CN101388353B - 监测晶圆击穿电压稳定性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种监测晶圆击穿电压稳定性的方法，包括以下步骤：首先，建立一监控系统，该监控系统包括一高频射频反射能量-击穿电压对应关系表，以及一击穿电压规范表，该规范表包括至少一控制阈值；其次，以一高频射频系统对密室制程中的晶圆发射高频射频信号，并接收其反射能量；再者，将高频射频反射能量导出至该监控系统中，并根据该高频射频反射能量值和该对应关系表计算击穿电压值；以及比较该击穿电压值与该规范表中的控制阈值。本发明的方法能够通过检测和分析密室制程中高频射频反射能量值，可以预知击穿电压值的情形，从而及时作出调整，提高制程中击穿电压值的稳定性，大大降低产品报废的风险，从而提高产品的良率。

Description

监测晶圆击穿电压稳定性的方法

技术领域

本发明涉及一种半导体制造中的晶圆质量检测方法，尤其涉及监测晶圆击穿电压稳定性的方法。

背景技术

半导体器件一般是包括一基体及在基体上形成的有源元件，有源元件通常包括栅极、源极和漏极，这些电极通过金属导电层连接电压，使得器件在被施加电压时工作。举例来说，源极和漏极之间是由绝缘的基体或其他绝缘区域构成，以阻断电流在隔绝的有源区之间流动，即达到绝缘效果。然而当邻近的源极和漏极之间的电压增大到临界值时，便会发生击穿，使得绝缘区域的绝缘效果不复存在，更导致半导体器件无法工作。该临界电压称为击穿电压(Voltageof Break Down，VBD)因此，较高的击穿电压是在半导体制造领域所追求的目标。

在半导体制造中，为确保晶圆的击穿电压在可接受的范围，会在晶圆验收测试(Wafer Acceptance Testing，WAT)中进行击穿电压的稳定性测试。在0.13um工艺的晶圆制造中，测试结果表明击穿电压的稳定性表现难以控制，业界人士将其根源归结为制造晶圆的密室(Chamber)的问题，然而即便如此，影响击穿电压稳定性表现的影响仍然有许多，例如SiH₄-MFC泄漏，密室的泵效率(chamber pumping efficiency)，密室制程(Chamber Process)中的莲蓬头(showerhead)，晶圆表面铜残留等。因此影响击穿电压的稳定性表现的确切的关键因素仍有待寻找，而改善其表现的方法也无从获得。

发明内容

鉴于以上问题，本申请的发明人经过大量试验和分析，发现密室制程中的高频反射能量与击穿电压存在密切关系，由此本发明提出一种监测晶圆击穿电压稳定性的方法，以稳定晶圆制作过程中的击穿电压。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种监测晶圆击穿电压稳定性的方法，包括以下步骤：首先，建立一监控系统，该监控系统包括一高频射频反射能量-击穿电压对应关系表，以及一击穿电压规范表，该规范表包括至少一控制阈值；其次，以一高频射频系统对密室制程中的晶圆发射高频射频信号，并接收其反射能量；再者，将高频射频反射能量导出至该监控系统中，并根据该高频射频反射能量值和该对应关系表计算击穿电压值；以及比较该击穿电压值与该规范表中的控制阈值。

上述的监测晶圆击穿电压稳定性的方法中，该对应关系表中的高频射频反射能量-击穿电压符合如下关系：VBD＝A-K*Ref，其中VBD为击穿电压值，Ref为高频射频反射能量值，A为幅度系数，K为比例系数。

上述的监测晶圆击穿电压稳定性的方法中，当该击穿电压值低于该控制阈值时，监控系统发出警告信号。再者，该控制阈值可对应至少一调整操作，当该击穿电压值低于该控制阈值时，执行该控制阈值所对应的调整操作。

本发明另外提出一种监测晶圆击穿电压稳定性的方法，包括以下步骤：首先，建立一监控系统，该监控系统包括一高频射频反射能量规范表，该规范表包括至少一控制阈值；其次，以一高频射频系统对晶圆发射高频射频信号，并接收其反射能量；再者，将高频射频反射能量导出至该监控系统中；以及比较该高频射频反射能量值与该规范表中的控制阈值。

