JP2007036068A - System and method for specifying cause of fault, and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、不良原因特定手法に関し、特に不良原因特定システム、不良原因特定方法及び半導体装置の製造方法を提供する。 The present invention relates to a failure cause identification method, and particularly provides a failure cause identification system, a failure cause identification method, and a semiconductor device manufacturing method.
半導体装置の製造工程においては、不良原因となる製造装置や製造工程を特定して改善することが重要である。従来は、フェイルビットマップやダイソート(D/S)マップ等の電気的特性を表すウェハマップから不良原因となる工程(レイヤー)を特定し、特定した工程付近での断面走査型顕微鏡(SEM)解析、装置QCデータや製品トレンドデータの解析から不良原因となる製造装置や製造工程を特定する手法がある(例えば、特許文献1参照。)。 In the manufacturing process of a semiconductor device, it is important to identify and improve a manufacturing apparatus and a manufacturing process that cause a defect. Conventionally, a process (layer) that causes a defect is identified from a wafer map that represents electrical characteristics such as a fail bit map and a die sort (D / S) map, and a cross-sectional scanning microscope (SEM) analysis in the vicinity of the identified process. There is a technique for specifying a manufacturing apparatus and a manufacturing process that cause a defect from an analysis of the device QC data and product trend data (see, for example, Patent Document 1).
上記方法では、不良原因が単一の製造装置や製造工程にある場合には、不良原因の特定は容易である。しかしながら、複数の製造工程や対応する製造装置が絡み合って不良要因となっている場合には特定が困難である。このように、半導体装置の不良原因によりその特定が困難となる場合があった。
本発明の目的は、半導体装置の不良原因となる製造工程を容易に特定可能な不良原因特定システム、不良原因特定方法及び半導体装置の製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a failure cause identification system, a failure cause identification method, and a semiconductor device manufacturing method that can easily specify a manufacturing process that causes a failure of a semiconductor device.
本願発明の一態様によれば、一群の製造装置によってそれぞれを実行される一連の工程を経て製造された半導体装置に対して、(イ)検査装置によって検査された半導体装置の電気的特性の面内分布を表現する特性マップを形成する特性マップ形成部と、(ロ)測定装置によって測定されたそれぞれの工程の出来栄えの面内分布をそれぞれの工程毎に表現する単独マップを形成する単独マップ形成部と、(ハ)それぞれの工程毎の単独マップの中から複数の単独マップを選びそれを合成して合成マップを形成する合成マップ形成部と、(ニ)合成マップと特性マップを比較することにより、対応する工程を不良原因と特定する特定部とを備える不良原因特定システムが提供される。 According to one aspect of the present invention, for semiconductor devices manufactured through a series of steps executed by a group of manufacturing apparatuses, (a) aspects of electrical characteristics of the semiconductor devices inspected by the inspection apparatus A characteristic map forming unit that forms a characteristic map that expresses the internal distribution, and (b) a single map formation that forms a single map that expresses the in-plane distribution of the performance of each process measured by the measuring device for each process. And (c) a composite map forming unit that forms a composite map by selecting a plurality of single maps from a single map for each process, and (d) comparing the composite map with the characteristic map. Thus, a failure cause identification system including a identification unit that identifies a corresponding process as a failure cause is provided.
本願発明の他の態様によれば、(イ)半導体装置を製造するための一連の工程を実行するステップと、(ロ)それぞれの工程の出来栄えを測定するステップと、(ハ)一連の工程を経た後の半導体装置の電気的特性を検査するステップと、(ニ)電気的特性の面内分布を表現する特性マップを形成するステップと、(ホ)出来栄えの面内分布をそれぞれの工程毎に表現する単独マップを形成するステップと、(ヘ)それぞれの工程毎の単独マップの中から複数の単独マップを選びそれを合成して合成マップを形成するステップと、(ト)合成マップと特性マップを比較することにより、対応する工程を不良原因と特定するステップとを含む不良原因特定方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, (b) a step of executing a series of processes for manufacturing a semiconductor device, (b) a step of measuring the performance of each process, and (c) a series of processes. A step of inspecting the electrical characteristics of the semiconductor device after passing, (d) a step of forming a characteristic map representing the in-plane distribution of the electrical characteristics, and (e) an in-plane distribution of the performance for each process. A step of forming a single map to be expressed; (f) a step of selecting a plurality of single maps from the single maps for each process and combining them to form a composite map; and (g) a composite map and a characteristic map. By comparing these, a failure cause identification method including a step of identifying a corresponding process as a failure cause is provided.
本願発明の他の態様によれば、(イ)半導体装置を製造するための一連の工程を実行するステップと、(ロ)それぞれの工程の出来栄えを測定するステップと、(ハ)一連の工程を経た後の半導体装置の電気的特性を検査するステップと、(ニ)電気的特性の面内分布を表現する特性マップを形成し、出来栄えの面内分布をそれぞれの工程毎に表現する単独マップを形成し、それぞれの工程毎の単独マップの中から複数の単独マップを選びそれを合成して合成マップを形成し、合成マップと特性マップを比較することにより、対応する工程を不良原因と特定するステップと、(ホ)不良原因と特定された工程の製造条件を補正するステップと、(ヘ)補正された製造条件を用いて一連の工程を実行するステップとを含む半導体装置の製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, (b) a step of executing a series of processes for manufacturing a semiconductor device, (b) a step of measuring the performance of each process, and (c) a series of processes. A step of inspecting the electrical characteristics of the semiconductor device after passing, and (d) forming a characteristic map that expresses the in-plane distribution of electrical characteristics, and a single map that expresses the in-plane distribution of workmanship for each process Create and select multiple single maps from the single maps for each process, combine them to form a composite map, and compare the composite map with the characteristic map to identify the corresponding process as the cause of failure A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: (e) correcting a manufacturing condition of a process identified as a cause of a defect; and (f) executing a series of processes using the corrected manufacturing condition. It is provided.
