DE10393371T5

DE10393371T5 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Fertigungsprozesses auf der Grundlage einer gemessenen elektrischen Eigenschaft

Info

Publication number: DE10393371T5
Application number: DE10393371T
Authority: DE
Inventors: Robert J. Austin Chong; Jin Austin Wang
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: Advanced Micro Devices Inc
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2005-10-20
Also published as: US6912437B2; CN100345270C; GB2410377A; KR101165791B1; WO2004032224A1; JP2006501674A; US20040093110A1; CN1685495A; TWI327644B; AU2003270675A1; JP5214091B2; GB0505102D0; KR20050055729A; TW200408807A; GB2410377B

Abstract

Verfahren mit:
Ausführen mindestens eines Prozesses zur Herstellung eines Strukturelements eines Halbleiterelements entsprechend einem Prozessrezept;
Messen einer elektrischen Verhaltenseigenschaft des Strukturelements;
Vergleichen der gemessenen elektrischen Verhaltenseigenschaft mit dem Sollwert für die elektrische Verhaltenseigenschaft, und
Bestimmen mindestens eines Parameters des Prozessrezepts auf der Grundlage des Vergleichs.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Halbleiterbauteilherstellung und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Fertigungsprozesses auf der Grundlage einer gemessenen elektrischen Eigenschaft.
Hintergrund der Erfindung
Es gibt ein ständiges Bestreben in der Halbleiterindustrie, die Qualität, die Zuverlässigkeit und den Durchsatz integrierter Schaltungsbauelemente, beispielsweise von Mikroprozessoren, Speicherbauteilen und dergleichen, zu verbessern. Dieses Bestreben wird durch die Verbrauchernachfrage für Computer und elektronische Bauelemente mit höherer Qualität, die zuverlässiger arbeiten, bestärkt. Diese Anforderungen führten zu einer ständigen Verbesserung bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen, beispielsweise von Transistoren, sowie bei der Herstellung integrierter Schaltungsbauelemente, in denen derartige Transistoren enthalten sind. Ferner werden durch das Verringern der Defekte bei der Herstellung von Komponenten eines typischen Transistors auch die Gesamtkosten pro Transistor sowie die Kosten integrierter Schaltungsbauelemente, in denen derartige Transistoren enthalten sind, gesenkt.
Im Allgemeinen wird eine Reihe von Prozessschritten an einem Los aus Scheiben ausgeführt, wobei eine Vielzahl von Prozessanlagen verwendet werden, zu denen Photolithographieeinzelbildbelichter bzw. Stepper, Ätzanlagen, Abscheideanlagen, Polieranlagen, Anlagen für schnelle thermische Prozesse, Implantationsanlagen und dergleichen gehören. Die Technologien, auf die sich Halbleiterprozessanlagen gründen, haben über die letzten Jahre größere Bedeutung erfahren, wodurch sich substantielle Verbesserungen ergeben haben. Trotz der Fortschritte, die in diesem Bereich gemacht werden, weisen viele der Prozessanlagen, die gegenwärtig kommerziell verfügbar sind, gewisse Nachteile auf. Insbesondere mangelt es derartigen Anlagen häufig an verbesserten Überwachungsfähigkeiten für Prozessdaten, etwa die Fähigkeit, historische Parameterdaten in einem anwender freundlichen Format bereitzustellen, sowie die Fähigkeit, Ereignisse aufzuzeichnen, aktuelle Prozessparameter sowie die Prozessparameter des gesamten Durchlaufs in Echtzeit graphisch darzustellen, und die Fähigkeit, eine Fernüberwachung, d.h. im Nahbereich und weltweit, durchzuführen. Diese Einschränkungen können eine nicht optimale Steuerung kritischer Prozessparameter, etwa der Durchsatz, die Genauigkeit, Stabilität und Wiederholbarkeit, Prozesstemperaturen, mechanische Anlagenparameter und dergleichen nach sich ziehen. Diese Fluktuation zeigt sich als Abweichung innerhalb eines Laufes, als Abweichung von Lauf zu Lauf und als Abweichung von Anlage zu Anlage, die sich zu Abweichungen hinsichtlich der Produktqualität und des Leistungsverhaltens fortpflanzen können, wohingegen ein ideales Überwachungs- und Diagnosesystem für derartige Anlagen Mittel zur Überwachung dieser Fluktuation sowie Mittel zur Optimierung der Steuerung kritischer Parameter bereitstellen würde.

Eine Technik zum Verbessern des Arbeitsablaufs einer Halbleiterprozesslinie beinhaltet ein fabrikumspannendes Steuerungssystem, um automatisch die Arbeitsweise der diversen Prozessanlagen zu steuern. Die Fertigungsanlagen kommunizieren mit einer Fertigungsplattform oder einem Netzwerk aus Prozessmodulen. Jede Fertigungsanlage ist im Wesentlichen mit einer Anlagenschnittstelle verbunden. Die Anlagenschnittstelle ist mit einer Maschinenschnittstelle verbunden, die eine Kommunikation zwischen der Fertigungsanlage und der Fertigungsplattform ermöglicht. Die Maschinenschnittstelle kann im Allgemeinen ein Teil eines APC(fortschrittliche Prozesssteuerung)-Systems sein. Das APC-System ruft ein Steuerungsskript auf der Grundlage eines Fertigungsmodells auf, wobei das Skript ein Softwareprogramm sein kann, das automatisch Daten abruft, die zum Ausführen eines Herstellungsprozesses erforderlich sind. Häufig werden Halbleiterbauelemente durch mehrere Fertigungsanlagen entsprechend mehreren Prozessen hindurchgeführt, wobei Daten hinsichtlich der Qualität der verarbeiteten Halbleiterbauelemente erzeugt werden.

