多晶硅栅极关键尺寸的先进控制方法
【专利摘要】本发明提供了一种多晶硅栅极关键尺寸的先进控制方法，用于在多晶硅栅极薄膜结构进行工艺时对半导体设备进行工艺控制，包括：提供测试半导体图形控片，所述测试半导体图形控片用于模拟测试半导体设备的工艺参数；在所述半导体设备中对所述测试半导体图形控片进行测试半导体工艺；基于所述测试半导体工艺获得所述半导体设备的当前工艺参数；将所述当前工艺参数更新至先进工艺过程控制系统；所述先进工艺过程控制系统基于所述当前工艺参数控制所述半导体设备对多晶硅栅极薄膜结构进行工艺。本发明能够在半导体设备的工艺参数发生漂移的情况下，控制半导体工艺的稳定性，解决了不同批次间以及设备腔体维护保养前后的半导体工艺的稳定性问题。
【专利说明】
多晶硅栅极关键尺寸的先进控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种多晶硅栅极关键尺寸的先进控制方 法。
【背景技术】
[0002] 随着集成电路技术进入超大规模集成电路时代，集成电路的工艺尺寸向着65nm以 及更小尺寸的结构发展，集成电路芯片功能和性能的不断增强以及半导体器件特征尺寸不 断的缩小，使得集成电路生产线投资成本变得非常高昂，因而半导体工艺的精确控制就显 得尤为重要，尤其是对不同批次间半导体器件的批次件(Run-t〇-Run，R2R)工艺稳定性。
[0003] 在半导体工艺进入65nm及更小尺寸后，半导体器件加工时的工艺窗口变得越来越 小，对集成电路设备和检测设备提出了更严格的工艺控制要求。以往的统计过程控制 (Statistical Process Control，简称SPC)和单独对某参数的控制方法已不能适应当前的 工艺技术要求。为了提高设备生产效率，使工艺生产线具备可延伸性、灵活性，改善产品质 量和连续性，先进过程控制(Advanced Process Control，简称APC)日益得到人们的关注和 深入研究。
[0004] 先进过程控制系统结合了SPC与回馈控制，利用过去的过程资料数据，根据最后所 需要达到的目标选择合适的模型及控制策略，进一步结合前一道工序中的半导体衬底参数 预测出下一批次半导体工艺过程的设备参数或工艺参数设置，及时纠正误差，降低因机台 老化、材料寿命或周围环境调节的改变造成的设备漂移。利用先进过程控制系统，有助于保 证半导体设备与过程工艺及设备的良好稳定运行，缩小半导体器件产出的变异，提高半导 体设备的设备利用效率及半导体器件的成品良率。
[0005] 以多晶硅栅极关键特征尺寸控制为为例，由于多晶硅栅极关键尺寸对器件的电学 性能有着至关重要的影响，现有技术在半导体工艺进入到65nm以后，广泛地使用APC系统对 多晶硅栅极关键尺寸进行控制，以获得高度稳定的多晶硅栅极关键尺寸线宽大小。
[0006] 目前广泛使用的APC系统对多晶硅栅极关键特征尺寸的控制参数主要是通过多晶 娃栅极前值ADI( After Develop Inspect ion, ADI)的变化控制横向修饰时间已达到多晶娃 栅极后值(After Etch Inspection ,ΑΕΙ)的稳定性。这些控制参数的设置基础是在设定固 定的横向刻蚀速率的基础上定量的调控横向刻蚀时间。但是这种控制是在获得固定刻蚀速 率下计算刻蚀时间的，对于刻蚀设备发生刻蚀速率漂移时，就难以控制多晶硅栅极关键尺 寸的稳定性。
[0007] 因此，需要一种半导体工艺先进过程控制的控制方法，能够在半导体设备的工艺 参数发生漂移的情况下，控制半导体工艺的稳定性，尤其是不同批次间特别是刻蚀腔体维 护保养前后的半导体工艺的稳定性。
【发明内容】
