TWI462048B - 建立蝕刻側寫資料庫的方法 - Google Patents

Description

建立蝕刻側寫資料庫的方法

本發明大致上關於一種建立蝕刻側寫資料庫的方法。特別是，本發明係關於一種使用遙測方法來建立所需蝕刻側寫資料庫的方法。本發明方法一方面，可以在無須破壞樣本的情況下，即可依據蝕刻側寫資料庫來預測未知的蝕刻側寫。另一方面，本發明的方法，還可以在極短的時間內，依據蝕刻側寫資料庫來預測樣本中任何區域的蝕刻側寫。而不落入習知技術以偏概全或是杯水車薪之窠臼中。

在現今半導體技術中，蝕刻技術是界定與形成各種半導體元件的核心技巧之一。由於整片晶圓之面積愈來愈大，蝕刻條件也愈來愈難顧及在整片晶圓各處的差異都能面面俱到，這導致可能的過蝕刻(overetching)與蝕刻不足(underetching)的結果散落在整片晶圓的各處。無論是過蝕刻與蝕刻不足，這都是不能接受的蝕刻缺陷，而必須要加以解決。

而現今通用的解決方案是，首先預測蝕刻結果，然後依據所預測的蝕刻結果對晶圓進行破壞性取樣，再使用電子顯微鏡來驗證樣本中的蝕刻側寫是否符合預期。但是，這樣的解決方案卻有不少的問題潛藏其中。

首先，由於必須要先預測可能會發生問題的區域來取樣，一旦預測的結果失真或是取樣的數量太少，則往往發生遺珠之憾或是以偏概全的結果，也就是說，取樣結果的驗證，其實根本不能反映整片晶圓的蝕刻結果。這個缺陷也許能藉由提高取樣數量來加以彌補。

但是，由於電子顯微鏡的驗證過程實在太過耗時，再加上取樣的過程還會破壞晶圓，使得取樣的晶圓不能成為產品，所以提高取樣數量的解決方法其實根本不切實際。因此，本領域急需一種能解決以上諸多問題的新穎方法。

本發明於是提出一種建立蝕刻側寫資料庫的方法。本發明方法既可以在不破壞樣本的情況下，即可預測樣本的蝕刻側寫。還有，本發明的方法，還可以在極短的時間內，依據蝕刻側寫資料庫來全面性地預測樣本中任何區域的蝕刻側寫。本發明方法可以徹底解決以上習知技術所遭遇之多種問題。

本發明方法，首先提供一標準蝕刻側寫群組與一偏差蝕刻側寫群組。標準蝕刻側寫群組包含具有可接受側寫之一或多組標準蝕刻結構，而偏差蝕刻側寫群組則包含具有不可接受側寫之一或多組偏差蝕刻結構。其次，進行一遙測步驟。此遙測步驟可以收集屬於標準蝕刻側寫群組之標準遙測數據。然後，又進行另一遙測步驟，以收集屬於偏差蝕刻側寫群組之偏差遙測數據。接著，分析標準遙測數據，以推算標準蝕刻側寫群組之標準特性參數。另外，又分析偏差遙測數據，以推算偏差蝕刻側寫群組之偏差特性參數。繼續，驗證偏差蝕刻側寫群組之偏差物理參數。再來，計算偏差特性參數與偏差物理參數間之一關連性，以建立包含偏差遙測數據之蝕刻側寫資料庫。更進一步，此等蝕刻側寫資料庫可以用來預測未知的蝕刻側寫。