Während des Fertigungsprozesses können diverse Ereignisse auftreten, die das Leistungsverhalten der hergestellten Bauelemente beeinflussen. Das heißt, Fluktuationen in den Fertigungsprozessschritten führen zu Fluktuationen im Bauteilverhalten. Faktoren, etwa kritische Abmessungen von Strukturelementen, Dotierstoffpegel, Kontaktwiderstand, Teilchenkontamination und dergleichen, können alle potentiell das Endverhalten des Bauelements beeinflussen. Diverse Anlagen in der Prozesslinie werden in Übereinstimmung mit Verhaltensmodellen gesteuert, um eine Prozessstreuung zu reduzieren. Zu üblicherweise gesteu erten Anlagen gehören Photolithographieeinzelbelichter, Polieranlagen, Ätzanlagen und Abscheideanlagen. Es werden Messdaten aus dem Bearbeitungsprozess vorgelagerten Prozessen und/oder dem Bearbeitungsprozess nachgeordneten Prozessen für Prozesssteuerungen der Anlagen bereitgestellt. Parameter von Prozessrezepten, etwa die Prozesszeit, werden durch die Prozesssteuerungen auf der Grundlage des Verhaltensmodells und der Messinformation berechnet, um nach dem Prozess Ergebnisse zu erreichen, die möglichst nahe an dem Sollwert liegen. Die Verringerung von Schwankungen in dieser Weise führt zu einem erhöhten Durchsatz, geringeren Kosten, einem besseren Bauteilleistungsverhalten und dergleichen, die alle zu einem profitableren Gesamtverhalten führen.

Sollwerte für die diversen ausgeführten Prozesse werden im Wesentlichen auf der Grundlage von Entwurfswerten für die herzustellenden Bauelemente ermittelt. Beispielsweise kann eine spezielle Prozessschicht eine Solldichte besitzen. Prozessrezepte für Abscheideanlagen und/oder Polieranlagen können in automatischer Weise so gesteuert werden, um eine Schwankung um die Solldicke herum zu verringern. In einem weiteren Beispiel können die kritischen Abmessungen einer Transistorgateelektrode einen zugeordneten Sollwert besitzen. Hierzu werden die Prozessrezepte für Photolithographieanlagen und/oder Ätzanlagen in automatischer Weise so gesteuert, um die kritischen Sollabmessungen zu erreichen.

In einigen Fällen werden elektrische Messungen, die das Verhalten der hergestellten Bauteile bestimmen, nicht bis vor einem relativ späten Zeitpunkt in dem Herstellungsprozess ausgeführt, und manchmal werden diese Messungen nicht bis vor Ende der abschließenden Testphase durchgeführt. Diese Verzögerung zwischen der Herstellung der Bauelemente und der Messung ihrer Leistungseigenschaften macht es schwierig, die Fertigungsprozesse so automatisch zu steuern, um die Anforderungen hinsichtlich des Leistungsverhaltens zu erreichen.

Typischerweise werden die elektrischen Leistungsverhaltenseigenschaften (beispielsweise die Geschwindigkeit, der Kontaktwiderstand, die Leistungsaufnahme etc.) der hergestellten Bauelemente indirekt gesteuert, indem die physikalischen Eigenschaften der Bauelemente auf der Grundlage der Entwurfswerte, die für die Abmessungen und Materialien der Strukturelemente bestimmt wurden, gesteuert werden. Abweichungen der tatsächlichen Bauteileigenschaften von den Sollwerten rufen entsprechende Abweichungen in den elektrischen Verhaltenseigenschaften hervor. In einigen Fällen können sich mehrere Quellen für Abweichungen aufsummieren, um damit zu bewirken, dass die elektrischen Verhaltenseigenschaften der fertiggestellten Bauelemente beeinträchtigt oder vollständig inakzeptabel sind.

Typischerweise kann es mehr als einen Satz an Entwurfs- bzw. Sollwerten geben, die verwendet werden können, um spezielle Anforderungen hinsichtlich des elektrischen Leistungsverhaltens zu erreichen. Da jedoch ein indirektes Verfahren zum Steuern der elektrischen Leistungsverhaltenseigenschaften angewendet wird, sind die Sollwerte typischerweise statisch. In einigen Situationen kann es in einem oder mehreren Fertigungsprozessen schwierig sein, zuverlässig den entsprechenden Sollwert zu erreichen. Diverse Faktoren, etwa die Anlagenreinheit, das Alter von Verbrauchsstoffen etc., können das Verhalten und die Steuerbarkeit einer Anlage beeinflussen. Diese Abweichung vom Sollwert beeinflusst nachteiligerweise die elektrischen Leistungseigenschaften der fertiggestellten Bauelemente in einer Weise, die durch eine indirekte Steuerung nicht in einfacher Weise berücksichtigt werden kann.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eines oder mehrere der zuvor genannten Probleme zu lösen oder zumindest deren Auswirkungen zu verringern.

