或操作的算法和符號代表而描述。這些描述與代表是通過本領域技術人員有效地傳送他們的工作主旨給其它的本領域普通技術人員的那些。此處所提到的術語，算法與一般所指的意思相同，系設計產生步驟自我一致的順序，以導引出所求的結果。這些步驟是物理量所需的物理操縱。通常，雖然并非一定需要，但是這些物理量系利用光學、電學、或可被儲存、傳送、結合、比較與其它不同操作方式的磁性信號的形式。為了共同使用的原因，將這些信號稱作位、數值、元素，符號、字符、術語、數字等被證明是方便的。
然而，應該牢記的是，其中所有類似的術語都與適當物理量相聯系，并且僅是應用于使這些物理量的方便標記。若無特別指定或是具有明顯不同的外觀時，如″處理″或″計算″或″計算″或″確定″或″顯示″或此等術語均視為計算機系統或類似電子計算設備的動作與處理，并在計算機系統的寄存器與內存中操作與轉換以物理量或電子量所代表的資料成為其它同樣地在計算機系統的寄存器或內存或其它資料儲存、傳送或顯示裝置中以物理量所代表的資料。
可被用來執行上述處理控制器150的功能的范例軟件系統是由KLA-Tencor公司所提供的Catalyst系統。Catalyst系統使用半導體設備和材料國際(Semiconductor Equipment and Materials International，SEMI)計算機綜合制造(Computer Integrated Manufacturing，CIM)架構可容系統技術并根據先進處理控制(Advanced Process Control，APC)架構。計算機綜合制造(CIM架構的范圍結構的SEMI E81-0699暫訂規格)和APC(CIM架構的先進處理控制零件的SEMI E93-0999規格)詳細說明系由SEMI所提供。
預蝕刻的計量工具120測量上層和下層的引入厚度，并對處理控制器150提供預蝕刻厚度的測量值。以預蝕刻厚度的測量值為基礎，處理控制器150產生操作方法參數以控制蝕刻工具130的蝕刻選擇性。控制該蝕刻選擇性便控制蝕刻工具130對于上層和下層的材料的蝕刻速率，從而影響它們的后蝕刻厚度。由后蝕刻計量工具140所提供的后蝕刻厚度的測量值可用以更新由處理控制器150所使用的蝕刻選擇性模型，以確定蝕刻工具130的操作方法。
影響蝕刻選擇性的典型因素是溫度、壓力和反應物氣體的成份。一般而言，當溫度增高時，等離子體反應物形成較少的聚合物副產物。副產物形成的減少可增加等離子體的各向同性蝕刻速率。隨著壓力減小，離子的能量增加，而使得在表面上形成與蝕刻相垂直的聚合物可被更迅速地移除。而其結果為增加各向異性蝕刻的速率。
常見的等離子體反應氣體混合物包含一或多種鹵化碳氣體，如C2F8、C4F8、CHF3、CF4、CCl4等。通常也會使用許多其它的鹵化碳氣體。通過改變等離子體中鹵化碳氣體濃度的比例可控制蝕刻選擇性，舉例而言，等離子體包含CHF3和CF4。在一實例應用中，將由TEOS沉積處理形成二氧化硅層，接續進行在玻璃上旋涂(spin-on-glass，SOG)沉積和固化。所形成的電解質受到平坦化蝕刻，此處的TEOS和SOG均暴露于蝕刻等離子體中。這些薄膜的相關蝕刻速率確定所得結構的平坦化程度。使CHF3和CF4的總流動速率維持相等并改變兩氣體的比例，便可使選擇性最佳化。增進CF4對CHF3的流動比率，以增加TEOS相對于SOG的蝕刻速率。同樣地，減少流動比率以增加相關的SOG蝕刻速率。在具有更高的CHF3濃度的蝕刻過程中，聚合物形成的速率將增加。
在改變蝕刻工具130的操作方法時，處理控制器150可以改變參數或基準線方法的參數，再或者處理控制器150提供一完全新的方法。處理控制器150可在晶圓-對-晶圓的基礎、多-對-多的基礎，或對在單一負載中同時處理的多個小組的每一個小組上更新操作方法。