在本發明一實施態樣中，標準蝕刻結構會位於陣列區及/或切割道區中。

在本發明另一實施態樣中，偏差蝕刻結構位於陣列區及/或切割道區中。

在本發明另一實施態樣中，標準蝕刻側寫群組位於參考晶圓上。

在本發明另一實施態樣中，偏差蝕刻側寫群組位於產品晶圓上。

在本發明另一實施態樣中，標準蝕刻結構與偏差蝕刻結構至少一者位於一複合結構中。

在本發明另一實施態樣中，具有不可接受側寫之偏差蝕刻結構包含過蝕刻結構。

在本發明另一實施態樣中，具有不可接受側寫之偏差蝕刻結構包含欠蝕刻(underetching)結構。

在本發明另一實施態樣中，使用電磁波來進行此遙測步驟，例如為主動式遙測步驟。

在本發明另一實施態樣中，使用紅外線，例如不同波長之紅外線，來進行遙測步驟。

在本發明另一實施態樣中，標準遙測數據與偏差遙測數據其中之至少一者為電磁波之反射率。

在本發明另一實施態樣中，電磁波之反射率對應偏差蝕刻結構或標準蝕刻結構其中至少一者之其中至少一區域。至少一區域例如可以是上區域、中區域或下區域。

在本發明另一實施態樣中，標準特性參數與偏差特性參數其中之至少一者為空洞率。

在本發明另一實施態樣中，使用標準遙測數據與偏差遙測數據其中之至少一者以推算空洞率。

在本發明另一實施態樣中，使用物理失誤分析以破壞性地驗證偏差物理參數。

在本發明另一實施態樣中，另外還包含驗證標準蝕刻結構之標準物理參數。

在本發明另一實施態樣中，還包含計算標準特性參數與標準物理參數間之關連性。

在本發明另一實施態樣中，另外還包含確認偏差特性參數與偏差物理參數間之關連性，是否超過預定之邊界值。

在本發明另一實施態樣中，另外還包含提出與偏差蝕刻結構相關之其他偏差物理參數。

在本發明另一實施態樣中，還包含進行另一遙測步驟，以收集屬於未知蝕刻側寫的未知遙測數據。又使用未知遙測數據與參考蝕刻側寫資料庫，以非破壞性地方式預測未知蝕刻側寫。

在本發明另一實施態樣中，預測未知之蝕刻側寫屬於標準蝕刻側寫群組。

在本發明另一實施態樣中，預測未知之蝕刻側寫屬於偏差蝕刻側寫群組。

在本發明另一實施態樣中，對於一切割道區全面性地進行遙測步驟，並使用蝕刻側寫資料庫，用來全面性地預測未知的蝕刻側寫。

本發明係提供一種建立蝕刻側寫資料庫的方法。本發明方法的特點之一，在於可以在不破壞樣本的情況下，即可預測樣本的蝕刻側寫。第1-6圖例示本發明建立蝕刻側寫資料庫的一種可能方法。首先，請參考第1圖，提供一標準蝕刻側寫群組110與一偏差蝕刻側寫群組210。標準蝕刻側寫群組110通常包含具有可接受側寫之一或多組標準蝕刻結構111/112，而偏差蝕刻側寫群組210則包含具有不可接受側寫之一或多組偏差蝕刻結構211/212。

一般說來，標準蝕刻側寫群組110可以位於一晶圓101上，而偏差蝕刻側寫群組210則位於一晶圓201上。例如，晶圓101可以是使用特別之蝕刻條件所建立具有一或多組標準蝕刻結構111/112之參考晶圓或是標準晶圓，而晶圓201另外可以是使用其他之蝕刻條件所建立具有一或多組偏差蝕刻結構211/212之參考晶圓，或是具有瑕疵之產品晶圓。此等晶圓101/201可以包含有多層之複合結構，因而標準蝕刻結構111/112與偏差蝕刻結構211/212即可能位於此複合結構中。

晶圓101/201分別具有陣列區105/205與切割道區106/206，而標準蝕刻側寫群組110便可能位於陣列區105與切割道區106其中之至少一者上。類似地，偏差蝕刻側寫群組210則可能位於陣列區205與切割道區206其中之至少一者上。如第1圖所示，偏差蝕刻結構可能是過蝕刻結構211，或是蝕刻不足之欠蝕刻結構212。

其次，請參考第2圖，進行一遙測步驟。此等遙測步驟是以不接觸的方式，來收集屬於標準蝕刻側寫群組110之標準遙測數據，或是收集屬於偏差蝕刻側寫群組210之偏差遙測數據。較佳者，收集屬於標準蝕刻側寫群組110之遙測步驟，或是收集屬於偏差蝕刻側寫群組210之遙測步驟可以分開進行，至於進行之順序則無關緊要。另外，進行遙測步驟時，晶圓上部沒有金屬結構，例如金氧半導體或是內連線結構等。因此，遙測步驟可用於測量堆疊式(stack)電容結構之深溝渠。

遙測(remote sensing)，又稱為遙感探測，一般是認為利用儀器偵測目標物反射或放出的電磁波，來決定其物理性質的技術。遙測儀器對目標物只進行間接的和遠距離的，而不是和目標物直接接觸的測量。廣義來說，遙測是指用間接的手段來獲取目標狀態信息的方法。

