JP2005347585A - 半導体デバイス製造方法およびそのシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 トレンチエッチングに要求される溝深さばらつきは、年々厳しくなっている。
特に、システムＬＳＩに代表される多品種小量の半導体デバイス製造ラインでは、品種の切り替わりや、エッチング装置・チャンバの性能変動などの複数の要因によってトレンチエッチングの溝深さが変動する。そして、エッチング装置の生産性の観点から、調整作業を行うことなく、溝深さばらつきを制御することが望まれている。
【解決手段】 半導体デバイス製造のトレンチエッチング処理において、エッチング処理対象ウェハの被エッチングパターン密度起因の溝深さ変動量および、過去の溝深さデータおよび設定エッチング時間データから算出した装置・チャンバ起因の溝深さの時系列変動量を求め、これらの変動を補正するエッチング時間を算出する。
【選択図】 図１２

Description

本発明は、半導体デバイス基板にトレンチをエッチングにて形成する際の溝深さを所望の値に制御する半導体デバイスの製造方法およびそのシステムに関するものである。

半導体デバイス製造において、トレンチエッチングは素子分離技術、ダマシン線形成技術、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）のトレンチキャパシタ技術などに用いられる。ここで、図１を用いてトレンチ素子分離を用いた一般的なＭＯＳトランジスタの製造方法を説明する。まず、シリコン半導体基板１０１上に、パッド酸化膜１０２および研磨ストッパー膜として窒化シリコン膜１０３を堆積させる。次に、フォトレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィにより素子領域のみにフォトレジストパターン１０４を形成する。このときの状態を図１（ａ）に示す。そして、まず、フォトレジストパターンをマスクとして窒化シリコン膜１０３およびパッド酸化膜１０２を異方性エッチングにより除去する。このときのエッチング時間は、発光モニタを用いた終点検出法にて決定される。発光モニタを用いた終点検出では、窒化シリコン膜や酸化膜における発光スペクトルと、エッチングが進みシリコン半導体基板表面が析出した際の発行スペクトルの差を検出してしる。次に、フォトレジストパターンを除去し、窒化シリコン膜１０３をマスクとしてシリコン半導体基板１０１に異方性エッチングを行い、トレンチを形成する。このときの状態を図１（ｂ）に示す。素子分離技術において、窒化シリコン膜１０３をマスクとして、シリコン半導体基板１０１にトレンチを形成するエッチングをトレンチエッチングと呼ぶ。
このとき、シリコン半導体基板のトレンチエッチングでは、同一の膜をエッチングしているため、発光モニタによる終点検出法では深さの変化を検知することができず、エッチング時間は予め指定された値を使用する。次に、酸化膜１０５をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学的気相成長法）により堆積しトレンチを埋め込む。このときの状態を図１（ｃ）に示す。そして、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械的研磨）により平坦化を行い、窒化シリコン膜１０３が所望の膜厚になるまで研磨する。その際、窒化シリコン膜１０３はＣＭＰのストッパーとして用いられる。このときの状態を図１（ｄ）に示す。以上の処理により、シリコン半導体基板の各構成素子を電気的に分離することができる。

半導体デバイスの電気特性を満たすためには、トレンチ素子分離におけるトレンチエッチング時の溝深さのばらつきを一定範囲内にしなければならない。例えば、溝深さが浅い場合、素子領域から電流がリークする不具合が発生する。一方、溝深さが深くなると、その後のＣＶＤやＣＭＰにおけるマージンが少なくなる。そのため、半導体デバイス製造ラインでは素子分離のトレンチエッチングにおける溝深さのばらつきを管理している。

溝深さの測定には、接触式のプロファイラーや、非接触式のScattermetrtyなどが用いられる。図２はScattermetryの測定原理を示すものである。Scattermetryには、測定対象パターンに光を一定の角度で入射し、反射光の波長毎の光強度を測定する方式（図２（ａ））と、測定対象となる繰り返しパターンへの入射角度を変え、入射光角度に対する反射光の光強度を測定する方式（図２（ｂ））などがある。例えば、図２（ａ）の繰り返しパターンの反射光のスペクトルを測定する方式では、図３に示すようコンピュータ内において、幅、テーパ角、深さが異なる複数のプロファイルを作成し、各プロファイルにおける波長毎の光強度特性（Signature）を波動光学シミュレーションにて計算しライブラリを作成する。そして、実際のSignatureとライブラリ内のSignatureとのマッチングにより、実際のSignatureとの一致度が高いSignatureを抽出し、測定対象パターンの幅、テーパ角、深さを算出している。