Überblick über die Erfindung

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in einem Verfahren gesehen, das das Ausführen mindestens eines Prozesses zur Herstellung eines Strukturelements eines Halbleiterbauelements in Übereinstimmung mit einem Prozessrezept umfasst. Es wird eine elektrische Verhaltenseigenschaft des Strukturelements gemessen. Die gemessene elektrische Verhaltenseigenschaft wird mit einem Sollwert für die elektrische Verhaltenseigenschaft verglichen. Es wird sodann mindestens ein Parameter des Prozessrezepts auf der Grundlage des Vergleichs bestimmt.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in einem System gesehen, das eine Prozessanlage, eine Messanlage und eine Steuerung umfasst. Die Prozessanlage ist so ausgebildet, um mindestens einen Prozess zur Herstellung eines Strukturelements eines Halbleiterbauelements gemäß einem Prozessrezept auszuführen. Die Messanlage ist ausgebildet, eine elektrische Verhaltenseigenschaft des Strukturelements zu messen. Die Steuerung ist ausgebildet, die gemessene elektrische Verhaltenseigenschaft mit einem Sollwert für die elektrische Verhaltenseigenschaft zu vergleichen und mindestens einen Parameter des Prozessrezepts auf der Grundlage des Vergleichs zu bestimmen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung kann aus der folgenden Beschreibung besser verstanden werden, wenn diese im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und in denen:

1 eine vereinfachte Blockansicht eines Fertigungssystems gemäß einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

2 eine vereinfachte Blockansicht eines Teils des Fertigungssystems aus 1 ist, und

3A bis 3D Querschnittsansichten eines anschaulichen Bauelements während der Herstellung durch das Fertigungssystem aus 1 sind;

4 eine vereinfachte Blockansicht einer alternativen Ausführungsform des Teils des Fertigungssystems aus 2 ist, und

5 ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Herstellungsprozesses auf der Grundlage einer gemessenen elektrischen Verhaltenseigenschaft ist.

Obwohl die Erfindung diversen Modifizierungen und Alternativen unterliegen kann, sind spezielle Ausführungsformen als Beispiel in den Zeichnungen gezeigt und hierin detailliert beschrieben. Es sollte jedoch selbstverständlich sein, dass die Beschreibung spezieller Ausführungsformen nicht beabsichtigt ist, die Erfindung auf die speziellen offenbarten Formen einzuschränken, sondern die Erfindung soll vielmehr alle Modifizierungen, Äquivalente und Alternativen, die innerhalb des Grundgedankens und Schutzbereichs der Erfindung liegen, wie sie durch die angefügten Patentansprüche definiert ist, abdecken.

Art bzw. Arten zum Ausführen der Erfindung

Es werden nun anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Im Interesse der Einfachheit sind nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementierung in dieser Beschreibung dargestellt. Es ist jedoch zu beachten, dass bei der Entwicklung einer derartigen tatsächlichen Ausführungsform diverse entwicklungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die speziellen Ziele der Entwickler zu erreichen, etwa die Verträglichkeit mit systemverknüpften und geschäftsorientierten Rahmenbedingungen, die sich von einer Anwendung zu einer weiteren unterscheiden können. Ferner ist zu beachten, dass ein derartiger Entwicklungsaufwand komplex und zeitaufwendig sein kann, dass dieser aber dennoch eine Routinemaßnahme für den Fachmann ist, der im Besitz der vorliegenden Offenbarung ist.

In 1 ist eine vereinfachte Blockansicht eines anschaulichen Fertigungssystems 10 gezeigt. In der dargestellten Ausführungsform ist das Fertigungssystem 10 ausgebildet, Halbleiterbauelemente herzustellen. Obwohl die Erfindung so beschrieben ist, dass diese in einer Halbleiterfertigungsstätte eingerichtet werden kann, ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und kann auch in anderen Fertigungsumgebungen angewendet werden. Die hierin beschriebenen Techniken können auf eine Vielzahl von Werkstücken oder herzustellenden Gegenständen angewendet werden, zu denen, ohne einschränkend zu sein, Mikroprozessoren, Speicherbausteine, digitale Signalprozessoren, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC) oder andere ähnliche Bauelemente gehören. Die Techniken können auch auf Werkstücke und herzustellende Gegenstände angewendet werden, die keine Halbleiterbauelemente sind.

Ein Netzwerk 20 verbindet diverse Komponenten des Fertigungssystems 10, so dass diese Informationen austauschen können. Das anschauliche Fertigungssystem 10 umfasst mehrere Anlagen 30 bis 80. Jede der Anlagen 30 bis 80 kann mit einem Computer (nicht gezeigt) zur Verbindung mit dem Netzwerk 20 gekoppelt sein. Die Anlagen 30 bis 80 sind in gruppenähnliche Anlagen zusammengefasst, wie dies durch die Indexbuchstaben gekennzeichnet ist. Beispielsweise repräsentiert die Gruppe der Anlagen 30a bis 30c Anlagen einer gewissen Art, etwa eine Anlage zum chemisch-mechanischen Polieren bzw. Einebnen. Eine spezielle Scheibe oder ein Los von Scheiben läuft durch die Anlage 30 bis 80 während des Fertigungsprozesses, wobei jede Anlage 30 bis 80 eine spezielle Funktion in dem Prozessablauf ausführt. Zu beispielhaften Prozessanlagen für eine Halbleiterbauteilfertigungs umgebung gehören Messanlagen, Photolithographieeinzelbelichter, Ätzanlagen, Abscheideanlagen, Polieranlagen, Anlagen für eine schnelle thermische Behandlung, Implantationsanlagen und dergleichen. Die Anlagen 30 bis 80 sind nur der Anschaulichkeit halber in einer gewissen Reihenfolge dargestellt. In einer tatsächlichen Implementierung können die Anlagen 30 bis 80 in einer beliebigen physikalischen Ordnung oder Gruppierung angeordnet sein. Ferner sollen die Verbindungen zwischen den Anlagen in einer speziellen Gruppierung vielmehr Verbindungen zu dem Netzwerk 20 repräsentieren und weniger Verbindungen der Anlagen 30 bis 80 untereinander.