上述的监测晶圆击穿电压稳定性的方法，还包括预先建立该高频射频反射能量规范表，其包括以下步骤：首先，提供一高频射频反射能量-击穿电压对应关系表和一击穿电压规范表；其次，根据该对应关系表和击穿电压规范表获取该高频射频反射能量规范表。

上述的监测晶圆击穿电压稳定性的方法中，该高频射频反射能量与击穿电压的关系符合：Ref＝(A-VBD)/K，其中Ref为高频射频反射能量值，VBD为击穿电压值，A为幅度系数，K为比例系数。

上述的监测晶圆击穿电压稳定性的方法中，当该高频射频反射能量值低于该控制阈值时，监控系统发出警告信号。再者，该控制阈值对应至少一调整操作，当该高频射频反射能量值低于该控制阈值时，执行该控制阈值所对应的调整操作。

因此，本发明的方法通过检测和分析密室制程中高频射频反射能量值，可以间接的获知击穿电压值的情形，从而及时作出调整，提高制程中击穿电压值的稳定性，大大降低产品报废的风险，从而提高产品的良率。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是本发明检测晶圆在密室中的高频反射能量的系统示意图。

图2是测得的晶圆高频反射能量的波动示意图。

图3是一批晶圆在WAT中的击穿电压值的波动示意图。

图4是晶圆在密室中的高频反射能量与在WAT中的击穿电压值的关系图。

图5是图4的C-C段局部放大示意图。

图6是高频反射能量与击穿电压值的相关性示意图。

图7是当高频反射能量大于90时的高频反射能量与击穿电压值的相关性示意图。

图8是本发明监测晶圆击穿电压稳定性的一个实施例的方法流程图。

具体实施方式

下面首先以实际的试验描述高频射频反射能量与击穿电压值的相关性。

图1是本发明检测晶圆在密室中的高频反射能量系统示意图。请参阅图1所示，在密室10一侧，设置一高频射频(High Frequency Radio Frequency，HFRF)系统20，该系统20具有发射元件21以及一匹配元件22。高频射频系统20产生高频射频信号，经发射元件21向密室10内的晶圆11发射，晶圆11可接收部分的射频能量，并部分的反射射频能量。匹配元件22接收并检测反射的能量，据以决定高频射频发生器再次发射的射频能量。举例来说，如果晶圆第一次接收了60％的发射能量，即意味着40％的能量被反射，高频射频系统20将第二次发射与这40％的反射能量相等的能量，之后，再次检测反射能量，并据此进行第三次发射……，依此类推。

高频射频反射能量是描述等离子体是否稳定的参数，并且十分敏感。在本发明的一实施例中，设置一监控系统30，通过一传输电缆23连接高频射频系统20，以将高频射频反射能量的测量值导出，并作相应的处理。图3是测得的晶圆高频反射能量的波动示意图。如图2所示，横轴表示晶圆的编号，纵轴表示高频射频反射能量(HFRF Ref)的幅值(瓦特，W)。在通常情况下，除了个别幅值处于非正常的高点外，HFRF Ref值处于较平稳的低点(如83W)，而在其中的A-A区段，HFRF Ref值骤然大量地处于高点(如90W以上)并且很不稳定。

图3是一批晶圆在WAT中的击穿电压值的波动示意图。这是对图3中检测高频反射能量的那些晶圆的WAT测试。如图4所示，横轴表示晶圆的编号，纵轴表示击穿电压VBD值(伏特，V)。在通常情况下，除了个别值处于非正常的低点外，VBD值处于较稳定的高点(如100V)，即此时晶圆的VBD稳定性较好。而在其中的B-B段，VBD值骤然大量地处于低点(如80V以上)并且很不稳定。

比较图2和图3可知，Ref值不稳定的区段与VBD值不稳定的区段十分接近。将两者的波动图作相关分析，并表示在图4所示的关系图中。图5进一步示出图5的C-C段局部放大示意图。据此可以得出结论，HFRF Ref值越高，则VBD值越低，且HFRF Ref值越不稳定，则VBD值也越不稳定。