溝深さばらつきの制御として、例えば、各エッチング装置のチャンバ状態に応じて、ロット（複数のウェハから構成される処理のまとめ単位）または、数ロットに１回または、１日に１回といった一定の頻度で、人手によりエッチング条件の調整作業を行う方式が一般的である。例えば、エッチング時間と溝深さの関係は、ある一定領域内では図４に示す線形関係となっている。そして、この関係を利用して、トレンチエッチング後の溝深さを測定して、その測定結果にエッチング時間を調整する。例えば、エッチング時間Ｔにてトレンチエッチングを行った際の溝深さがＡとなった場合、溝深さを所望の狙い値とするためのエッチング時間をＴ‘を調整後のエッチング時間として使用する。なお、図２に示す一次式の傾きや切片は、エッチング装置のチャンバ状態やシリコン半導体基板上の被エッチング膜の膜質の変化などによって変化している。

また、溝深さばらつきの制御方法として、Paul Jowettら（2002 IEEE/SEMI Advanced Semiconductor Manufacturing Conference,PP.107pp.112）は、前述の人手による調整作業を行わず、過去の溝深さの測定履歴およびエッチング時間の設定履歴を用いて処理ウェハ毎に溝深さの変動量を予測し、逐次エッチング時間を変更する制御方式を提案している。また、本制御方式では、エッチング特性が回路パターンとエッチング装置のチャンバの組合せによって異なることに着目して、溝深さの予測に使用する過去の溝深さの測定結果履歴を品種およびエッチング装置のチャンバ別に収集している。この制御方式は、溝深さばらつきを低減させるだけでなく、従来の調整作業に要していたエッチング装置のオーバーヘッド時間が削減され、エッチング装置の処理能力も向上する。

システムＬＳＩに代表される多品種小量の半導体デバイス製造ラインでは、顧客の要求機能に応じて回路パターンを設計し、同一の製造プロセス技術を用いて、シリコン半導体基板上に顧客毎の回路パターン情報を転写している。まそして、トレンチエッチングに要求される溝深さばらつきは、年々厳しくなっている。また、生産性の観点から、調整作業を行うことなく、溝深さばらつきを制御することが望まれる。しかし、前述のPaul Jowettらの制御方式は、同一品種を大量生産することを前提としているため、多品種小量生産では十分に溝深さを制御することができない。この制御方式では、今回処理対象である品種およびエッチング装置のチャンバに該当する溝深さの測定結果履歴を用いて、今回のエッチング時間を算出している。多品種小量生産の場合、図５に示すように同一のエッチング装置・チャンバにおいて複数の品種が処理されており、かつ１品種当りの処理量は少ないため、同一の品種のみでは十分な溝深さの予測ができない。この例では、あるエッチング装置・チャンバにおいて、回路パターンの異なる品種Ａ、Ｂ、Ｃの溝深さ測定結果の履歴が存在している。今回、品種Ｃのエッチングを行う場合、前述の制御方式では、品種Ｃの溝深さ測定結果を用いて今回のエッチング時間を算出する。実際は、最後に品種Ｃの処理を行った後に、品種ＡやＢの処理を行っており、品種Ｃの結果だけで該当エッチング装置・チャンバの現状のエッチング特性を予測することは精度の面で問題が生じる。また、新たに品種Ｄの処理を行う場合、過去の履歴がないため算出処理自体できない。一方、品種の違いにより同一のエッチング装置・チャンバのエッチング特性が変動するため、全ての測定履歴を同列に扱うことはできない。

そこで、本発明では、多品種小量製造ラインにおけるトレンチエッチングの溝深さばらつきの低減かつ、トレンチエッチング装置の処理能力を向上させるため、調整作業を行わず、品種起因で変動する要因とエッチング装置のチャンバ起因で変動する要因を加味した溝深さの変動量を推定し、適切なエッチング時間を算出する溝深さばらつきを制御する半導体デバイスの製造方法およびその製造システムを提供するものである。