[0008] 本发明解决的问题是提供了一种多晶硅栅极关键尺寸的先进控制方法，能够在半 导体设备的工艺参数发生漂移的情况下，控制半导体工艺的稳定性，解决了不同批次间以 及设备腔体维护保养前后的半导体工艺的稳定性问题。
[0009]为了解决上述问题，本发明提供一种多晶硅栅极关键尺寸的先进控制方法，用于 在多晶硅栅极薄膜结构进行工艺时对半导体设备进行工艺控制，包括：
[0010]提供测试半导体图形控片，所述测试半导体图形控片用于模拟测试半导体设备的 工艺参数；
[0011]在所述半导体设备中对所述测试半导体图形控片进行测试半导体工艺；
[0012] 基于所述测试半导体工艺获得所述半导体设备的当前工艺参数；
[0013] 将所述当前工艺参数更新至先进工艺过程控制系统；
[0014]所述先进工艺过程控制系统基于所述当前工艺参数控制所述半导体设备对多晶 硅栅极薄膜结构进行工艺。
[0015] 可选地，所述半导体设备为刻蚀设备，多晶硅栅极薄膜结构为依次设置于半导体 衬底上的氧化硅层、多晶硅栅极层、硬掩膜层、底部抗反射层、光刻胶层。
[0016] 可选地，所述当前工艺参数为刻蚀设备的刻蚀速率。
[0017] 可选地，所述测试半导体图形控片的数目为3-5个。
[0018] 可选地，所述测试半导体图形控片的数目为3个。
[0019] 可选地，所述测试半导体图形控片可循环利用。
[0020] 可选地，所述半导体图形控片的当前工艺参数为刻蚀速率，所述刻蚀速率通过测 试底部抗反射层在刻蚀工艺前后的关键尺寸线宽变化、刻蚀工艺时间计算获得。
[0021] 可选地，所述关键尺寸线宽利用光学线宽测量仪或关键尺寸扫描电子显微镜测量 获得。
[0022] 可选地，所述测试半导体图形控片上的结构与多晶硅栅极薄膜具有相同的底部抗 反射层结构、图形以及密度。
[0023] 可选地，所述基于当前工艺参数为基于当前工艺参数并且结合半导体设备的工艺 参数偏移量对多晶硅栅极薄膜结构中的多晶硅栅极层进行半导体工艺。
[0024] 与现有技术相比，本发明有以下优点：
[0025] 本发明提供的多晶硅栅极关键尺寸的先进控制方法，利用测试半导体图形控片用 于模拟测试半导体设备的工艺参数，获得半导体设备的当前工艺参数，基于当前工艺参数 对所述待工艺半导体衬底进行半导体工艺，解决了半导体设备的工艺参数发生漂移的情况 下，如何控制半导体工艺的稳定性问题，提高了不同批次间以及刻蚀腔体维护保养前后的 半导体工艺的稳定性。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明的多晶硅栅极关键尺寸的先进控制方法的流程示意图。
[0027] 图2是本发明一个实施例的多晶硅栅极薄膜结构示意图。
[0028] 图3-图4是本发明利用测试半导体图形控片来模拟测试半导体设备的工艺参数的 原理说明示意图。
【具体实施方式】
[0029] 现有多晶硅栅极关键尺寸的先进控制方法通常是在半导体设备的工艺参数恒定 的情况下预先设置控制参数的。但是在实际中，在半导体工艺过程中，大多数半导体生产设 备过程从控制的角度上可以看成是非线性过程，半导体设备的工艺参数会随着时间以及工 艺发生漂移，在基于恒定速率设置的先进工艺过程的控制参数的控制下进行半导体工艺， 往往会导致不同批次之间产品的出现较大差异。为了保证最终形成的半导体器件的良率及 控制成本，先进过程控制技术被越来越多地应用于消除设备特性漂移带来的影响。然而在 半导体工艺过程中实施先进过程控制还存以下问题：
[0030] (1)在半导体工艺过程中很多半导体设备的工艺参数都存在缓变漂移和突变漂 移。以多晶硅栅极刻蚀工艺为例，刻蚀过程中刻蚀副产物会逐渐沉积在刻蚀腔体内壁表面 上形成缓变漂移;而当腔体维护保养时更换新的或清洗后内壁部件后，刻蚀设备会形成阶 跃扰动，从而导致突变漂移。上述还变漂移和突变漂移会造成工艺参数并不很恒定。