本発明によれば、半導体装置の不良原因となる製造工程を容易に特定可能な不良原因特定システム、不良原因特定方法及び半導体装置の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a failure cause identification system, a failure cause identification method, and a semiconductor device manufacturing method capable of easily specifying a manufacturing process that causes a failure of a semiconductor device.
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings. Further, the embodiments described below exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention includes the material, shape, structure, The layout is not specified as follows. The technical idea of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.
本発明の実施の形態に係る不良原因特定システムは、図1に示すように、半導体装置を製造するための一連の工程のそれぞれを実行する一群の製造装置31,32,33,・・・・・,3nと、それぞれの工程の出来栄えを測定する測定装置4と、一連の工程を経た後の半導体装置の電気的特性を検査する検査装置5と、電気的特性の面内分布を表現する特性マップを形成する特性マップ形成部10と、出来栄えの面内分布をそれぞれの工程毎に表現する単独マップを形成する単独マップ形成部11と、それぞれの工程毎の単独マップの中から複数の単独マップを選びそれを合成して合成マップを形成する合成マップ形成部12と、合成マップと特性マップを比較することにより、対応する工程を不良原因と特定する特定部13とを備える。
As shown in FIG. 1, the failure cause identifying system according to the embodiment of the present invention is a group of
単独マップ形成部11、特性マップ形成部10、合成マップ形成部12及び特定部13は、例えば中央演算処理装置(CPU)1内のモジュールに含まれる。CPU1、一群の製造装置31,32,33,・・・・・,3n、測定装置4及び検査装置5は、バス9で接続されている。バス9には、主記憶装置6、入力装置7及び出力装置8等が接続されている。バス9の他にも無線LAN等の種々の通信ネットワークを用いた接続状態が採用可能である。
The single
製造装置31,32,33,・・・・・,3nには、例えば、イオン注入装置、不純物拡散装置、シリコン酸化膜(SiO2膜)を形成する熱酸化装置、SiO2膜、燐ガラス(PSG)膜、硼素ガラス(BSG)膜、硼素燐ガラス(BPSG)膜、シリコン窒化膜(Si3N4膜)、ポリシリコン膜等を堆積する化学的気相堆積(CVD)装置、PSG膜、BSG膜、BPSG膜等をリフロー(メルト)する熱処理装置、CVD酸化膜等のデンシファイする熱処理装置、シリサイド膜等を形成する熱処理装置、金属配線層を堆積するスパッタリング装置、真空蒸着装置、更に金属配線層をメッキにより形成するメッキ処理装置、半導体基板の表面を研磨する化学的・機械的研磨(CMP)装置、半導体基板表面をエッチングするドライ又はウエットエッチング装置、レジスト除去や溶液による洗浄をする洗浄装置、フォトリソグラフィ処理関連のスピンコート装置(スピンナー)、ステッパー等の露光装置、ダイシング装置、ダイシングされたチップ状の半導体装置の電極をリードフレームに接続するボンディング装置等様々な製造装置が含まれる。
The
更に、これらの製造装置31,32,33,・・・・・,3nには、干渉式膜厚計、エリプソメータ、接触式膜厚計、顕微鏡、抵抗測定装置等の種々の検査装置、測定装置も含まれていても良い。更に、純水処理装置やガスの純化装置等の付帯設備が含まれていても良い。又、これらの製造装置31,32,33,・・・・・,3nは、バッチ式装置あるいは枚葉式装置のいずれにも適用可能である。後述するすべての実施の形態についても同様にバッチ式装置あるいは枚葉式装置を適用しても構わない。
Further, these
測定装置4としては、走査型電子顕微鏡(SEM)、干渉式膜厚計やエリプソメータ等が使用可能である。測定装置4は、それぞれの工程の薄膜の膜厚、パターンの寸法や形状といった出来栄え(QCデータ)を測定する。測定装置4は、製造装置31,32,33,・・・・・,3nや測定対象に応じて、複数種・複数個配置されていても良い。測定された出来栄えは、データ記憶装置2の出来栄え記憶部21に保存される。
As the measuring device 4, a scanning electron microscope (SEM), an interference film thickness meter, an ellipsometer, or the like can be used. The measuring device 4 measures the quality (QC data) such as the thickness of the thin film and the dimension and shape of the pattern in each process. A plurality of types and a plurality of measuring devices 4 may be arranged according to the
検査装置5としては、D/Sテスタやファイナルテスタ等が使用可能である。検査装置5は、一連の工程を経た後の半導体装置に対してD/Sテストやファイナルテスト等を行い、電気的特性を検査する。検査の結果は、データ記憶装置2の特性記憶部22に保存される。
As the
ここで、製造装置31,32,33,・・・・・,3nを用いた半導体装置の製造工程のうちの素子分離(STI)形成工程を、図2のフローチャートを参照しながら、図3〜図10の工程断面図を用いて説明する。
Here, an element isolation (STI) formation process in the manufacturing process of the semiconductor device using the
図2のステップS11において、製造ライン3にロットが投入される。ステップS12において、図3に示すように、熱酸化法によりシリコン(Si)基板101上にバッファ酸化膜(熱酸化膜)102を形成する。ステップS13において、化学気相成長(CVD)法等により、熱酸化膜102上にシリコン窒化膜(Si3N4膜)103を堆積する。ステップS14において、CVD法等により、Si3N4膜103上にハードマスクとしてTEOS膜104を堆積する。ステップS15において、TEOS膜104上にレジスト膜105を塗布する。
In step S <b> 11 of FIG. 2, the lot is input to the production line 3. In step S12, as shown in FIG. 3, a buffer oxide film (thermal oxide film) 102 is formed on the silicon (Si)
ステップS16において、図1に示した測定装置4を用いて、熱酸化膜102、Si3N4膜103及びTEOS膜104の膜厚TSiN等の出来栄え(QCデータ)を測定する。測定された出来栄えは、出来栄え記憶部21に保存される。
In step S16, the quality (QC data) of the