本発明は、測定ウェハ毎の半導体デバイスの品種、工程、エッチング装置・チャンバの名称、測定日時、溝深さ測定データといった測定結果の履歴が蓄積される第一のデータベース部と、エッチング処理を行ったウェハ毎の半導体デバイスの品種、工程、エッチング装置・チャンバの名称、着工日時（開始、終了）、設定エッチング時間データといったエッチング条件の履歴が蓄積される第二のデータベース部と、半導体デバイスの品種、工程に対応した半導体デバイスの規格（例えば、溝深さの目標値など）といった製造仕様が格納される第三のデータベース部と、半導体デバイスの品種、工程に対応した被エッチングパターン密度、エッチング時間と溝深さの関係式、被エッチングパターン密度補正式といったエッチング特性データが格納される第四のデータベース部と、半導体デバイス製造ラインにおけるウェハ進捗状況の管理および制御を行う製造管理システムと、各データベース部より取得した溝深さ測定結果履歴情報およびエッチング条件履歴情報および該当するエッチング工程の製造仕様およびエッチング特性情報を用いて今回エッチング処理時のエッチング時間を算出するエッチング時間算出処理部から構成される。

エッチング時間算出処理部は、以下の６のステップから構成される。
（１）今回エッチング処理対象となるウェハ情報を取得するステップと、
（２）対象エッチング工程の製造仕様およびエッチング特性情報を取得するステップと、（３）対象工程およびエッチング装置・チャンバの過去の溝深さ測定情報および、設定エッチング時間情報を取得するステップと、
（４）前記（１）から（３）で取得した情報を用いて、品種起因の溝深さ変動および、装置・チャンバ起因の溝深さの時系列変動を求め、これらの変動を補正するエッチング時間を算出するステップと、
（５）前記（４）で算出したエッチング時間を用いてエッチング処理を行うステップと、（６）エッチング処理後の設定エッチング時間データおよび溝深さ測定データを収集するステップ
前記（１）から（６）のステップを順次実行することにより、トレンチエッチングにおける溝深さの変動を低減することができる。

本発明では、半導体デバイス製造のトレンチエッチングにおいて、処理対象ウェハの被エッチングパターン密度起因の溝深さ変動量および、過去の溝深さデータおよび設定エッチング時間データから算出した装置・チャンバ起因の溝深さ変動量を加味したエッチング時間の算出機能を持つため、調整作業を行わず、品種の切り替わり時の溝深さ変動および、エッチング装置・チャンバの性能変動やその他のプロセス変動によって発生するトレンチエッチングの溝深さ時系列変動を低減することができ、かつ、半導体デバイスの動作特性が向上する。また、調整作業を行わないため、エッチング装置の処理能力が向上する。

図１６は本発明を用いたトレンチエッチングの溝深さの制御結果例を示すものである。
同図は、同一のエッチング装置・チャンバにおける品種Ａ〜Ｌのトレンチエッチング後の溝深さの測定結果の推移を着工終了日時順で示している。この場合は、各測定点はロットを示している。同図の「◇」印はエッチング時間の制御を行わず、一定のエッチング時間を使用した場合の溝深さの推移を示すものである。同図の「○」印は、Paul Jowettらが提案する同一品種の過去の溝深さ測定結果を用いてエッチング時間を算出し、算出したエッチング時間を用いてトレンチエッチングした際の溝深さの推移を示すものである。また、「○」が塗りつぶされているデータは、同一の品種が初めて処理された場合を意味している。同図の「□」印は、本発明における品種毎の被エッチングパターン密度起因の溝深さ変動量および装置・チャンバ起因の溝深さの時系列変動を補正するようにエッチング時間を算出し、算出したエッチング時間を用いてトレンチエッチングした際の溝深さの推移を示すものである。これより、従来の同一品種毎の制御方式でも、制御なしと比べると、溝深さのばらつきは小さくなっているものの、本発明方式では過去に実績のない新しい品種を処理する際の溝深さの変動が小さくなっており、従来の制御方式と比べ溝深さのばらつきが小さくなっている。この事例では、本発明方式により溝深さの標準偏差は制御なしと比べ１９％低減し、従来の制御方式と比べ１３％低減している。