图6是HFRF Ref值与VBD值的相关性示意图。利用软件SAS计算这两个参数的相关系数γ，可得γ≈-0.63998。这表明高频射频反射能量确实是影响击穿电压的一个关键因素，必须被实时监控。在这种情况下，可以根据图5所示关系图来建立HFRF Ref值与VBD值的对应关系表，其中包括一系列HFRFRef与VBD的数值对照，利用该对应关系表可进行二者之间的相互转换。

特别地，当高频射频反射能量大于90W时(如图7所示)，两参数具有非常强的线性相关性，其相关系数γ可达-0.88187，并由此可以获得有实际意义的关系公式。

VBD＝A-K*Ref    (1)

公式(1)中，A＝381.81244，K＝2.97790。

在此种情况下，可以直接利用此公式来进行VBD与Ref之间的相互转换。

基于上述认识，本发明提供一种监测晶圆击穿电压稳定性的方法，请参阅图8所示，其一个实施例包括以下步骤：

步骤S40：提供一监控系统30(参见图1)，该监控系统包括一高频射频反射能量-击穿电压对应关系表，以及一击穿电压规范表，该规范表包括至少一控制阈值；

步骤S41：以一高频射频系统20(参见图1)对晶圆发射高频射频信号，并接收其反射能量HFRF Ref；

步骤S42：将高频射频反射能量HFRF Ref导出至监控系统30中，并根据该高频射频反射能量值和该对应关系表计算击穿电压值；以及

步骤S43：比较该击穿电压值与上述击穿电压规范表中的控制阈值。

监控系统30可以是任何一种具有处理单元、存储单元和外部接口的系统，此外，该系统可具有必要的外部设备，例如显示器和输入设备。

举例来说，监控系统30可由计算机系统(例如个人计算机)构成，计算机系统具有-SAS软件，用以实时导出高频射频反射能量HFRF Ref，在用户界面中显示这些反射能量，并进行相关的计算。计算机系统包含一高频射频反射能量-击穿电压对应关系表32，此对应关系表可通过前述的SAS软件计算高频射频反射能量和击穿电压相关性后获得。较佳地，对应关系表中的高频射频反射能量-击穿电压关系符合上述公式VBD＝A-K*Ref。

此外，监控系统30可包括一规范表31(SPEC)，该规范表31记录击穿电压值VBD的控制阈值(control limit)。进一步地，每个控制阈值可对应一个或多个调整操作(action)。控制阈值并不仅限于一个，且控制阈值可以被设置。另外，每个控制阈值所对应的调整操作也可以被设置。

在步骤41中，在密室流程中，高频射频系统20会对晶圆发射高频射频信号，接收其反射能量HFRF Ref，并保存在机台日志中，而在步骤42中，监控系统30通过电缆23(参见图1)实时地导出这些数据，并且一方面显示在显示装置中。另一方面，监控系统30根据导出的高频射频反射能量值和上述对应关系表来计算或估算击穿电压值。

在一个较佳实施例中，监控系统30可以根据转换公式VBD＝A-K*Ref来计算击穿电压值。

在步骤43中，以计算所得的击穿电压值与规范表比较，以判断击穿电压值是否符合要求，具体地说，如果击穿电压值高于控制阈值，表示击穿电压值稳定且正常。但是如果击穿电压值低于控制阈值，表示击穿电压值太低，此时监控系统30可以发出警告信号，提示工作人员进行相应的调整。此外，在控制阈值有对应的调整操作的情况下，监控系统30可发出相应的指令，以执行对应的自动调整操作。

因此，上述实施例利用密室制程中的高频反射能量，可以实时推算出击穿电压值，这样，可以在击穿电压值太低的情况下及时进行相应调整，直到击穿电压值恢复正常。相比之下，目前测试击穿电压值只能得到出货前测试，延迟2～10天。

此外，在了解了本发明的精神之后，还可对本发明的实施例进行等效变换或修饰，下面列举本发明另一实施例的方法，其包括以下步骤：首先，建立一监控系统30，该监控系统30包括一高频射频反射能量规范表，该规范表包括至少一控制阈值；其次，以高频射频系统20对晶圆发射高频射频信号，并接收其反射能量；之后，将高频射频反射能量导出至一监控系统中；最后，判断该高频射频反射能量值是否符合该规范表，具体地说，是比较高频射频反射能量值与该控制阈值。