Ein Rechner eines Fertigungsverwaltungssystems (MES) 90 führt Operationen hoher Priorität des Fertigungssystems 10 aus. Der MES-Rechner 90 überwacht den Status der diversen Einheiten in dem Fertigungssystem 10 (d.h. von Losen, Anlagen 30 bis 80) und steuert den Prozessfluss der Herstellungsartikel (beispielsweise der Lose aus Halbleiterscheiben) durch den Prozessablauf. Ein Datenbankserver bzw. Rechner 100 ist zum Speichern von Daten vorgesehen, die mit dem Status der diversen Einheiten und Herstellungsartikel in dem Prozessablauf verknüpft sind. Der Datenbankserver 100 kann Informationen in einem oder mehreren Datenspeichern 110 ablegen. Die Daten können dem Prozess vorgeschaltete oder dem Prozess nachgeordnete Messdaten, Anlagenzustände, Losprioritäten etc. enthalten.

Teile der Erfindung und der entsprechenden detaillierten Beschreibung sind in Begriffen von Software oder Algorithmen und symbolischen Repräsentationen von Operationen an Datenbits innerhalb eines Computerspeichers dargeboten. Diese Beschreibungen und Darstellungen sind jene, die vom Fachmann zum effizienten Weitervermitteln des Inhalts seiner Arbeit an andere Fachleute verwendet werden. Ein Algorithmus wird im hierin verwendeten Sinne und im allgemein verwendeten Sinne als eine selbstkonsistente Sequenz an Schritten verstanden, die zu einem gewünschten Resultat führen. Die Schritte erfordern physikalische Manipulationen physikalischer Größen. Typischerweise, obwohl dies nicht notwendig ist, nehmen diese Größen die Form optischer, elektrischer und magnetischer Signale an, die gespeichert, übertragen, kombiniert, verglichen und anderweitig manipuliert werden können. Es hat sich zu Zeiten als bequem erwiesen, hauptsächlich aus Gründen der üblichen Verwendung, diese Signale als Bits, Werte, Elemente, Symbole, Zeichen, Terme, Zahlen oder dergleichen zu bezeichnen.

Es sollte jedoch bedacht werden, dass all diese und ähnliche Begriffe mit den geeigneten physikalischen Größen zu verknüpfen sind und lediglich bequeme Namen sind, die diesen Größen zugeordnet werden. Sofern dies nicht explizit anderweitig vermerkt ist oder dies aus der Erläuterung deutlich wird, bezeichnen Begriffe, wie "Bearbeiten" oder "Berechnen" oder "Ausrechnen" oder "Bestimmen" oder "Anzeigen" oder dergleichen Aktionen und Prozesse eines Computersystems oder eines ähnlichen elektronischen Rechengeräts, das Daten, die als physikalische, elektronische Größen repräsentiert sind, innerhalb der Register und Speicher des Computersystems manipuliert und in andere Daten umwandelt, die in ähnlicher Weise als physikalische Größen innerhalb der Speicher oder Register des Computersystems oder anderer derartiger Informationsspeicher, Übertragungseinrichtungen oder Anzeigeeinrichtungen dargestellt sind.

Eine beispielhafte Plattform für Informationsaustausch und Prozesssteuerung, die für die Verwendung in dem Fertigungssystem 10 geeignet ist, ist eine Plattform für fortschrittliche Prozesssteuerung (APC), wie sie beispielsweise durch das Katalyst-System eingerichtet wird, das von KLA-Tencor, Inc. angeboten wird. Das Katalyst-System verwendet Systemtechnologien, die verträglich sind mit der Plattform für Halbleiteranlagen und Materialien in internationaler Übereinkunft (SEMI) und computerintegrierter Herstellung (CIM), wobei das Katalyst-System auf der Plattform für fortschrittliche Prozesssteuerung (APC) basiert. Spezifikationen für CIM (SEMI E81-0699 – vorläufige Spezifikationen für CIM-Plattform-Architektur) und APC (SEMI E93-0999 – vorläufige Spezifikationen für CIM-Plattform und Komponenten für fortschrittliche Prozesssteuerung) sind öffentlich von SEMI erhältlich, das seinen Hauptsitz in Mountain View, Ca. besitzt.