ステップS17において、図4に示すように、リソグラフィ技術を用いてレジスト膜105をパターニングする。ステップS19において、図5に示すように、パターニングされたレジスト膜105をマスクとして、反応性イオンエッチング(RIE)等により、TEOS膜104、Si3N4膜103及び熱酸化膜102の一部を選択的に除去する。ステップS20において、残存したレジスト膜103はレジストリムーバ等を用いて図6に示すように除去される。ステップS21において、測定装置4を用いて、Si3N4膜103の開口幅WSiN等の出来栄えを測定する。測定された出来栄えは、出来栄え記憶部21に保存される。
In step S17, as shown in FIG. 4, the
ステップS22において、図7に示すように、TEOS膜104をハードマスクとして用いたRIE等により、Si基板101の一部を選択的に除去し、STI溝100を形成する。更に、プルバック工程で、図8に示すようにTEOS膜104の頂部を等方的にエッチングして、Si基板101の端部よりも後退させる。プルバック工程により後の工程でSTI溝100に埋め込んだ酸化膜がSTI溝100内へ落ち込むのを防ぐと同時に、STI開口が広くなり埋め込みが容易になる。
In step S22, as shown in FIG. 7, a part of the
ステップS23において、測定装置4を用いて、STI開口幅WSi、Si基板101表面からSTI溝100底部までのSTI溝深さDSTI、STIテーパ角θ{=(θL+θR)/2}等の出来栄えを測定する。測定された出来栄えは、出来栄え記憶部21に保存される。
In step S23, using the measurement apparatus 4, the STI opening width W Si , the STI groove depth D STI from the surface of the
ステップS24において、図9に示すように、熱酸化法等により、Si基板101の側壁を酸化する。ステップS25において、図10に示すように、高密度プラズマCVD(HDP−CVD)等により絶縁膜106を埋め込む。
In step S24, as shown in FIG. 9, the sidewall of the
なお、各工程において対応する製造装置31,32,33,・・・・・,3nから装置QCデータが取得され、装置QCデータ記憶部23に保存される。更に、処理されるロットQCデータが取得され、ロットQCデータ記憶部24に保存される。
In each process, the device QC data is acquired from the
半導体装置の不良原因となる可能性がある工程としては、例えば、素子分離形成工程、不純物注入工程、ゲート電極形成工程及び多層配線工程等が挙げられる。本発明の実施の形態では、簡単のため、図2に示すような、素子分離形成工程についてのみ考慮する。 Examples of processes that may cause defects in the semiconductor device include an element isolation formation process, an impurity implantation process, a gate electrode formation process, and a multilayer wiring process. In the embodiment of the present invention, for the sake of simplicity, only the element isolation forming step as shown in FIG. 2 is considered.
図1に示したCPU1は、特性マップ形成部10、単独マップ形成部11、合成マップ形成部12、特定部13及び補正部14を備える。特性マップ形成部10は、特性記憶部22に保存された検査結果に基づいて、一連の工程を経た後の半導体装置の電気的特性の面内分布を表現する特性マップを形成する。特性マップとしては、D/Sマップ、フェイルビットマップ等がある。図11に、ロジックD/S結果であるウェハ面内分布を表すD/Sマップを示す。「○」は良品、「△」はリダンダンシー救済、「■」はDC不良、「▼」は動作(ファンクション)不良を示す。特性マップは、図1に示した特性マップ記憶部25に保存される。
The
単独マップ形成部11は、出来栄え記憶部21に保存された出来栄えに基づいて、半導体装置の出来栄えの面内分布を表現する単独マップをそれぞれの工程毎に形成する。ウェハ面内をチップ単位やショット単位で分割したメッシュ毎に出来栄えを測定しているのが好ましいが、現実には面内数点〜10数点、良くても50点ぐらいの出来栄えをもとに、バイリニアプロットや単純算術平均等の補間手法を用いて、メッシュ毎の出来栄えを生成する。単独マップ形成部11は、例えば、STI開口幅WSiの出来栄えの面内分布を表現する単独マップ、STI深さDSTIの出来栄えの面内分布を表現する単独マップ、STIテーパ角θの出来栄えの面内分布を表現する単独マップを図12〜図14にそれぞれ示すように形成する。単独マップは、データ記憶装置2の単独マップ記憶部26に保存される。
The single
図1に示した合成マップ形成部12は、単独マップ形成部11により形成されたそれぞれの工程毎の単独マップ中から複数の単独マップを選び出し、それを合成して新たな指標を作成することにより、合成マップを形成する。合成マップ形成部12は、工程数決定モジュール121、選択モジュール122、合成モジュール123を備える。
The composite
工程数決定モジュール121は、指標として組み合わせる工程数を決定する。選択モジュール122は、製造工程フローを考え、各ユニットプロセスでの出来栄え(単独マップ)からどのような指標が得られるのかをリストアップする。例えば、図2のステップS22のエッチング工程及びステップS17のリソグラフィ工程のそれぞれの出来栄えである図8に示したSTI深さDSTI及びSTI開口幅WSiを用いて、式(1)によりアスペクト比を指標I1として作成する:
I1=DSTI/WSi ・・・・・(1)
他の例として、ステップS12〜S14の堆積工程の出来栄えである熱酸化膜102、Si3N4膜103及びTEOS膜104の膜厚TSiN、STI深さDSTI、ステップS17のリソグラフィ工程の出来栄えであるSi3N4開口幅WSiNを用いて、式(2)により指標I2を作成する。
The process
I 1 = D STI / W Si (1)
As another example, the film thickness T SiN and STI depth D STI of the
I2=(TSiN+DSTI)/WSiN ・・・・・(2)
他の例として、Si3N4開口幅WSiN、STI深さDSTIを用いて、式(3)によりSi基板101の下のSTI断面積の近似を指標I3として作成する。
I 2 = (T SiN + D STI ) / W SiN (2)
As another example, using the Si 3 N 4 opening width W SiN and the STI depth D STI , an approximation of the STI cross-sectional area under the
I3=DSTI(WSi−DSTI/tanθ) ・・・・・(3)
他の例として、膜厚TSiN、STI深さDSTI、Si3N4開口幅WSiN、を用いて、式(4)により、Si3N4膜103下の開口部面積の近似を指標I4として作成する。
I 3 = D STI (W Si −D STI / tan θ) (3)
As another example, by using the film thickness T SiN , the STI depth D STI , and the Si 3 N 4 opening width W SiN , an approximation of the opening area under the Si 3 N 4 film 103 is used as an index by the equation (4). to create as I 4.