次に、本発明の実施形態を図面を参照にして説明する。

図６は本発明である半導体デバイス製造におけるトレンチエッチングの溝深さの制御方法を示すフローチャートである。ステップ６０１において、今回のエッチング処理を行うウェハの品種、工程、エッチング装置、チャンバ情報を取得する。これらの情報は、該当ウェハ番号を元に、半導体デバイス製造ライン全体の情報を管理する製造管理システムから取得できる。ステップ６０２において、前記ステップ６０１で取得した品種、工程に該当する溝深さの目標値をデータベース部から取得する。ステップ６０３において、前記ステップ６０１で取得した品種、工程に該当する被エッチングパターン密度情報およびその補正式情報をデータベース部から取得する。被エッチングパターン密度は、ウェハに転写する回路パターンが描画されているマスク情報より取得することができる。被エッチングパターン密度の補正式情報は事前に評価実験を行い、データベース部にその補正式を登録しておく必要がある。例えば、予め異なる被エッチングパターン密度を持つ品種を同一のエッチング時間でトレンチエッチングした際の溝深さを測定し、被エッチングパターン密度の補正式を作成し、データベース部に登録する。図９は被エッチングパターン密度と基準エッチング時間における溝深さの関係を示すものである。被エッチングパターン密度の補正式は、溝深さと被エッチングパターン密度の一次式で表現される。

溝深さ＝ａ１×被エッチングパターン密度＋ｂ１ ・・・・・・（１） ここで、ａ１、b１は定数。

また、溝深さをエッチング時間で割ることにより、単位エッチング時間当たりの溝深さの変化量（エッチング速度）と被エッチングパターン密度の一次式で表現してもよい。

エッチング速度＝ａ２×被エッチングパターン密度＋ｂ２・・・・・・・・・（２） ここで、ａ２、b２は定数。

ステップ６０４において、前記ステップ６０１で取得した工程、エッチング装置・チャンバと一致する過去のウェハ毎の溝深さ測定結果データおよびウェハ毎の設定エッチング時間データを過去の溝深さ測定結果の測定結果を蓄積するデータベースおよび、過去の設定エッチング時間を蓄積するデータベース部より取得し、測定結果データと設定エッチング時間データのウェハ番号が一致するものを抽出して取得する。ステップ６０５において、前記ステップ６０４にて取得した過去の設定エッチング時間データおよびその際の溝深さデータおよび各測定ウェハの被エッチングパターン密度情報、および前記ステップ６０３にて取得した被エッチングパターン密度の補正式情報を用いて、被エッチングパターン密度起因の変動要因を除外した装置・チャンバ起因の溝深さの変動量を算出する。詳細の算出方法方を、図７を用いて説明する。まず、ステップ７０１において、前記ステップ６０４に取得した過去の溝深さデータとその測定ウェハの被エッチングパターン密度データおよび、および前記ステップ６０３にて取得した被エッチングパターン密度の補正式情報を用いて、被エッチングパターン密度起因の変動要因の補正処理を行う。なお、同一のウェハに関して、ウェハ面内の複数地点の溝深さ測定結果を持つ場合、平均処理などを行い、該当ウェハの溝深さの代表値を作成する。例えば、被エッチングパターン密度の補正式を（１）式で作成した場合、被エッチングパターン密度補正後の換算溝深さは以下の式にて算出される。

被エッチングパターン密度補正後の換算溝深さ＝
溝深さ測定値−（ａ１×被エッチングパターン密度＋ｂ１−溝深さ目標値）・（３） ステップ７０２において、前記ステップ７０１にて算出した被エッチングパターン密度補正後の溝深さデータおよび、前記ステップ６０４にて取得した設定エッチング時間データを用いて、設定エッチング時間の変化による溝深さの変動成分の補正を行い、基準エッチング時間における換算溝深さを算出する。このとき、事前に評価実験等を行い、単位エッチング時間変化量に対する溝深さ変化量（＝ｋ）を事前に算出しておく必要がある。