視情況需要，可以使用電磁波來進行此遙測步驟。例如，選擇適當波長與不同波長之電磁波來進行此遙測步驟。舉例而言，可以是可見光-近紅外線(Visible-Near Infrared)遙測，紅外線(Infrared)遙測或是微波(Microwave)遙測等等。例如，紅外線之波長可以是770nm奈米至1mm毫米，而可以測量晶圓表面下方深度之狀況。本發明之遙測步驟，可以是主動式遙測(主動發出信號)。

多層之複合結構150/250可能包含上區域151/251與下區域152/252。再者，多層之複合結構還可能更進一步包含中區域，例如中區域253。但是，不以此為限。所以視情況需要，多層之複合結構150/250還可能包含三個或以上之區域。另一方面，當晶圓101/201包含有多層之複合結構150/250時，不同材料層對於電磁波通過之後，所產生之反射率也可能不同。換句話說，電磁波對標準蝕刻結構111/112中至少一區域或是材料層，所得之反射率應該會不同。另一方面，電磁波對偏差蝕刻結構211/212中至少一區域或是材料層，所得之反射率應該也會不同。

接著，請參考第3圖，分析標準遙測數據，以推算標準蝕刻側寫群組之標準特性參數120。例如，由於蝕刻會移除晶圓中部分之實體材料而造成孔洞，因此，當電磁波通過實體材料與孔洞之後，會分別產生不同之結果。一種可能的結果是，當電磁波通過實體材料與孔洞之後，會分別產生不同之反射率。因此，所收集到之標準遙測數據或偏差遙測數據，便可能是電磁波之反射率。

雖然所收集到之標準遙測數據或偏差遙測數據，會混雜多組區域151/152或是材料層251/252/253之遙測數據，但是目前已知有方法，例如傅立葉轉換，可以拆析(resolution)此等混雜多組區域或是材料層之遙測數據，而分別得到單一區域或是材料層之遙測數據。

例如，請參考第4圖，由於蝕刻會移除晶圓中部分之實體材料而造成孔洞，因此，不同之蝕刻側寫群組，在晶圓中所造成之空洞率(void)應該會各不相同。也就是，空洞率是一種與遙測數據可能有關的物理參數。而遙測數據即會經由所推算出之特性參數，找出與可能的物理參數(空洞率)間之關連性。在此定義空洞率為晶圓101/201上，孔洞21面積與單位區塊22面積之比值。

空洞率=孔洞面積/單位區塊面積

因此推測，與標準蝕刻側寫群組110之標準特性參數120相比，不過蝕刻結構211應該會有較大之偏差特性參數220，或是蝕刻不足之欠蝕刻結構212應該會有較小之偏差特性參數220。

還有，類似地，請參考第3圖，也會分析偏差遙測數據，以推算偏差蝕刻側寫群組之偏差特性參數220。如前所述，不同之蝕刻側寫群組，在晶圓中所造成之空洞率應該會各不相同。因此分析各種不同之偏差遙測數據，希望推算出所對應之偏差蝕刻側寫群組之偏差特性參數。也就是，使用偏差遙測數據以推算偏差特性參數與可能的物理參數間之關聯(空洞率)。

在一種可能之情況中，請參考第1圖，過蝕刻結構211可能是兩相鄰的溝渠彼此連通。在另一種可能之情況中，蝕刻不足之欠蝕刻結構212可能是溝渠本身之深度不足，而無法通達下一層。

繼續，請參考第5圖，就要驗證偏差蝕刻側寫群組之偏差物理參數。由於偏差遙測數據是以間接地方式測量偏差蝕刻側寫群組210所得到的結果，因此需要驗證間接得到的偏差特性參數220，與實際上所預測之偏差物理參數，例如空洞率，之間是否存在適當之關聯性。

例如，可以實際上分別驗證標準蝕刻側寫群組110與偏差蝕刻側寫群組210之空洞率。驗證的方法可以使用目前廣為接受之物理失誤分析(physical failure analysis)。舉例而言，可以使用以下的方式來進行物理失誤分析。首先，以破壞性的方法，取得樣本中標準蝕刻側寫群組110或是偏差蝕刻側寫群組210之電子顯微鏡剖面照片。然後，依據照片中所顯示之結果，即可分別計算出標準蝕刻側寫群組110實際上之標準物理參數(例如，空洞率)，以及偏差蝕刻側寫群組210實際上之偏差物理參數(例如，空洞率)。