I4=(TSiN+DSTI){WSiN−(TSiN+DSTI)/tanθ}・・・・(4)
図1に示した合成モジュール123は、選択モジュール122により選択された指標I1〜I4のリストに基づいて、複数の単独マップを選び出し、それを合成して合成マップを形成する。例えば、図12の単独マップに示すSTI開口幅WSi及び図13の単独マップに示すSTI深さDSTIを用いて、指標I1を示すアスペクト比の面内分布を表現する合成マップを図15に示すように形成する。なお、合成マップ形成部12は、単一の合成マップのみならず、例えば指標I1〜I4に対応する複数種の合成マップをそれぞれ形成しても良い。
I 4 = (T SiN + D STI ) {W SiN − (T SiN + D STI ) / tan θ} (4)
The
図1に示した特定部13は、合成マップと特性マップを比較する。比較する方法としては、例えば、合成マップ及び特性マップを分割するショット(メッシュ)を代表する数値を表す色の濃淡を0〜1の間の数値で段階的に規格化する。そして、その数値を特性マップと合成マップをショット(メッシュ)毎に比較し、それぞれの差分の合計が、閾値記憶部28に保存されている閾値よりも小さければ、合成マップが特性マップと関連あると判断する。
The identifying
或いは、ショット(メッシュ)を代表する数値を表す色の濃淡を0〜1の間の数値で段階的に規格化する。この数値を基にウエハ毎に等高線図(コンター図)を描かせる。閾値記憶部28に保存されている類似性判断の基準となる閾値を読み出して、閾値に対応する等高線の類似性から合成マップが特性マップに関連するか判断する。メッシュ毎に比較する場合には対応する座標同士で比較するが、コンター図では、合成マップと特性マップとのメッシュサイズが一致しなくても良い。
Alternatively, the shade of a color representing a numerical value representing a shot (mesh) is standardized step by step with a numerical value between 0 and 1. A contour map (contour diagram) is drawn for each wafer based on this numerical value. A threshold value used as a criterion for similarity determination stored in the threshold
特定部13は、合成マップが複数種ある場合には、複数の合成マップのそれぞれと特性マップを比較して、合成マップが特性マップと類似しているか判断する。複数種の合成マップのうちから、特性マップと相関の高い類似傾向のある合成マップを抽出し、抽出した合成マップの元となる出来栄えに対応する製造工程や製造装置を不良原因として特定する。例えば、図15に示した合成マップの面内分布と図11に示した特性マップの面内分布が相関が高いと判断されて、合成マップの元となる図2に示したステップS22のエッチング工程及びステップS17のリソグラフィ工程と、それに対応する製造装置が不良原因と特定される。
When there are a plurality of types of composite maps, the specifying
図1に示した補正部14は、不良原因と特定された製造装置や製造工程の製造条件を補正する。補正された製造条件は、製造条件記憶部20に保存され、以前の製造条件が更新される。
The
図1に示したCPU1は、図示を省略した入出力制御装置(インターフェース)及び記憶装置管理装置を更に備える。入出力制御装置(インターフェース)は、CPU1と入力装置7及び出力装置8間の信号等の入出力を制御する。記憶装置管理装置は、データ記憶装置2及び主記憶装置6との入出力を管理する。
The
データ記憶装置2は、製造条件を保存する製造条件記憶部20、測定装置4により測定された出来栄えを保存する出来栄え記憶部21、検査装置5により取得された電気的特性を保存する特性記憶部22、製造装置31,32,33,・・・・・,3nから得られる装置QCデータを保存する装置QCデータ記憶部23、製造装置31,32,33,・・・・・,3nから得られるロットQCデータを保存するロットQCデータ記憶部24、特性マップ形成部10により形成される特性マップを保存する特性マップ記憶部25、単独マップ形成部11により形成された単独マップを保存する単独マップ記憶部26、合成マップ形成部12により作成される合成マップを保存する合成マップ記憶部27、特性マップと合成マップの類似性の判断基準となる閾値を保存する閾値記憶部28、特定部13により特定された不良原因となる製造装置31,32,33,・・・・・,3nや製造工程の情報を保存する不良原因記憶部29を備える。
The data storage device 2 includes a manufacturing
入力装置7としては、例えばキーボード、マウス、OCR等の認識装置、イメージスキャナ等の図形入力装置、音声入力装置等の特殊入力装置が使用可能である。出力装置8としては、液晶ディスプレイ、CRTディスプレイ等の表示装置や、インクジェットプリンタ、レーザプリンタ等の印刷装置等を用いることができる。出力装置8は、例えば、図11に示した特性マップ、図12〜図14に示した単独マップ、及び図15に示した合成マップ等をモニタに表示可能である。 As the input device 7, for example, a recognition device such as a keyboard, a mouse, and an OCR, a graphic input device such as an image scanner, and a special input device such as a voice input device can be used. As the output device 8, a display device such as a liquid crystal display or a CRT display, a printing device such as an ink jet printer or a laser printer, or the like can be used. The output device 8 can display, for example, the characteristic map shown in FIG. 11, the single map shown in FIGS. 12 to 14, the composite map shown in FIG.