Die Verarbeitungs- und Datenspeicherfunktionen sind unter den diversen Computern oder Arbeitsplatzrechnern in 1 so aufgeteilt, um eine generelle Unabhängigkeit und eine zentrale Informationsspeicherung zu gewährleisten. Selbstverständlich können unterschiedliche Anzahlen an Computern und unterschiedliche Anordnungen eingesetzt werden, ohne von dem Grundgedanken und Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Das Fertigungssystem 10 umfasst ferner eine elektrische Parametersteuerung 140, die in einem Arbeitsplatzrechner 150 eingerichtet ist. Wie nachfolgend detailliert beschrieben ist, empfängt die elektrische Parametersteuerung 140 Rückkopplungsdaten im Hinblick auf einen elektrischen Verhaltensparameter eines hergestellten Bauelements (beispielsweise von einer der Anlagen 30 bis 80, die als Messanlage dient) und bestimmt einen oder mehrere Prozessrezeptparameter einer oder mehrerer der Anlagen 30 bis 80, die als Prozessanlagen fungieren. Zu beispielhaften gemessenen elektrischen Verhaltensparametern können der Kontaktwiderstand, der Leitungswiderstand, ein Treiberstrom, die Leistungsaufnahme etc. gehören. Im Allgemeinen bezeichnet der Begriff elektrische Verhaltenseigenschaft einen elektrischen Messwert, der das Verhalten des Strukturelements kennzeichnet. Der Anschaulichkeit halber ist die Erfindung so beschrieben, dass diese zur Steuerung eines Kontaktwiderstandsparameters verwendet werden kann, der einem Kontaktstrukturelement zugeordnet ist, wobei jedoch die Anwendung der Erfindung nicht auf diesen Fall eingeschränkt ist, da die Erfindung auf andere elektrische Verhaltensparameter angewendet werden kann. Obwohl die diversen in 1 dargestellten Einheiten als separat zueinander dargestellt sind, können eine oder mehrere dieser Einheiten als eine einzelne Einheit zusammengefasst sein.
In 2 ist eine vereinfachte Blockansicht eines Teils des Fertigungssystems 10 aus 1 gezeigt. Prozessanlagen 200, 210, 220, 230 (die beispielsweise aus den Anlagen 30 bis 80 ausgewählt sind) verarbeiten Scheiben 240, um darin Kontaktöffnungen herzustellen. Jede Prozessanlage 200, 210, 220, 230 hat darin eingerichtet ein Prozessrezept. Die Funktionen der Anlagen 200, 210, 220, 230 bei der Herstellung von Kontakten sind mit Bezug zu den 3A bis 3D beschrieben.
In der dargestellten Ausführungsform ist die Prozessanlage 200 eine Ätzanlage 200, die ausgebildet ist, eine Kontaktöffnung 300 in eine Isolierschicht 310 (beispielsweise TEOS, ein Dielektrikum mit kleinem ε) zu ätzen, um eine darunter liegende leitende Schicht 320 (beispielsweise Silizid, Polysilizium) zu kontaktieren, wie dies in 3A gezeigt ist. Obwohl die Breite der Kontaktöffnung 300 typischerweise durch die Breite der entsprechenden Öffnung bestimmt ist, die in einer Photolackschicht ausgebildet ist, durch die die Kontaktöffnung geätzt wird, haben die Prozessrezeptparameter der Ätzanlage 200 (beispielsweise die Ätzzeit, die Plasmaleistung, der Druck, die Gaskonzentration) dennoch eine Auswirkung auf die Breite der Kontaktöffnung 300. Wenn die Breite der Kontaktöffnung größer wird, wird der Kontaktwiderstand des fertiggestellten Kontakts kleiner.
Die Prozessanlage 210 ist eine Abscheideanlage 210, die ausgebildet ist, die Kontaktöffnung 300 zu beschichten. Wie in 3B gezeigt ist, bildet die Abscheideanlage 210 eine Barrierenschicht 330 (beispielsweise Titan, Tantal, Tantalnitrid, Titannitrid oder eine Kombination dieser Materialien), um die Kontaktöffnung 300 mit einer Beschichtung zu versehen, und bildet ferner eine Saatschicht 340 (beispielsweise Kupfer für eine Kupferfüllung oder Polysilizium für eine Wolframfüllung) über der Barrierenschicht 330. Die Barrierenschicht 330 hilft dabei, die Elektromigration des Materials, das zum Füllen der Kontaktöffnung 300 (beispielsweise Kupfer) in der Isolierschicht 310 verwendet wird, zu verringern. In der dargestellten Ausführungsform wird der Bereich der Barrierenschicht 330 an der Unterseite der Kontaktöffnung 300 vor dem Bilden der Saatschicht 340 entfernt (d.h., es werden andere Prozessschritte angewendet, die nicht beschrieben sind), obwohl diese Eigenheit nicht in allen Ausführungsformen vorhanden sein muss. Die Saatschicht 340 stellt eine Grundlage für einen nachfolgenden Plattierungsprozess zum Füllen der Kontaktöffnung dar. Die spezielle Machart der Barrierenschicht und der Saatschicht 340 und das Dickenverhältnis der Komponenten beeinflussen den Kontaktwiderstand des fertiggestellten Bausteins. Beispielsweise verringert in einer Barrierenschicht 330 mit Titan und Titannitrid ein Kleinermachen der Dicke des Titannitrids relativ zu jener des Titans (d.h., wenn eine feste Gesamtdicke beibehalten wird) den Kontaktwiderstand.