基準エッチング時間における換算溝深さ＝被エッチングパターン密度補正後の溝深さ −（設定エッチング時間−基準エッチング時間）×ｋ・・・・・・・・（４） 基準エッチング時間としては、最新の設定エッチング時間を用いることが多い。次に、ステップ７０３において、装置・チャンバにおける溝深さ変動量を前記ステップ７０２にて算出した基準エッチング時間における換算溝深さデータの指数重み付け平均にて算出する。なお、この場合、溝深さ変動量は目標となる溝深さからの偏差となる。そのため、前記ステップ７０２で算出した基準エッチング時間における換算溝深さデータから目標となる溝深さを引いた値を使用する。また、算出方法は、算術平均や線形重み付け平均などデータの時系列変動の形態に応じて、算出式を変えても構わない。また、溝深さデータに異常データが存在する場合、統計的な異常除去処理を行うなど、予め異常値の除去を行っておく。

また、別の算出方法を、図８を用いて説明する。ステップ８０１において、前記ステップ６０４に取得した過去の溝深さデータとその測定ウェハの設定エッチング時間データから、以下の式にてエッチング速度データを作成する。

エッチング速度＝溝深さ測定値／設定エッチング時間・・・・・・・・・・・（５） ステップ８０２において、前記ステップ８０１にて算出したエッチング速度データ、および前記ステップ６０３にて取得した被エッチングパターン密度の補正式情報を用いて、被エッチングパターン密度起因の変動要因の補正処理を行う。例えば、被エッチングパターン密度の補正式を（２）式で作成した場合、被エッチングパターン密度補正後の換算エッチング速度は以下の式にて算出される。

被エッチングパターン密度補正後の換算エッチング速度＝
エッチング速度−（ａ２×被エッチングパターン密度＋ｂ２−基準エッチング速度）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（６） 次に、ステップ８０３において、装置・チャンバにおけるエッチング速度推定値を前記ステップ８０２にて算出した被エッチングパターン密度補正後のエッチング速度データの指数重み付け平均にて算出する。算出方法は、算術平均や線形重み付け平均などデータの時系列変動の形態に応じて、算出式を変えても構わない。また、エッチング速度データに異常データが存在する場合、統計的な異常除去処理を行うなど、予め異常値の除去を行っておく。

次に、ステップ６０６において、処理対象ウェハの被エッチングパターン密度に対応した溝深さ変動量を、前記ステップ６０１にて取得した該当ウェハの被エッチングパターン密度および前記ステップ６０３にて取得した被エッチングパターン密度の補正式情報を用いて算出する。ステップ６０７において、前記ステップ６０５にて算出した装置・チャンバ起因の溝深さ変動量および、前記ステップ６０６にて算出した被エッチングパターン密度起因の溝深さ変動量から今回の処理対象ウェハの溝深さ変動量を計算し、前記ステップ６０２にて取得した溝深さ目標値となるようなエッチング時間を計算する。例えば、被エッチングパターン密度の補正式を（１）式で作成した場合、エッチング時間は以下の式にて算出される。

エッチング時間＝基準エッチング時間−（装置・チャンバの溝深さ変動量＋
被エッチングパターン起因の溝深さ変動量）／ｋ・・・・・・・（７） また、被エッチングパターン密度の補正式を（２）式で作成した場合、エッチング時間は以下の式にて算出される。

エッチング時間＝溝深さ目標値／（装置・チャンバのエッチング速度推定値＋
被エッチングパターン起因のエッチング速度補正値）・・・・・・（８） 次に、ステップ６０８において、前記ステップ６０６にて算出したエッチング時間に基づき、エッチング装置のエッチング条件を変更する。このとき、製造管理システムによりネットワークを介してエッチング装置に、エッチング条件を送信し、自動的にエッチング条件を変更することができる。ステップ６０９において、変更されたエッチング条件にて処理対象ウェハのトレンチエッチングを実行する。このとき、製造管理システムによりネットワークを介してエッチング装置にエッチング処理の開始命令を送信することができる。そして、ステップ６１０において、処理対象ウェハの設定エッチング時間データや、トレンチエッチングを行った後の溝深さ測定データを収集し、データベース部に登録する。
なお、溝深さ測定は、溝深さ測定装置の測定能力の関係により、全ウェハの測定を行わず、抜き取り測定となること場合もある。