主記憶装置6は、CPU1におけるプログラム実行処理中に利用されるデータ等を一時的に保存したり、作業領域として利用される一時的なデータメモリ等として機能する。主記憶装置6としては、例えば半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスクや磁気テープ等が採用可能である。
The
次に、本発明の実施の形態に係る不良原因特定方法を、図16のフローチャートを参照しながら説明する。なお、予め、一連の工程を対応する一群の製造装置31,32,33,・・・・・,3nを用いて実行し、半導体装置を製造する。一連の工程毎の半導体装置の出来栄えを測定し、測定結果を出来栄え記憶部21に保存しておく。一連の工程を経た後の半導体装置の電気的特性を検査し、検査結果を特性記憶部22に保存しておく。
Next, the failure cause identification method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. In addition, a series of processes are previously performed using a corresponding group of
ステップS0において、特性マップ形成部10は、検査の結果に基づいて、一連の工程を経た後の半導体装置の電気的特性の面内分布を表現する特性マップを形成する。
In step S <b> 0, the characteristic
ステップS1において、単独マップ形成部11は、出来栄え記憶部21に保存された測定の結果に基づいて、出来栄えの面内分布を表現する複数の単独マップをそれぞれの工程毎に形成する。
In step S <b> 1, the single
ステップS2において、以下のステップS2a〜S2cにより、合成マップ形成部12は、合成マップを形成する。ステップS2aにおいて、工程数決定モジュール121は、指標として組み合わせる工程数を決定する。選択モジュール122は、決定された工程数で、出来栄えを組み合わせて得られる指標を選択する。合成モジュール123は、選択された指標に基づいて、それぞれの工程毎の単独マップ中から複数の単独マップを選び出し、それを合成して合成マップを形成する。
In step S2, the composite
ステップS3において、特定部13は、合成マップと特性マップを比較することにより、特性マップと相関の高い合成マップを抽出する。抽出した合成マップの元となる単独マップ及び出来栄えに対応する製造工程や製造装置を不良原因と特定する。
In step S <b> 3, the specifying
ステップS4において、補正部14は、不良原因と特定された製造工程や製造装置の製造条件を補正する。補正した製造条件は、製造条件記憶部20に保存される。
In step S4, the
本発明の実施の形態に係る不良原因特定システム及び不良原因特定方法によれば、複数の単独マップを合成した合成マップと特性マップを比較するので、複数の製造工程が不良原因となっている場合でも、複数の製造工程を不良原因として容易に特定することができる。したがって、単一の製造工程しか特定しない場合よりも、多角的に高精度に不良原因と特定することが可能となる。例えば、単独では一見して正常に見える出来栄えに対して、電気的不良を引き起こす可能性の高いシステマティック不良を容易に抽出することができる。 According to the failure cause identification system and the failure cause identification method according to the embodiment of the present invention, a composite map obtained by combining a plurality of single maps is compared with a characteristic map, and thus a plurality of manufacturing processes cause a failure. However, it is possible to easily specify a plurality of manufacturing processes as causes of defects. Therefore, it is possible to specify the cause of the failure in a multifaceted manner with higher precision than when only a single manufacturing process is specified. For example, it is possible to easily extract a systematic failure that is likely to cause an electrical failure with respect to the appearance that appears normal at a glance.
図16に示した一連の手順、即ち:(イ)検査装置5により取得された電気的特性に基づいて、一連の工程を経た後の半導体装置の電気的特性の面内分布を表現する特性マップを形成するステップ;(ロ)測定装置4により測定された出来栄えに基づいて、出来栄えの面内分布を表現する単独マップをそれぞれの工程毎に形成するステップ;(ハ)それぞれの工程毎の単独マップ中から複数の単独マップを選び出し、それを合成して合成マップを形成するステップ;(ニ)合成マップと特性マップを比較することにより、合成マップの元となる単独マップ及び出来栄えに対応する工程を不良原因と特定するステップ;(ホ)不良原因と特定された工程の製造条件を補正するステップ等は、図16と等価なアルゴリズムのプログラム(不良原因特定プログラム)により、図1に示した不良原因特定装置を制御して実行出来る。 A series of procedures shown in FIG. 16, that is: (a) a characteristic map representing in-plane distribution of electrical characteristics of the semiconductor device after a series of steps based on the electrical characteristics acquired by the inspection apparatus 5 (B) a step of forming a single map representing the in-plane distribution of performance based on the performance measured by the measuring device 4 for each process; (c) a single map for each process. A step of selecting a plurality of single maps from them and synthesizing them to form a composite map; (d) comparing the composite map with the characteristic map, and a step corresponding to the single map and the quality of the composite map. (E) a step of correcting the manufacturing conditions of the process identified as the cause of the defect is an algorithm program equivalent to FIG. A constant program) can be executed by controlling the defect cause identifying device shown in FIG.