另外，本發明步驟還另外包含提出與標準以及偏差蝕刻結構同時可能相關之其他偏差物理參數。舉例而言，由於所得之標準以及偏差遙測數據可能是電磁波反射率之光譜，因此，也希望另外找出與此等電磁波反射率之光譜有關之某種特性參數，進而協助預測未知蝕刻側寫群組。

接下來，請參考第6圖，由於標準物理參數與偏差物理參數可以經由物理失誤分析的驗證而得知，先前的步驟又收集到了標準遙測數據或偏差遙測數據，所以可以統整(mapping)以上資料，來計算偏差特性參數與偏差物理參數間是否有關連性以及關聯性之高低，以建立包含偏差遙測數據之蝕刻側寫資料庫。此等蝕刻側寫資料庫可以用來預測一未知蝕刻側寫。另外，也可以計算標準特性參數與標準物理參數間之是否有關連性以及關聯性之高低，以建立包含標準遙測數據之蝕刻側寫資料庫。例如，關聯性可以使用相關係數(correlation coefficient)作為客觀的判斷標準。

例如，當偏差特性參數與偏差物理參數間之關連性超過預定之一邊界值時，即確認偏差特性參數與偏差物理參數間具有適用之關連性。類似地，當標準特性參數與標準物理參數間之關連性超過預定之一邊界值時，亦確認標準特性參數與標準物理參數間亦具有適當之關連性。

以下提供之範例，可以例示本發明遙測數據、特性參數與物理參數間之一關連性。

*註：R為相關係數(correlation coefficient)。

CD1與CD2分別代表晶圓經過製程之後所保留之物理特徵，而S與A分別代表標準特性組與偏差特性組。

a*x+b=y　a與b為常數x=CD1或CD2，y=空洞率。

關係式之組合、維度可以視製程結構之複雜度與配適度調整。

如果經過以上之步驟還不能建立特性參數與物理參數間之關連性，或是特性參數與目前所選物理參數間之關連性不夠令人滿意，或是還希望找出特性參數與其他可能之物理參數間之關連性，本發明步驟還可以包含提出與蝕刻結構相關之另一可能之物理參數，並重複以上之步驟，直到特性參數與物理參數間具有適當或是令人滿意之關連性。

當蝕刻側寫資料庫完成後，即可以非破壞性的方式來預測一未知的蝕刻側寫到底屬於標準蝕刻側寫群組或是偏差蝕刻側寫群組。第7-9圖例示本發明預測一未知蝕刻側寫的方法。首先，請參考第7圖，提供具有未知蝕刻側寫310之晶圓301。晶圓301可能具有陣列區302與切割道區303，而未知蝕刻側寫310便可能位於陣列區302與切割道區303其中之至少一者上。此等未知蝕刻側寫310可能是動態隨機存取記憶體所用之電容溝渠。晶圓301可以是在生產線上所取得之產品晶圓。視情況需要，晶圓301亦可以包含有多層之複合結構，因此未知蝕刻側寫310即可能位於此複合結構中。

其次，請參考第8圖，對於晶圓301中之未知蝕刻側寫310進行遙測步驟360，以收集屬於未知蝕刻側寫310的未知遙測數據。此等遙測步驟360是以不接觸的方式，來收集屬於未知蝕刻側寫310之未知遙測數據。另外，進行遙測步驟360時，晶圓上部沒有金屬結構，例如金氧半導體或是內連線結構等。視情況需要，可以使用電磁波來進行此遙測步驟360。例如，選擇適當波長與不同波長之電磁波來進行此遙測步驟360。適當波長之電磁波可以是紅外線。例如紅外線之波長可以是(770nm奈米至1mm毫米)，而測量晶圓表面下方深度之狀況。

再來，請參考第9圖，就可以使用先前所建立之蝕刻側寫資料庫，將蝕刻側寫資料庫中各式各樣之標準特性參數或是偏差特性參數對應於未知之遙測數據。如此一來，就可以得知未知之遙測數據屬於標準特性參數或是偏差特性參數。在本發明一實施態樣中，由於未知之遙測數據符合蝕刻側寫資料庫中標準特性參數之範圍或是特徵，因此預測或是判定未知蝕刻側寫屬於標準蝕刻側寫群組。發明另一實施態樣中，由於未知之遙測數據符合蝕刻側寫資料庫中偏差特性參數之範圍或是特徵，因此預測或是判定未知蝕刻側寫屬於標準蝕刻側寫群組。