図１０は、図６のエッチング時間の算出処理６０７において、エッチング時間の算出結果の出力画面の例を示す図である。トレンチエッチング処理を行うロット番号、ウェハ番号、該当半導体デバイスの品種、対象工程、対象エッチング装置・チャンバの名称および、今回のエッチング時間および、該当品種・工程の被エッチングパターン密度が表示される。なお、出力画面はエッチング装置に付帯する表示端末、製造管理システムの出力端末、専用の出力端末のいずれかに出力されるものとする。また、出力結果は、エッチング装置内のエッチング処理を制御するプログラムに送られ、出力されるエッチング時間に対応したエッチング処理が行われる。

図１１は図６の装置・チャンバ起因の溝深さ変動量の算出６０５において使用されるデータの構成を示したものである。この事例を用いて、図６の装置・チャンバ起因の溝深さ変動量の算出処理６０５を説明する。例えば、ステップ６０１において、製造管理システムから今回処理対象となるウェハの品種名＝Ａ、工程＝素子分離、エッチング装置＝１号機、チャンバ＝Ａを取得した場合、ステップ６０４において、工程＝素子分離、エッチング装置＝１号機、チャンバ＝Ａと一致する溝深さ測定データおよび、設定エッチング時間データおよび、品種毎の被エッチングパターン密度データを取得し、それぞれのデータの内、ロット番号およびウェハ番号が一致するデータを突き合わせる処理を行い、図１１に示すようなデータ構造を作成する。この事例の場合、該当データ数はＮｏ１〜７までの７件である。ステップ６０５において、被エッチングパターン密度起因の変動要因を除外した装置・チャンバ起因の溝深さの変動量を算出する。例えば、設定エッチング時間の基準値＝２０、単位エッチング時間の変化量に対する溝深さの変化量＝１、溝深さの目標値を１００、被エッチングパターン密度の補正式を溝深さ＝被エッチングパターン密度＋７０とする。この事例の場合、Ｎｏ１、３、７ッチングパターン密度＝３０のため、該当被エッチングパターン密度における溝深さ＝１００と溝深さ目標値と等しくなるため、被エッチングパターン密度起因の変動要因の補正処理を行わない。Ｎｏ２では被エッチングパターン密度＝４０、溝深さ＝１０５であり、被エッチングパターン密度補正後の換算溝深さは、１０５（溝深さ測定値）−（４０＋７０−１００（溝深さ目標値））＝９５となる。
基準エッチング時間における換算溝深さは、９５（被エッチングパターン密度補正後の溝深さ）−（２５（設定エッチング時間）−２０（基準エッチング時間））×１（単位エッチング時間の変化量に対する溝深さの変化量）＝９０となる。このような変換処理をＮｏ３〜７に対して行い、Ｎｏ１〜７の変換後の換算溝深さデータを用いて、装置・チャンバ起因の溝深さの変動量をＮｏ１〜７の換算溝深さデータの目標の溝深さからの偏差量の指数重み付け平均にて算出する。