Die Prozessanlage 220 ist eine Plattieranlage 220, die ausgebildet ist, die Kontaktöffnung mit einer leitenden Schicht 350 (beispielsweise Kupfer) zu füllen (beispielsweise durch Elektroplattieren oder stromloses Plattieren), wie in 3C gezeigt ist. Diverse Plattierungsparameter, etwa die Temperatur, die Lösungskonzentrationen, die angelegte Spannung, die Plattierungszeit, etc. beeinflussen die physikalischen Eigenschaften der leitenden Schicht (beispielsweise die Korngröße), wodurch der Kontaktwiderstand der Kontaktöffnung beeinflusst wird. Im Allgemeinen führt eine kleinere Korngröße zu einem kleineren Kontaktwiderstand.
Die Prozessanlage 230 ist eine Polieranlage 230, die ausgebildet ist, Teile der leitenden Schicht 350, die sich über die Kontaktöffnung 300 hinaus erstrecken, zu entfernen, wie in 3D gezeigt ist. Polierparameter, etwa die Polierzeit, die Andruckkraft, die Geschwindigkeit des Polierkissens, die Schwingungsamplitude und Frequenz des Polierarms, die chemische Zusammensetzung des Schleifmittels, die Temperatur und dergleichen beeinflussen die Menge des abgetragenen Materials. Wenn ein Bereich 360 der leitenden Schicht 350 innerhalb der Kontaktöffnung 300 entfernt wird (d.h., es tritt ein Phänomen auf, das als Einkerbung bezeichnet wird), wird der Kontaktwiderstand vergrößert.
Das Fertigungssystem 10 umfasst ferner eine Messanlage 250, die ausgebildet ist, einen elektrischen Verhaltensparameter eines auf der Scheibe 240 ausgebildeten Strukturelements zu messen. In der dargestellten Ausführungsform ist die Messanlage 250 so ausgebildet, um den Kontaktwiderstand des fertiggestellten Kontakts 370 (in 3D gezeigt) zu messen. Die Messanlage 250 übermittelt den gemessenen elektrischen Verhaltensparameter (beispielsweise den Kontaktwiderstand) an die elektrische Parametersteuerung 140. Wie zuvor beschrieben ist, können diverse Prozessrezeptparameter den Kontaktwiderstand des fertiggestellten Kontakts 370 beeinflussen. Die elektrische Parametersteuerung 140 tritt mit einer oder mehreren der Prozessanlagen 200, 210, 220, 230 in Kontakt, um einen oder mehrere Prozessrezeptparameter auf der Grundlage der gemessenen Rückkopplung zu bestimmen.
Die elektrische Parametersteuerung 140 kann ein Steuerungsmodell für die gesteuerte bzw. gesteuerten Prozessanlage bzw. -anlagen 200, 210, 220, 230 anwenden, um den bzw. die Prozessrezeptparameter zu bestimmen. Das Steuerungsmodell kann empirisch entwickelt werden, wobei allgemein bekannte lineare oder nicht lineare Techniken eingesetzt werden. Das Steuerungsmodell kann ein Modell sein, das auf relativ einfachen Gleichungen beruht (beispielsweise linear, expotentiell, gewichteter Durchschnitt etc.) oder kann ein komplexeres Modell sein, etwa ein Zustandsraummodell, ein Modell mit finiter Impulsantwort (FIR), ein Modell mit neuronalem Netzwerk, ein Modell mit Hauptkomponentenanalyse (PCA), oder eine Projektion auf ein Modell mit latenten Strukturen (PLS). Die spezielle Ausführung des Modells kann in Abhängigkeit der ausgewählten Modellierungstechnik unterschiedlich sein. Unter Verwendung des Steuerungsmodells kann die elektrische Parametersteuerung 140 Prozessrezeptparameter bestimmen, um Abweichungen im Kontaktwiderstand der fertiggestellten Kontakte 370 zu verringern, indem der gemessene elektrische Verhaltensparameter mit einem Sollwert für den elektrischen Verhaltensparameter verglichen wird. Das spezielle Steuerungsschema hängt von der speziellen Art der Prozessanlage 30 bis 80, die zu steuern ist, ab.
Die von der Messanlage 250 gewonnenen Rückkopplungsdaten können verwendet werden, um das von der elektrischen Parametersteuerung 140 verwendete Steuerungsmodell bzw. Modelle zu aktualisieren. Es können auch andere Rückkopplungsdaten, die von anderen Messanlagen (nicht gezeigt) hinsichtlich der physikalischen Eigenschaften der Kontakte 370 gesammelt wurden (beispielsweise Kontaktöffnungsbreite, Korngröße, Planarität etc.) verwendet werden, um das Steuerungsmodell zu aktualisieren.
In einer weiteren Ausführungsform, die in 4 gezeigt ist, können die einzelnen Prozessanlagen 200, 210, 220, 230 ihre eigenen Prozesssteuerungen 202, 212, 222, 232 aufweisen, die die Prozessrezeptparameter auf der Grundlage von Rückkopplungsdaten steuern, die im Hinblick auf die physikalischen Eigenschaften der Kontakte 370 gewonnen wurden. Die elektrische Parametersteuerung 140 kann mit diesen Prozesssteuerungen 202, 212, 222, 232 verbunden sein, um den Kontaktwiderstand auf Kontaktlochebene zu beeinflussen. Obwohl die elektrische Parametersteuerung 140 und die Prozesssteuerungen 202, 212, 222, 232 als separate Einheiten gezeigt sind, können eine oder mehrere dieser Steuerungen abhängig von der speziellen Implementierung in eine einzelne Einheit zusammengefasst werden.
Die Prozesssteuerungen 202, 212, 222, 232 können ihre zugehörigen Prozessanlagen 200, 210, 220, 230 auf der Grundlage ihrer ermittelten Basissollwerte und gesammelten Rückkopplungsdaten steuern, und die elektrische Parametersteuerung 140 kann ihre Steuerungsaktivitäten mit jenen von einer der Prozesssteuerungen 202, 212, 222, 232 auf der Grundlage der gemessenen Kontaktwiderstandsrückkopplungsdaten koordinieren. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform die elektrische Parametersteuerung 140 einen Offset-Wert für den Basissollwert, der von der Prozesssteuerung 202, 212, 222, 232 verwendet wird, bereitstellen. In einer weiteren Ausführungsform kann die elektrische Parametersteuerung 140 einen Offset-Wert für den grundlegenden Prozessrezeptparameter, der von der Prozesssteuerung 202, 212, 222, 232 bestimmt wird, bereitstellen.