處理控制器150可以在回饋模式或在操作的前饋(feedforward)模式中改變蝕刻工具130的操作方法。在回饋模式中，來自計量工具120、140測量的厚度可與目標后蝕刻厚度一起使用，以為后續處理的晶圓確定新操作方法。在前饋模式中，處理控制器150可以從預蝕刻的計量工具120獲得引入厚度測量值，并預測用以控制蝕刻選擇性的操作方法參數。后續的后蝕刻測量值可用以更新后續的晶圓預測模型。
蝕刻選擇性模型可由處理控制器150產生，或者也可由不同的處理來源(未顯示)產生并在形成后儲存于處理控制器150上。蝕刻選擇性模型可利用蝕刻工具130，或是利用具有類似操作特征的不同工具(未顯示)予以形成。為達說明性的目的，假設是由處理控制器150或其它處理來源根據由計量工具120、140測量的蝕刻工具130的實際性能產生和更新蝕刻選擇性模型。蝕刻選擇性模型以蝕刻工具130的多個處理運作所收集的歷史資料為基準。蝕刻選擇性模型可以是一個相當簡單的方程式基礎模型(如線性、指數、重量的平均值等等)，或是一個較復雜的模型如一神經網絡模型、主成分分析(principal component analysis，PCA)模型或是潛在結構估計(projection to latents tructures，PLS)模型。模型的特定執行可隨著所選擇模型設定的技術而變化，而且這些特定的執行對本領域普通技術人員而言均為熟知技術。
下面的范例將就如何產生蝕刻工具130的蝕刻選擇性模型提供更詳細的描述。該蝕刻選擇性模型的特定執行會依照所選擇的模型技術而改變，且這種特定執行為本領域技術人員所知悉。因此為使說明清晰簡單，此處將不詳細地描述如此特殊細節。
請參考圖2，其中顯示一神經網絡200的簡化圖。神經網絡200包含輸入層210、隱藏層220和輸出層230。輸入層210接收認為用于模型化蝕刻工具130的蝕刻選擇性適當的輸入值。在說明性的實施例中，由計量工具120、140測量得到的上層和下層的引入厚度測量值是作為輸入而接收，然而也可以使用其它輸入。隱藏層220″記住″蝕刻工具130的操作方法中已安排要確定在一個訓練程序(training procedure)期間中下層的后蝕刻厚度的方法參數的影響，而神經網絡200受到蝕刻工具130或類似蝕刻工具的歷史性能資料(未顯示)的影響。隱藏層220加重每一個輸入和/或輸入的結合，以預測將來的性能。透過分析歷史資料，將加重值轉換而嘗試增加模型預設將來性能的成功。輸出層230提取隱藏層220的操作以產生例如溫度、壓力和/或用以執行蝕刻的反應物氣體成份的預測，使下層達成后蝕刻目標厚度。
當模型已確實地達成時，便可將它使用于產生環境，而以現有輸入測量值為基礎來預測蝕刻工具130的操作。根據神經網絡200所預測的結果，將可進一步預測沉積控制參數，并對照地修正蝕刻工具130的操作方法。在生產環境中，來自后蝕刻計量工具140的周期性測量值以回饋的方式提供給處理控制器150，以更新蝕刻選擇性模型。
請參考圖3，其中系顯示用以在蝕刻工具中控制蝕刻選擇性的方法的流程圖。在方塊300中，提供一具有第一層和第二層的晶圓。該第二層系形成于該第一層上。在方塊310中，該晶圓被圖案化成至少暴露一部份第二層。在方塊320中，測量該第二層的厚度。在一實施例中，也可以測量該第一層的厚度。在方塊330中，根據該第二層的厚度確定蝕刻選擇性參數(即也可根據該第一層的厚度，如果是測量第一層的話)。確定蝕刻選擇性參數可利用前饋預測成型技術而完成，或也可以使用回饋技術。在方塊340中，至少第一層是根據蝕刻選擇性參數進行蝕刻。在前饋模式中，系對于現有的晶圓執行蝕刻。在回饋模式中，系在后續的晶圓上執行蝕刻。