このプログラムは、図1に示した不良原因特定システムを構成するコンピュータシステムのデータ記憶装置2等に記憶させればよい。また、このプログラムは、コンピュータ読取り可能な記録媒体に保存し、この記録媒体を不良原因特定システムのデータ記憶装置2に読み込ませることにより、本発明の一連の手順を実行することができる。 This program may be stored in the data storage device 2 of the computer system constituting the failure cause identification system shown in FIG. Further, the program can be stored in a computer-readable recording medium, and the recording medium can be read into the data storage device 2 of the failure cause identification system to execute the series of procedures of the present invention.
ここで、「コンピュータ読取り可能な記録媒体」とは、例えばコンピュータの外部メモリ装置、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープ等のプログラムを記録することができるような媒体等を意味する。具体的には、フレキシブルディスク、CD−ROM,MOディスク等が「コンピュータ読取り可能な記録媒体」に含まれる。例えば、不良原因特定システムの本体は、フレキシブルディスク装置(フレキシブルディスクドライブ)および光ディスク装置(光ディスクドライブ)を内蔵若しくは外部接続するように構成できる。フレキシブルディスクドライブに対してはフレキシブルディスクを、また光ディスクドライブに対してはCD−ROMをその挿入口から挿入し、所定の読み出し操作を行うことにより、これらの記録媒体に保存されたプログラムを不良原因特定システムを構成するデータ記憶装置2にインストールすることができる。また、所定のドライブ装置を接続することにより、ROMや磁気テープ装置を用いることもできる。さらに、インターネット等の情報処理ネットワークを介して、このプログラムをデータ記憶装置2に保存することが可能である。 Here, the “computer-readable recording medium” means a medium that can record a program such as an external memory device of a computer, a semiconductor memory, a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, and a magnetic tape. To do. Specifically, a flexible disk, CD-ROM, MO disk, etc. are included in the “computer-readable recording medium”. For example, the main body of the failure cause identification system can be configured to incorporate or externally connect a flexible disk device (flexible disk drive) and an optical disk device (optical disk drive). Inserting a flexible disk into the flexible disk drive or a CD-ROM into the optical disk drive from its insertion slot and performing a predetermined read operation causes the programs stored in these recording media to be defective. It can be installed in the data storage device 2 constituting the specific system. A ROM or magnetic tape device can also be used by connecting a predetermined drive device. Furthermore, this program can be stored in the data storage device 2 via an information processing network such as the Internet.
次に、本発明の実施の形態に係る半導体装置(LSI)の製造方法を図17のフローチャートを参照しながら説明する。なお、以下に述べる半導体装置の製造方法は、一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により、実現可能であることは勿論である。 Next, a method for manufacturing a semiconductor device (LSI) according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. The semiconductor device manufacturing method described below is an example, and it is needless to say that the semiconductor device can be realized by various other manufacturing methods including this modification.
(イ)まず、ステップS100において、プロセスシミュレーション・リソグラフィシミュレーションやデバイスシミュレーションにより、電気的特性を得る。電気的特性を用いてLSIの回路シミュレーションが行われ、設計パターンのレイアウトデータ(設計データ)を作成する。 (A) First, in step S100, electrical characteristics are obtained by process simulation / lithography simulation or device simulation. LSI circuit simulation is performed using the electrical characteristics, and design pattern layout data (design data) is created.
(ロ)次に、ステップS200において、ステップS100で作成されたレイアウトデータが描画データに変換される。描画データに基づいて、パターンジェネレータ(PG)等を用いて、LSIの製造工程の各段階に対応した各層分のフォトマスクが作製され、フォトマスクのセットが用意される。 (B) Next, in step S200, the layout data created in step S100 is converted into drawing data. Based on the drawing data, using a pattern generator (PG) or the like, a photomask for each layer corresponding to each stage of the LSI manufacturing process is produced, and a set of photomasks is prepared.
(ハ)ステップS302におけるフロントエンド工程(ウェハ工程)では、ステップS310における酸化工程、ステップS311におけるレジスト塗布工程、ステップS312におけるフォトリソグラフィ工程、ステップS313におけるイオン注入工程及びステップS314における熱処理工程等の一連の工程を対応する一群の製造装置31,32,33,・・・・・,3nを用いて、繰り返し実行し、ウェハを処理する。各工程では、測定装置4により出来栄えを取得する。出来栄えは出来栄え記憶部21に随時保存される。一連の工程が終了すると、ステップS303へ進む。
(C) In the front-end process (wafer process) in step S302, a series of steps including an oxidation process in step S310, a resist coating process in step S311, a photolithography process in step S312, an ion implantation process in step S313, and a heat treatment process in step S314. The above process is repeated using a corresponding group of
(ニ)ステップS303において、ウェハ表面に対して配線処理が施されるバックエンド工程(表面配線工程)が行われる。バックエンド工程では、ステップS315における化学気相成長(CVD)工程、ステップS316におけるレジスト塗布工程、ステップS317におけるフォトリソグラフィ工程、ステップS318におけるエッチング工程、ステップS319における金属堆積工程等の一連の工程を、対応する一群の製造装置31,32,33,・・・・・,3nを用いて繰り返し実行し、ウェハを処理する。各工程では、測定装置4により出来栄えを取得する。出来栄えは出来栄え記憶部21に随時保存される。一連の工程により多層配線構造が完成したら、ステップS304へ進む。
(D) In step S303, a back-end process (surface wiring process) in which wiring processing is performed on the wafer surface is performed. In the back-end process, a series of processes such as a chemical vapor deposition (CVD) process in step S315, a resist coating process in step S316, a photolithography process in step S317, an etching process in step S318, and a metal deposition process in step S319, The wafer is processed by repeatedly using a corresponding group of
(ホ)ステップS304において、ダイヤモンドブレード等のダイシング装置により、所定のチップサイズに分割される。そして、金属若しくはセラミックス等のパッケージング材料にマウントされ、チップ上の電極パッドとリードフレームのリードを金線で接続された後、樹脂封止等の所要のパッケージ組み立ての工程が実施される。 (E) In step S304, the wafer is divided into a predetermined chip size by a dicing device such as a diamond blade. Then, after mounting on a packaging material such as metal or ceramics and connecting the electrode pad on the chip and the lead of the lead frame with a gold wire, a required package assembly process such as resin sealing is performed.