図１２は本発明の第１の実施形態の全体構成を示すブロック図である。同図において、エッチング装置群１は少なくても１台以上のエッチング装置２から構成されている。なお、エッチング装置２は複数のチャンバから構成され、各チャンバにおいて、エッチング処理を行うことができる。エッチング装置群１は、エッチング時間算出処理部７および、入出力インターフェイス８および、データベース部６から構成されるデータ演算ステーション５に接続されている。また、エッチング装置群１は、半導体デバイス製造ライン全体の情製造情報や進度情報を管理する製造管理システム９に接続されている。なお、エッチング処理を行う際の処理対象ウェハの半導体デバイスの品種、工程、エッチング装置およびそのチャンバの名称および、ロット番号・ウェハ番号について、例えば、ウェハに形成されている番号を読み取ることによって入力し、製造管理システム９からネットワークを介して送信することが可能である。溝深さ測定装置群３は少なくても１台以上の溝深さ測定装置４から構成されており、データ演算ステーション５および製造管理システム９に接続されている。データ演算ステーション５内のデータベース部６は、半導体デバイスの品種名、工程名、エッチング装置・チャンバ名および、ロット・ウェハ番号、測定日時、溝深さ測定データなどが蓄積される測定結果履歴データベース６１および、半導体デバイスの品種名、工程名、エッチング装置・チャンバ名および、ロット・ウェハ番号、着工日時（開始、終了）、ウェハ番号に対応した設定エッチング時間データが蓄積されるエッチング条件履歴データベース６２、半導体デバイスの品種、工程に対応した半導体デバイスの規格（例えば、溝深さの目標値など）が蓄積される製造仕様データベース６３、半導体デバイスの品種、工程に対応した被エッチングパターン密度、エッチング時間と溝深さの関係式、被エッチングパターン密度補正式などが登録されているエッチング特性データベース６４から構成される。エッチング装置群１においてエッチング処理を行った際、その際の半導体デバイスの品種名、工程名、エッチング装置・チャンバ名および、ロット・ウェハ番号、着工日時（開始、終了）、ウェハ番号に対応した設定エッチング時間データが入出力インターフェイス８を介して、データベース部６のエッチング条件履歴データベース６２に登録される。同様に、溝深さ測定装置群３において溝深さの測定処理を行った際、その際の半導体デバイスの品種名、工程名、エッチング装置・チャンバ名および、ロット・ウェハ番号、測定日時、溝深さ測定データなどが入出力インターフェイス８を介して、データベース部６の測定結果履歴データベース６１に登録される。また、エッチング算出処理部７からのデータ問い合わせに対して、該当データを検索し回答となるデータをエッチング算出処理部７に送信する。エッチング時間算出処理部７は、データベース部１０から取得したデータに基づいて、エッチング時間の設定値を算出し、演算結果を入出力インターフェイス１１を介してエッチング群１内の該当エッチング装置に送信する。また、この際、演算結果だけでなく、エッチング処理の開始命令も該当エッチング装置に送信し、該当エッチング装置ではエッチング時間を変更した後トレンチエッチング処理を実行する。

製造管理システム９は、半導体デバイスの製造における各工程における製造実績（着工開始日時、着工終了日時、ロット・ウェハ番号名、製造装置の名称）の蓄積および、製造フローの管理ならび、次工程の製造指示等を行っている。

図１３は本発明の第２の実績形態を示すブロック図である。なお、図１２と等価な部分には符号を付してある。この実施形態では、データベース部６および、エッチング時間算出処理部７から構成されるデータ演算ステーション５が製造管理システム９内に組み込まれており、各処理が実施される。

図１４は本発明の第３の実施形態を示すブロック図である。なお、図１２と等価な部分には符号を付してある。この実施形態では、データベース部６および、エッチング時間算出処理部７から構成されるデータ演算ステーション５が各エッチング装置２内に組み込まれており、各処理が実施される。

図１５は本発明の第４の実施形態を示すブロック図である。なお、図１２と等価な部分には符号を付してある。この実施形態では、データベース部６および、エッチング時間算出処理部７から構成されるデータ演算ステーション５が各溝深さ測定装置４内に組み込まれており、各処理が実施される。

半導体デバイス製造における素子分離方法を示す工程断面図である。 非接触の溝深さ測定方法を示す図である。 反射光スペクトル測定方式における溝深さの測定原理を示す図である。 トレンチエッチングにおけるエッチング時間と溝深さの関係を示す図である。 同一エッチング装置・チャンバにおける品種毎の溝深さの測定結果の推移を示す図である。 本発明におけるトレンチエッチングの溝深さの制御方法を示すフローチャートである。 本発明における装置・チャンバ起因の溝深さ変動量の算出方法を示すフローチャートである。 本発明における装置・チャンバ起因のエッチング速度推定値の算出方法を示すフローチャートである。 トレンチエッチングにおける被エッチングパターン密度と溝深さの関係を示す図である。 本発明におけるエッチング時間の算出結果の出力画面の例である。 エッチング時間算出処理において使用するデータ構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態を示すブロック図である。 本発明を用いた溝深さの制御結果例を示す図である。