Für den Fall der Prozessparametereinstellung gilt, wenn der gemessene Kontaktwiderstand zu hoch war, dass die elektrische Parametersteuerung 140 einen Offset-Wert zu der Basisätzzeit hinzuaddieren kann, die von der Prozesssteuerung 202 für die Ätzanlage 200 bestimmt wird, um die Größe der Kontaktöffnung zu vergrößern, wodurch eine Verringerung des Kontaktwiderstands für nachfolgend bearbeitete Scheiben 240 bewirkt wird.
In einer weiteren Implementierung, wobei die Ausführungsform mit der Sollwerteinstellung verwendet wird, kann die elektrische Parametersteuerung 140 den Basissollwert für die Breite der Kontaktöffnung 300 ändern, und die Prozesssteuerung 202 bestimmt dann neue Prozessrezeptparameter, um die Änderung zu bewirken. Ähnliche Szenarien können für die anderen Prozessrezeptparameter eingerichtet werden, die den Kontaktwiderstand beeinflussen (d.h. andere gesteuerte elektrische Verhaltensparameter), wie dies zuvor für die diversen Prozessanlagen 200, 210, 220, 230 beschrieben ist.
Zu beispielhaften elektrischen Verhaltenseigenschaften, die für ein Transistorelement gesteuert werden können, gehören der Schichtwiderstand des Polysiliziums oder die Gatespannung. Zu den Prozessen, die auf der Grundlage der elektrischen Verhaltensmessungsrückkopplung gesteuert werden können, gehören die Implantation, das Ätzen zum Definieren der Gatebreite, die Silizidherstellung, das Abscheiden eines Gateschichtstapels hinsichtlich der Dicke und der Machart (beispielsweise Polysiliziumdotierstoffe).
In 5 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Fertigungsprozesses auf der Grundlage einer gemessenen elektrischen Verhaltenseigenschaft gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Im Block 500 wird zumindest ein Prozess zur Herstellung eines Strukturelements eines Halbleiterbauelements gemäß einem Prozessrezept ausgeführt. Im Block 510 wird eine elektrische Verhaltenseigenschaft des Merkmals gemessen. Im Block 520 wird die gemessene elektrische Verhaltenseigenschaft mit einem Sollwert für die elektrische Verhaltenseigenschaft verglichen. Im Block 530 wird mindestens ein Parameter des Prozessrezepts auf der Grundlage des Vergleichs bestimmt.
Da die elektrische Parametersteuerung 140 mit einer oder mehreren der Prozessanlagen 200, 210, 220, 230, die zur Herstellung der Kontakte 370 verwendet werden, in Verbindung steht, kann diese den Prozess auf Modulebene (d.h. den Kontakt 370) steuern, anstelle auf Ebene des gesamten Strukturelements. Anders ausgedrückt, die elektrische Parametersteuerung 140 steuert direkt den Kontaktwiderstand. Schwankungen, die in den diversen Prozessschritten auftreten können, können berücksichtigt werden, ohne dass eine Abweichung von gewünschten Kontaktwiderstandswerten herbeigeführt wird.
Die zuvor offenbarten speziellen Ausführungsformen sind lediglich anschaulicher Natur, da die Erfindung auf unterschiedliche aber äquivalente Weisen, die dem Fachmann im Besitz der vorliegenden Offenbarung klar sind, modifiziert und praktiziert werden kann. Des weiteren sollen keine Einschränkungen hinsichtlich der Details des Aufbaus oder der Gestaltung, wie sie hierin gezeigt sind, beabsichtigt sein, sofern diese nicht in den folgenden Ansprüchen beschrieben sind. Es ist daher offensichtlich, dass die speziellen offenbarten Ausführungsformen geändert und modifiziert werden können und dass alle derartigen Änderungen als innerhalb des Schutzbereichs und Grundgedankens der Erfindung liegend betrachtet werden. Somit ist der angestrebte Schutzbereich in den folgenden Patentansprüchen dargelegt.
Zusammenfassung
Ein Verfahren umfasst das Ausführen mindestens eines Prozesses zur Herstellung eines Strukturelements eines Halbleiterbauelements gemäß einem Prozessrezept. Es wird eine elektrische Verhaltenseigenschaft des Strukturelements gemessen. Die gemessene elektrische Verhaltenseigenschaft wird mit einem Sollwert für die elektrische Verhaltenseigenschaft verglichen. Es wird mindestens ein Parameter des Prozessrezepts auf der Grundlage des Vergleichs verglichen. Ein System umfasst eine Prozessanlage, eine Messanlage und eine Steuerung. Die Prozessanlage ist ausgebildet, mindestens einen Prozess zur Herstellung eines Strukturelements eines Halbleiterbauelements gemäß einem Prozessrezept auszuführen. Die Messanlage ist ausgebildet, eine elektrische Verhaltenseigenschaft des Strukturelements zu messen. Die Steuerung ist ausgebildet, die gemessene elektrische Verhaltenseigenschaft mit einem Sollwert für die elektrische Verhaltenseigenschaft zu vergleichen und mindestens einen Parameter des Prozessrezepts auf der Grundlage des Vergleichs zu bestimmen.