(ヘ)ステップS400において、半導体装置の性能・機能に関する特性検査、リード形状・寸法状態、信頼性試験等の所定の検査を経て、半導体装置が完成される。ここで、検査装置5によりD/Sテストやファイナルテスト等を行い電気的特性を取得する。取得した電気的特性は、特性記憶部22に保存される。そして、図16に示したステップS0〜S4の手順を実行することにより不良原因を特定し、不良原因と特定された製造装置31,32,33,・・・・・,3n・製造工程の製造条件が補正される。以降のロットは、補正された製造条件を用いて、ステップS300のチップ製造工程を対応する一群の製造装置31,32,33,・・・・・,3nを用いて実行して処理される。
(F) In step S400, the semiconductor device is completed through predetermined inspections such as a characteristic inspection relating to performance and function of the semiconductor device, a lead shape / dimension state, and a reliability test. Here, a D / S test, a final test, or the like is performed by the
(ト)ステップS500において、以上の工程をクリアした半導体装置は、水分、静電気等から保護するための包装を施され、出荷される。 (G) In step S500, the semiconductor device that has cleared the above process is shipped after being packaged for protection from moisture, static electricity, and the like.
以上のように、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、以降のロットでは補正された製造条件で製造を行うので、不良の発生を抑制でき、ロットやウェハ面内のバラツキ量の少なくすることができる。したがって、歩留まりを向上することが可能となる。 As described above, according to the manufacturing method of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, since the subsequent lots are manufactured under the corrected manufacturing conditions, the occurrence of defects can be suppressed, and the lot or wafer surface can be controlled. The amount of variation can be reduced. Therefore, the yield can be improved.
なお、図15に示した合成マップと非類似の特性マップ(D/Sマップ)の一例を図18〜図21にそれぞれ示す。「○」は良品、「△」はリダンダンシー救済、「■」はDC不良、「▼」は動作(ファンクション)不良を示す。 An example of a characteristic map (D / S map) dissimilar to the composite map shown in FIG. 15 is shown in FIGS. “◯” indicates a non-defective product, “Δ” indicates redundancy relief, “■” indicates a DC failure, and “▼” indicates an operation (function) failure.
(変形例)
本発明の実施の形態の変形例として、図2に示したステップS25のSTI埋め込みの際の、ボイドの生成率の面内分布を表現する合成マップを形成する一例を説明する。
(Modification)
As a modification of the embodiment of the present invention, an example of forming a composite map expressing the in-plane distribution of the void generation rate at the time of STI embedding in step S25 shown in FIG. 2 will be described.
単独マップ形成部11は、各ショット毎に、STI開口幅WSi、STI深さDSTI及びテーパ角θの出来栄えの平均値を抽出し、図12〜図14にそれぞれ示した面内分布を表現する単独マップを形成する。更に、STI開口幅WSi、STI深さDSTI及びテーパ角θの出来栄えのばらつきを抽出し、図22〜図24にそれぞれ示すように面内分布を表現する単独マップを形成する。なお、各ショット毎の測定点数は例えば100〜120個程度である。
The single
合成マップ形成部12は、STI開口幅WSi、STI深さDSTI、テーパ角θで1セット(1サンプル)になるように、上記平均値とばらつきをもつ正規乱数を100〜1000個程度発生する。STI開口幅WSi、STI深さDSTI、テーパ角θに基づいて、式(3)を用いてSTI断面形状を計算する。
The composite
更に、合成マップ形成部12は、STI埋め込み装置の特性(装置QCデータ)をパラメータ化し、特性の面内分布を表現するウェハマップを図25に示すように形成する。ここでは、HDP−CVDによる絶縁膜106の堆積速度をパラメータとして選択する。
Further, the composite
合成マップ形成部12は、計算されたSTI断面形状及び堆積速度に基づいてシミュレーションを全サンプルに対してそれぞれ実行して、HDP−CVDにより絶縁膜106を堆積したときの断面形状を予測し、予測した断面形状でのボイドの有無を判別する。ボイド生成サンプル数をSv、有効な全サンプル数をSaとして、式(5)によりボイド生成率を指標I5として算出する。
The synthetic
I5=Sv/Sa ・・・・・(5)
合成マップ形成部12は、指標I5の面内分布を表現する合成マップを図26に示すように形成する。
I 5 = Sv / Sa (5)
The composite
特定部13は、図26に示した合成マップと、図27に示すようなD/Sデータとを比較する。互いに類似していれば、ボイドが電気的特性に影響を及ぼしており、STI開口幅WSi、STI深さDSTI及びテーパ角θに関係するステップS17のリソグラフィ工程及びステップS22のエッチング工程と、対応する製造装置を不良原因と特定する。
The specifying
本発明の実施の形態の変形例によれば、3つ以上の単独マップを組み合わせて合成マップを形成しても良い。更に、堆積速度等の装置QCデータを考慮して合成マップを形成しても良く、より精密に不良原因を特定することができる。 According to the modification of the embodiment of the present invention, a composite map may be formed by combining three or more single maps. Furthermore, a composite map may be formed in consideration of the device QC data such as the deposition rate, and the cause of the failure can be specified more precisely.