[0031] (2)半导体器件的工艺生产制造过程是一系列的间歇过程，在每批次半导体工艺 中设备控制器都需要设定相应的控制参数和其他工艺参数。同一半导体设备可能用于不同 的工序或者生产不同的产品，使得生产工艺参数必须频繁的改动。因此，半导体设备的工艺 参数也不是恒定的。
[0032] 上述两种情况下，如何进行先进工艺过程控制的控制参数的设定，以解决半导体 工艺过程中工艺参数漂移及参数设定改动对半导体工艺的影响，特别是对于65nm以及更小 尺寸半导体工艺制造中，工艺参数漂移及参数设定改动对于半导体工艺影响更为明显的情 况下，如何进行半导体工艺先进过程控制的控制方法。
[0033] 为了解决上述问题，本发明提供一种多晶硅栅极关键尺寸的先进控制方法，请参 考图1所示，图1为本发明的多晶硅栅极关键尺寸的先进控制方法接的流程示意图，所述方 法包括：
[0034]步骤S1，提供测试半导体图形控片，所述测试半导体图形控片用于模拟测试半导 体设备的工艺参数；
[0035] 步骤S2,在所述半导体设备中对所述测试半导体图形控片进行测试半导体工艺；
[0036] 步骤S3,基于所述测试半导体工艺获得所述半导体设备的当前工艺参数；
[0037] 步骤S4,将所述当前工艺参数更新至先进工艺过程控制系统；
[0038]步骤S5,所述先进工艺过程控制系统基于所述当前工艺参数控制所述半导体设备 对多晶硅栅极薄膜结构进行工艺。
[0039]下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步详细说明。
[0040] 作为一个实施例，所述半导体设备为刻蚀设备。参考图2所示的多晶硅栅极薄膜结 构示意图。多晶硅薄膜结构设置于半导体衬底10上，自下而上，所述多晶硅薄膜结构包括： 设置于半导体衬底上的氧化硅层11、多晶硅栅极层12、硬掩膜层13、底部抗反射层14、光刻 胶层15。所述多晶硅栅极层12将在后续将通过本发明的先进工艺过程控制系统的控制下进 行刻蚀。
[0041] 在其他的实施例中，本发明的多晶硅栅极关键尺寸的先进控制方法还可以用于控 制其他半导体设备。
[0042]为了保证最终获得的当前工艺参数的准确性，本发明所述的测试半导体图形控片 上的结构与多晶硅栅极薄膜具有相同的底部抗反射层结构、图形以及密度。为了保证最终 获得的当前工艺参数的准确性，所述测试半导体图形控片上的结构与多晶硅栅极薄膜具有 相同的底部抗反射层结构、图形以及密度。请参考图3-图4所示的本发明利用测试半导体图 形控片来模拟测试半导体设备的工艺参数的原理说明示意图。测试半导体图形控片包括： 半导体衬底20、依次设置于半导体衬底20上氧化硅层21、多晶硅栅极层22、硬掩膜层23、底 部抗反射层24、光刻胶层25。
[0043] 作为一个实施例，测试半导体图形控在经过刻蚀设备刻蚀后，通过各种测量手段， 可以获得刻蚀设备的当前工艺参数。本实施例中，所述当前工艺参数为刻蚀速率。因此，本 发明通过测试半导体图形控片来测试刻蚀设备的刻蚀速率。
[0044] 具体而言，所述刻蚀速率通过测试半导体控片底部抗反射层在刻蚀工艺前后的关 键尺寸线宽变化、刻蚀工艺时间计算获得。所述关键尺寸线宽可以利用光学线宽测量仪或 关键尺寸扫描电子显微镜测量获得。在刻蚀工艺前，测试多晶硅栅极前值ADI;在刻蚀工艺 结束后，测试晶硅栅极后值AEI。通过多晶硅栅极前值与后值之差预测多晶硅栅极工艺过程 中半导体设备的偏移，并且预先对该偏移进行调整，在对多晶硅栅极工艺过程中利用较为 优化的工艺参数进行工艺。本发明所述测试半导体图形控片半导体衬底的数目为3-5个。所 述测试半导体用于测试半导体图形控片进行测试半导体工艺。测试半导体数目不宜过多， 过多的半导体图形控片不仅浪费产能，而且会使得通过测试半导体图形控片获得的当前工 艺参数不准确。测试半导体图形控片的数目也不宜过少，若仅测试一片，不足以获得准确的 工艺参数。作为优选的实施例。所述半导体图形控片的数目为3个。