Claims

Verfahren mit: Ausführen mindestens eines Prozesses zur Herstellung eines Strukturelements eines Halbleiterelements entsprechend einem Prozessrezept; Messen einer elektrischen Verhaltenseigenschaft des Strukturelements; Vergleichen der gemessenen elektrischen Verhaltenseigenschaft mit dem Sollwert für die elektrische Verhaltenseigenschaft, und Bestimmen mindestens eines Parameters des Prozessrezepts auf der Grundlage des Vergleichs.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Ausführen mehrerer Prozesse, um das Strukturelement zu bilden, wobei jeder Prozess ein Prozessrezept aufweist, und Bestimmen mindestens eines Prozessparameters der Prozessrezepte für eine Teilmenge der mehreren Prozesse auf der Grundlage des Vergleichs.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Bestimmen eines Basiswertes für den Prozessrezeptparameter und Bestimmen eines Offset-Wertes zu dem Basiswert auf der Grundlage des Vergleichs.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Prozess einen Basissollwert aufweist, der mit einer physikalischen Eigenschaft des Strukturelements verknüpft ist, und wobei das Verfahren ferner umfasst: Bestimmen eines Offset-Wertes zu dem Basissollwert auf der Grundlage des Vergleichs und Bestimmen des mindestens einen Parameters des Prozessrezepts auf der Grundlage des Basissollwertes und des Offset-Wertes.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die mehreren Prozesse umfassen: einen Prozess zur Herstellung einer Kontaktöffnung in einer Isolierschicht entsprechend einem ersten Prozessrezept; einen Prozess zur Herstellung einer ersten Prozessschicht, die die Kontaktöffnung auskleidet, gemäß einem zweiten Prozessrezept; einen Prozess zur Herstellung einer zweiten Prozessschicht über der ersten Prozessschicht gemäß einem dritten Prozessrezept; einen Prozess zur Herstellung einer leitenden Schicht, um die Kontaktöffnung im Wesentlichen auszufüllen, gemäß einem vierten Prozessrezept, und einen Prozess zum Polieren der leitenden Schicht, um einen Teil der leitenden Schicht, der sich über die Kontaktöffnung hinaus erstreckt, zu entfernen, gemäß einem fünften Prozessrezept, wobei die gemessene elektrische Verhaltenseigenschaft ferner einen Kontaktwiderstand des Kontakts umfasst, und wobei Bestimmen des mindestens einen Prozessparameters der Prozessrezepte für eine Teilmenge der mehreren Prozesse ferner Bestimmen mindestens eines Parameters des ersten und/oder des zweiten und/oder des dritten und/oder des vierten und/oder des fünften Prozessrezepts auf der Grundlage des Vergleichs umfasst.
System (10, 100) mit: einer Prozessanlage (30 bis 80, 200, 210, 220, 230), die ausgebildet ist, mindestens einen Prozess zur Herstellung eines Strukturelements eines Halbleiterbauelements gemäß einem Prozessrezept auszuführen; einer Messanlage (30 bis 80, 250), die ausgebildet ist, eine elektrische Verhaltenseigenschaft des Strukturelements zu messen, und einer Steuerung (140), die ausgebildet ist, die gemessene elektrische Verhaltenseigenschaft mit einem Sollwert für die elektrische Verhaltenseigenschaft zu vergleichen und mindestens einen Parameter des Prozessrezepts auf der Grundlage des Vergleichs zu bestimmen.
System (10, 100) nach Anspruch 6, das ferner mehrere Prozessanlagen (30 bis 80, 200, 210, 220, 230) umfasst, die ausgebildet sind, mehrere Prozesse zur Herstellung des Strukturelements auszuführen, wobei jede Prozessanlage ein Prozessrezept aufweist, und wobei die Steuerung ausgebildet ist, mindestens einen Prozessparameter der Prozessrezepte für eine Teilmenge der mehreren Prozesse auf der Grundlage des Vergleichs zu bestimmen.
System (10, 100) nach Anspruch 6, wobei die Steuerung (140) eine erste Steuerung (140) umfasst, wobei das System ferner eine zweite Steuerung (202, 212, 222, 232) aufweist, die mit der Prozessanlage (30 bis 80, 200, 210, 220, 230) verbunden und ausgebildet ist, einen Basiswert für den Prozessrezeptparameter zu bestimmen, und wobei die erste Steuerung (140) ausgebildet ist, einen Offset für den Basiswert auf der Grundlage des Vergleichs zu bestimmen.
System (10, 100) nach Anspruch 6, wobei die Steuerung (140) eine erste Steuerung (140) umfasst und wobei das System (10, 100) ferner eine zweite Steuerung (202, 210, 222, 232) umfasst, die ausgebildet ist, die Prozessanlage (30 bis 80, 200, 210, 220, 230) in Übereinstimmung mit einem Basissollwert, der mit einer physikalischen Eigenschaft des Strukturelements verknüpft ist, zu steuern, und wobei die erste Steuerung (140) ferner ausgebildet ist, einen Offset-Wert für den Basissollwert auf der Grundlage des Vergleichs zu bestimmen und wobei die zweite Steuerung (202, 210, 222, 232) ausgebildet ist, den mindestens einen Parameter des Prozessrezepts auf der Grundlage des Basissollwertes und des Offset-Wertes zu bestimmen.
System (10, 100) nach Anspruch 6, wobei das Strukturelement einen Transistor umfasst und wobei die elektrische Verhaltenseigenschaft ferner einen Polysiliziumschichtwiderstandsparameter und/oder einen Gatespannungsparameter umfasst.