如上述方法而控制蝕刻選擇性將可減少下層后蝕刻厚度的變化，因此將產生一更穩定、可重復的處理。通過利用實時控制模型減少變化，將可提升處理生產線100的生產能力和最終產品的品質。增加的生產能力和變化的減少將直接地造成利益率增加。
上述特定實施例所揭示的僅供說明之用。顯而易見，對可從本文的教示而獲得利益的本領域的普通技術人員來說，本發明可經修正且可于不同但本質上相等的方法加以實行。再者，不欲將本發明限制于本文所示的結構或設計上的細節，除非為下列權利要求書所述。可顯見，上述所揭示的特定實施例可加以改變或修正且所有此等變化皆視同落于本發明的精神與范疇內。因此，將本文所請求的保護范圍列于下列權利要求中。
權利要求
1.一種控制蝕刻處理的方法，包括提供一具有至少第一層和形成于該第一層上的第二層的晶圓；測量該第二層的厚度；根據該第二層測量的厚度確定蝕刻選擇性參數；以及根據該蝕刻選擇性參數修正蝕刻工具(130)的操作方法。
2.如權利要求1所述的方法，還包括測量該第一層的厚度，其中確定蝕刻選擇性參數包括根據該第一層測量的厚度確定蝕刻選擇性參數。
3.如權利要求1所述的方法，還包括根據該操作方法蝕刻至少第二層。
4.如權利要求1所述的方法，其中確定蝕刻選擇性參數包括確定溫度、壓力、和兩種反應氣體的濃度比的至少一種。
5.如權利要求3所述的方法，還包括根據該操作方法，蝕刻該第一層的至少一部分；測量該第一層的殘留部分的厚度；將該殘留部分的測量厚度與目標厚度相比較；以及根據該殘留部分的測量厚度與目標厚度間的差別，修正該蝕刻工具(130)的操作方法。
6.一種處理生產線(100)，包括根據操作方法，用以蝕刻多個晶圓(110)的蝕刻工具(130)，各晶圓(110)具有至少第一層和形成于該第一層上的第二層；用以測量該第二層的預蝕刻厚度的第一計量工具(120)；以及處理控制器(150)，用以根據該第二層的測量的預蝕刻厚度，確定蝕刻選擇性參數，并根據該蝕刻選擇性參數修正蝕刻工具(130)的操作方法。
7.如權利要求6所述的處理生產線(100)，其中該第一計量工具(120)進一步用以測量該第一層的預蝕刻厚度，而該處理控制器(150)用以根據該第一層的測量的預蝕刻厚度確定蝕刻選擇性參數。
8.如權利要求6所述的處理生產線(100)，其中該蝕刻工具(130)根據該操作方法蝕刻至少第二層。
9.如權利要求6所述的處理生產線(100)，其中該蝕刻選擇性參數包括溫度、壓力、和兩種反應氣體的濃度比的至少一種。
10.如權利要求8所述的處理生產線(100)，其中該蝕刻工具(130)根據該操作方法，蝕刻該第一層的至少一部分，該處理生產線(100)進一步包括第二計量工具(140)，用以測量該第一層的殘留部分的厚度，并且該處理控制器(150)將該殘留部分的測量厚度與目標厚度相比較，并根據該殘留部分的測量厚度與目標厚度間的差別，修正該蝕刻工具(130)的操作方法。
全文摘要
本發明提供了一種用以控制一蝕刻處理的方法。該方法包括提供一具有至少一個第一層和一形成于該第一層上的第二層的晶圓。測量該第二層的厚度。根據該第二層的測量厚度確定蝕刻選擇性參數。根據該蝕刻選擇性參數修正蝕刻工具(130)的操作方法。本發明另提供具有蝕刻工具(130)、第一計量工具(120)與處理控制器(150)的處理生產線。根據操作方法，該蝕刻工具(130)用以蝕刻多個晶圓(110)，每一個晶圓(110)都具有至少一個第一層和形成于該第一層上的第二層。該第一計量工具(120)用以測量第二層的預蝕刻厚度。該處理控制器(150)根據第二層測量的預蝕刻厚度確定蝕刻選擇性參數并根據蝕刻選擇性參數修正蝕刻工具的操作方法。
文檔編號H01L21/3065GK1491434SQ02804946
公開日2004年4月21日 申請日期2002年1月25日 優先權日2001年2月14日
發明者J·S·蘭斯福德, L·福爾克, J S 蘭斯福德 申請人:先進微裝置公司