[0045] 本发明中用于测试刻蚀设备的测试半导体图形控片的结构上形成半导体膜层结 构，所述半导体膜层结构在使用后可以利用干法去胶去除并且重新涂胶和显影曝光，因而 所述测试半导体图形控片可以循环利用。
[0046] 综上，本发明提供的多晶硅栅极关键尺寸的先进控制方法，利用测试半导体图形 控片用于模拟测试半导体设备的工艺参数，获得半导体设备的当前工艺参数，基于当前工 艺参数对所述多晶硅栅极进行半导体工艺，解决了半导体设备的工艺参数发生漂移的情况 下，如何控制半导体工艺的稳定性问题，提高了不同批次间以及刻蚀腔体维护保养前后的 半导体工艺的稳定性。
[0047] 因此，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此 项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡 根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种多晶硅栅极关键尺寸的先进控制方法，用于在多晶硅栅极薄膜结构进行工艺时 对半导体设备进行工艺控制，其特征在于，包括： 提供测试半导体图形控片，所述测试半导体图形控片用于模拟测试半导体设备的工艺 参数； 在所述半导体设备中对所述测试半导体图形控片进行测试半导体工艺； 基于所述测试半导体工艺获得所述半导体设备的当前工艺参数； 将所述当前工艺参数更新至先进工艺过程控制系统； 所述先进工艺过程控制系统基于所述当前工艺参数控制所述半导体设备对多晶硅栅 极薄膜结构进行工艺。2. 如权利要求1所述的多晶硅栅极关键尺寸的先进控制方法，其特征在于，所述半导体 设备为刻蚀设备，多晶硅栅极薄膜结构为依次设置于半导体衬底上的氧化硅层、多晶硅栅 极层、硬掩膜层、底部抗反射层、光刻胶层。3. 如权利要求2所述的多晶硅栅极关键尺寸的先进控制方法，其特征在于，所述当前工 艺参数为刻蚀设备的刻蚀速率。4. 如权利要求1或2所述的多晶硅栅极关键尺寸的先进控制方法，其特征在于，所述测 试半导体图形控片的数目为3-5个。5. 如权利要求4所述的多晶硅栅极关键尺寸的先进控制方法，其特征在于，所述测试半 导体图形控片的数目为3个。6. 如权利要求2所述的多晶硅栅极关键尺寸的先进控制方法，其特征在于，所述测试半 导体图形控片可循环利用。7. 如权利要求6所述的多晶硅栅极关键尺寸的先进控制方法，其特征在于，所述半导体 图形控片的当前工艺参数为刻蚀速率，所述刻蚀速率通过测试底部抗反射层在刻蚀工艺前 后的关键尺寸线宽变化、刻蚀工艺时间计算获得。8. 如权利要求7所述的多晶硅栅极关键尺寸的先进控制方法，其特征在于，所述关键尺 寸线宽利用光学线宽测量仪或关键尺寸扫描电子显微镜测量获得。9. 如权利要求2所述的多晶硅栅极关键尺寸的先进控制方法，其特征在于，所述测试半 导体图形控片上的结构与多晶硅栅极薄膜具有相同的底部抗反射层结构、图形以及密度。10. 如权利要求2所述的多晶硅栅极关键尺寸的先进控制方法，其特征在于，所述基于 当前工艺参数为基于当前工艺参数并且结合半导体设备的工艺参数偏移量对多晶硅栅极 薄膜结构中的多晶硅栅极层进行半导体工艺。
【文档编号】H01L23/544GK106024758SQ201610510996
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】聂钰节, 唐在峰, 吴智勇, 任昱, 吕煜坤
【申请人】上海华力微电子有限公司