符号の説明

１…エッチング装置群、２…エッチング装置、３…溝深さ測定装置群、４…溝深さ測定装置、５…データ演算ステーション、６…データベース部、７…入出力インターフェイス、８…エッチング時間算出処理部、９…製造管理システム。

Claims (4)

1. 半導体デバイス製造のトレンチエッチングにおいて、今回エッチング処理対象となるウェハの品種情報を取得するステップと、対象エッチング工程の目標とする溝深さおよび今回処理を行うエッチング装置・チャンバにおける溝深さとエッチング時間の関係式を取得するステップと、対象工程およびエッチング装置・チャンバの過去の溝深さ測定情報および、その際に設定したエッチング時間情報を取得するステップと、前記取得情報を用いて品種起因の溝深さオフセット変動量および装置・チャンバの経時変化起因の溝深さの時系列変動量を求め、これらの変動を補正するエッチング時間を算出するステップと、算出したエッチング時間を用いてエッチング処理を行うステップと、エッチング処理後の設定エッチング時間データおよび溝深さ測定データを収集するステップを備えていることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
2. トレンチエッチング処理時のエッチング時間の算出課程において、対象工程およびエッチング装置・チャンバに該当する過去の溝深さ測定情報および各測定ウェハに該当する被エッチングパターン密度情報および、被エッチングパターン密度の補正式情報を用いて被エッチングパターン密度補正後の換算溝深さを算出するステップと、前記ステップで算出した被エッチングパターン密度補正後の溝深さ情報および、各測定ウェハに該当する設定エッチング時間情報およびエッチング時間と溝深さの関係式情報を用いて基準エッチング時間における換算溝深さを算出するステップと、前記ステップで算出した基準エッチング時間における換算溝深さ情報を用いて装置・チャンバ起因の溝深さの時系列変動量を算出するステップと、処理対象ウェハの被エッチングパターン密度情報および被エッチングパターン密度の補正式情報を用いて品種起因の溝深さ変動量を算出するステップと、装置・チャンバ起因の溝深さ変動量および、品種起因の溝深さ変動量およびエッチング時間と溝深さの関係式情報を用いて処理対象ウェハの溝深さを目標値とするようなエッチング時間を算出するステップを備えていることを特徴とする請求項第１項記載の半導体デバイスの製造方法。
3. トレンチエッチング処理時のエッチング時間の算出課程において、対象工程およびエッチング装置・チャンバに該当する過去の溝深さ測定情報および各測定ウェハに該当する設定エッチング時間情報を用いてエッチング速度を算出するステップと、前記ステップで算出したエッチング速度情報および各測定ウェハに該当する被エッチングパターン密度情報および被エッチングパターン密度の補正式情報を用いて被エッチングパターン密度補正後の換算エッチング速度を算出するステップと、前記ステップで算出した被エッチングパターン密度補正後の換算エッチング速度情報を用いて装置・チャンバにおけるエッチング速度推定値を算出するステップと、処理対象ウェハの被エッチングパターン密度情報および被エッチングパターン密度の補正式情報を用いて品種起因のエッチング速度変動量を算出するステップと、該当装置・チャンバにおけるエッチング速度推定値および品種起因のエッチング速度変動量を用いて処理対象ウェハの溝深さを目標値とするようなエッチング時間を算出するステップを備えていることを特徴とする請求項第１項記載の半導体デバイスの製造方法。
4. 半導体デバイス製造におけるトレンチエッチング処理後の溝深さ測定結果の履歴が蓄積される第一のデータベース部と、トレンチエッチング処理時のエッチング条件の実績情報が蓄積される第二のデータベース部と、半導体デバイスの品種、工程毎の半導体デバイスの規格情報が格納される第三のデータベース部と、半導体デバイスの品種、工程に対応したエッチング特性情報が格納される第四のデータベース部と、半導体デバイス製造ラインにおけるウェハ進捗状況の管理および制御を行う製造管理システムと、各データベース部より取得した溝深さ測定結果情報およびエッチング条件情報および該当する工程の製造仕様およびエッチング特性情報を用いて今回エッチング処理時のエッチング時間の算出を行う演算処理部から構成されることを特徴とする半導体デバイスの製造システム。
   
   

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