上述方法的要点在于，高频射频反射能量规范表是根据实际所需的击穿电压规范表变换而来，并预先建立在监控系统30中，其中，建立高频射频反射能量规范表的步骤是，提供一高频射频反射能量-击穿电压对应关系表和一击穿电压规范表，然后根据该对应关系表和击穿电压规范表计算该高频射频反射能量规范表。高频射频反射能量-击穿电压对应关系表的获得如前一实施例，在此不再叙述。

同样，该高频射频反射能量-击穿电压的对应关系较佳地满足一转换公式，该转换公式为由上述公式变换而来，即表述如下：

Ref＝(A-VBD)/K    (2)

其中Ref为高频射频反射能量值，VBD为击穿电压值，A为幅度系数，K为比例系数。由此，利用公式(2)和实际所需的击穿电压规范表，即可获得高频射频反射能量的规范表。

该高频射频反射能量规范表中，每个控制阈值可对应一个或多个调整操作(action)。基于高频射频反射能量值与击穿电压值的相关性，当高频射频反射能量值与规范表比较时，如果高频射频反射能量值低于控制阈值，表示击穿电压值稳定且正常；但是如果高频射频反射能量值高于控制阈值，表明击穿电压值很可能太低，此时监控系统30可以发出警告信号，提示工作人员进行相应的调整。此外，在控制阈值有对应的调整操作的情况下，监控系统30可发出相应的指令，以执行对应的自动调整操作。

因此，本发明的方法通过检测和分析密室制程中高频射频反射能量值，可以间接的获知击穿电压值的情形，从而及时作出调整，提高制程中击穿电压值的稳定性，大大降低产品报废的风险，从而提高产品的良率。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种监测晶圆击穿电压稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立一监控系统，该监控系统包括一高频射频反射能量-击穿电压对应关系表，以及一击穿电压规范表，该规范表包括至少一控制阈值；

以一高频射频系统对密室制程中的晶圆发射高频射频信号，并接收其反射能量；

将高频射频反射能量导出至该监控系统中，并根据该高频射频反射能量值和该对应关系表计算击穿电压值；以及

比较该击穿电压值与该规范表的控制阈值。

2.如权利要求1所述的监测晶圆击穿电压稳定性的方法，其特征在于，当高频射频反射能量大于90W，该对应关系表中的高频射频反射能量和击穿电压符合：

VBD＝A-K*Ref，

其中VBD为击穿电压值，Ref为高频射频反射能量值，A为幅度系数，K为比例系数，且A＝381.81244，K＝2.97790。

3.如权利要求1所述的监测晶圆击穿电压稳定性的方法，其特征在于，当该击穿电压值低于该控制阈值时，监控系统发出警告信号。

4.如权利要求1所述的监测晶圆击穿电压稳定性的方法，其特征在于，该控制阈值对应至少一调整操作，当该击穿电压值低于该控制阈值时，执行该控制阈值所对应的调整操作。

5.一种监测晶圆击穿电压稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据一高频射频反射能量-击穿电压对应关系表和一击穿电压规范表建立一高频射频反射能量规范表；

建立一监控系统，该监控系统包括该高频射频反射能量规范表，该高频射频反射能量规范表包括至少一控制阈值；

以一高频射频系统对晶圆发射高频射频信号，并接收其反射能量；

将高频射频反射能量导出至该监控系统中；以及

比较该高频射频反射能量值与该高频射频反射能量规范表中的控制阈值。

6.如权利要求5所述的监测晶圆击穿电压稳定性的方法，其特征在于，当高频射频反射能量大于90W，该高频射频反射能量-击穿电压对应关系表中，高频射频反射能量与击穿电压符合：

Ref＝(A-VBD)/K

其中Ref为高频射频反射能量值，VBD为击穿电压值，A为幅度系数，K为比例系数，且A＝381.81244，K＝2.97790。

7.如权利要求5所述的监测晶圆击穿电压稳定性的方法，其特征在于，当该高频射频反射能量值低于该控制阈值时，监控系统发出警告信号。

8.如权利要求5所述的监测晶圆击穿电压稳定性的方法，其特征在于，该控制阈值对应至少一调整操作，当该高频射频反射能量值低于该控制阈值时，执行该控制阈值所对应的调整操作。

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