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the embodiment. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
例えば、図1に示した一群の製造装置31,32,33,・・・・・,3nを用いて半導体装置を製造し、測定装置4を用いて出来栄えを測定し、検査装置5を用いて電気的特性を検査したが、シミュレーションにより出来栄え及び電気的特性を予測することも可能である。例えば、単独マップ形成部11は、製造条件記憶部20に保存されている製造条件及び装置QCデータ記憶部23に保存されている装置QCデータ等に基づいて、シミュレーションを実行し、出来栄えを予測して単独マップを形成しても良い。特性マップ形成部10は、スルーシミュレーションを実行して、電気的特性を予測して特性マップを作成しても良い。
For example, a semiconductor device is manufactured using the group of
また、図15に示した合成マップと、図11に示した特性マップを比較したが、単一工程を特定する場合には、例えば図12〜図14に示した単独マップのそれぞれのような単一の単独マップと特性マップを比較すれば良い。 Further, the composite map shown in FIG. 15 and the characteristic map shown in FIG. 11 are compared. When a single process is specified, for example, a simple map such as each of the single maps shown in FIGS. One single map and the characteristic map may be compared.
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
1…中央演算処理装置(CPU)
2…データ記憶装置
4…測定装置
5…検査装置
6…主記憶装置
7…入力装置
8…出力装置
9…バス
10…特性マップ形成部
11…単独マップ形成部
12…合成マップ形成部
13…特定部
14…補正部
20…製造条件記憶部
21…出来栄え記憶部
22…特性記憶部
23…装置QCデータ記憶部
24…ロットQCデータ記憶部
25…特性マップ記憶部
26…単独マップ記憶部
27…合成マップ記憶部
28…閾値記憶部
29…不良原因記憶部
31,32,33,・・・・・,3n…製造装置
121…工程数決定モジュール
122…選択モジュール
123…合成モジュール
1. Central processing unit (CPU)
2 ... Data storage device 4 ... Measuring
Claims (5)
検査装置によって検査された前記半導体装置の電気的特性の面内分布を表現する特性マップを形成する特性マップ形成部と、
測定装置によって測定された前記それぞれの工程の出来栄えの面内分布を前記それぞれの工程毎に表現する単独マップを形成する単独マップ形成部と、
前記それぞれの工程毎の単独マップの中から複数の単独マップを選びそれを合成して合成マップを形成する合成マップ形成部と、
前記合成マップと前記特性マップを比較することにより、対応する前記工程を不良原因と特定する特定部
とを備えることを特徴とする不良原因特定システム。 For a semiconductor device manufactured through a series of steps executed by a group of manufacturing devices,
A characteristic map forming unit for forming a characteristic map representing an in-plane distribution of electrical characteristics of the semiconductor device inspected by the inspection apparatus;
A single map forming unit that forms a single map that expresses the in-plane distribution of the performance of each of the processes measured by the measuring device for each of the processes;
A composite map forming unit that forms a composite map by selecting a plurality of single maps from the single maps for each of the processes;
A failure cause identification system comprising: a identifying unit that identifies the corresponding process as a failure cause by comparing the composite map and the characteristic map.
前記特定部は、前記複数種の合成マップのそれぞれと前記特性マップを比較する
ことを特徴とする請求項1に記載の不良原因特定システム。 The composite map forming unit forms a plurality of types of the composite map,
The failure cause identifying system according to claim 1, wherein the specifying unit compares the characteristic map with each of the plurality of types of composite maps.
前記それぞれの工程の出来栄えを測定するステップと、
前記一連の工程を経た後の前記半導体装置の電気的特性を検査するステップと、
前記電気的特性の面内分布を表現する特性マップを形成するステップと、
前記出来栄えの面内分布を前記それぞれの工程毎に表現する単独マップを形成するステップと、
前記それぞれの工程毎の単独マップの中から複数の単独マップを選びそれを合成して合成マップを形成するステップと、
前記合成マップと前記特性マップを比較することにより、対応する前記工程を不良原因と特定するステップ
とを含むことを特徴とする不良原因特定方法。 Performing a series of steps for manufacturing a semiconductor device;
Measuring the performance of each of the processes;
Inspecting electrical characteristics of the semiconductor device after the series of steps;
Forming a characteristic map representing an in-plane distribution of the electrical characteristics;
Forming a single map representing the in-plane distribution of the performance for each of the processes;
Selecting a plurality of single maps from the single maps for each of the processes and combining them to form a composite map;
A defect cause identifying method comprising: comparing the composite map with the characteristic map to identify the corresponding process as a defect cause.
前記それぞれの工程の出来栄えを測定するステップと、
前記一連の工程を経た後の前記半導体装置の電気的特性を検査するステップと、
前記電気的特性の面内分布を表現する特性マップを形成し、前記出来栄えの面内分布を前記それぞれの工程毎に表現する単独マップを形成し、前記それぞれの工程毎の単独マップの中から複数の単独マップを選びそれを合成して合成マップを形成し、前記合成マップと前記特性マップを比較することにより、対応する前記工程を不良原因と特定するステップと、
前記不良原因と特定された工程の製造条件を補正するステップと、
前記補正された製造条件を用いて前記一連の工程を実行するステップ
とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Performing a series of steps for manufacturing a semiconductor device;
Measuring the performance of each of the processes;
Inspecting electrical characteristics of the semiconductor device after the series of steps;
Forming a characteristic map representing the in-plane distribution of the electrical characteristics, forming a single map representing the in-plane distribution of the performance for each of the processes, and selecting a plurality of maps from the single maps for the respective processes. Identifying the corresponding process as a cause of defect by comparing the composite map and the characteristic map,
Correcting the manufacturing conditions of the process identified as the cause of the defect;
Performing the series of steps using the corrected manufacturing conditions. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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---|---|---|---|---|
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