由於此等標準特性參數或是偏差特性參數，先前已經經由物理失誤分析獲得驗證，所以預測未知蝕刻側寫的結果具有極高的可信度。而且本發明還是以非破壞性地方式，預測未知蝕刻側寫結果。此等方式，不會破壞或是減損產品晶圓之價值。

由於本發明方法可以在不破壞樣本的情況下，預測未知樣本的蝕刻側寫。本發明另外還可以提出一種全面性地預測樣本中任何區域的蝕刻側寫的方法。此等方法可以在極短的時間內，依據蝕刻側寫資料庫來全面性地預測樣本中任何區域的蝕刻側寫。

由於未知蝕刻側寫310可能位於任何之陣列區302或是切割道區303中，本發明方法還可以對於晶圓301中所有的陣列區302或是切割道區303全面性地進行遙測步驟。第10圖例示本發明全面性預測一晶圓中未知蝕刻側寫的方法。請參考第10圖，由於遙測步驟可以使用電磁波以非破壞性的方式來收集屬於未知蝕刻側寫310的未知遙測數據，因此遙測步驟可以在極短的時間內，例如，每個取樣點耗時約在10秒之內，收集到晶圓301中陣列區302或是切割道區303大部分甚至於所有未知蝕刻側寫310的未知遙測數據。然後，就可以參考第9圖，使用如前所述之原則，依據先前所建立之蝕刻側寫資料庫，用來全面性地預測晶圓301中陣列區302或是切割道區303之未知蝕刻側寫310。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

21．．．孔洞

22．．．單位區塊

101/201．．．晶圓

105/205．．．陣列區

106/206．．．切割道區

110．．．標準蝕刻側寫群組

111/112．．．標準蝕刻結構

120．．．標準特性參數

150/250．．．多層複合結構

151/251．．．上區域

152/252．．．下區域

253．．．中區域

151/152．．．區域

210．．．偏差蝕刻側寫群組

211/212．．．偏差蝕刻結構

211．．．過蝕刻結構

212．．．欠蝕刻結構

220．．．偏差特性參數

251/252/253．．．材料層

301．．．晶圓

302．．．陣列區

303．．．切割道區

310．．．未知蝕刻側寫

360．．．遙測步驟

第1-6圖例示本發明建立蝕刻側寫資料庫的一種可能方法。

第7-9圖例示本發明預測一未知蝕刻側寫的方法。

第10圖例示本發明全面性預測一晶圓中未知蝕刻側寫的方法。

301．．．晶圓

302．．．陣列區

303．．．切割道區

310．．．未知蝕刻側寫

360．．．遙測步驟

Claims (26)

1. 一種建立蝕刻側寫資料庫的方法，包含：提供一標準蝕刻側寫群組與一偏差蝕刻側寫群組，該標準蝕刻側寫群組包含具有可接受側寫之至少一標準蝕刻結構，且該偏差蝕刻側寫群組包含具有不可接受側寫之至少一偏差蝕刻結構；進行一遙測步驟，以收集屬於該標準蝕刻側寫群組之一標準遙測數據；進行該遙測步驟，以收集屬於該偏差蝕刻側寫群組之一偏差遙測數據；分別分析該標準遙測數據與該偏差遙測數據，以推算該標準蝕刻側寫群組之一標準特性參數，與該偏差蝕刻側寫群組之一偏差特性參數；驗證該偏差蝕刻側寫群組之一偏差物理參數；以及計算該偏差特性參數與該偏差物理參數間之一關連性，以建立包含該偏差遙測數據之一蝕刻側寫資料庫，用來預測一未知蝕刻側寫。
2. 如請求項1建立蝕刻側寫資料庫的方法，其中該至少一標準蝕刻結構位於一陣列區與一切割道區其中之至少一者中。
3. 如請求項1建立蝕刻側寫資料庫的方法，其中該至少一偏差蝕刻結構位於一陣列區與一切割道區其中之至少一者中。
4. 如請求項1建立蝕刻側寫資料庫的方法，其中該標準蝕刻側寫群組位於一參考晶圓上。
5. 如請求項1建立蝕刻側寫資料庫的方法，其中該偏差蝕刻側寫群組位於一產品晶圓上。
6. 如請求項1建立蝕刻側寫資料庫的方法，其中該標準蝕刻結構與該偏差蝕刻結構分別位於一複合結構中。
7. 如請求項1建立蝕刻側寫資料庫的方法，其中具有不可接受側寫之該至少一偏差蝕刻結構包含一過蝕刻結構。
8. 如請求項1建立蝕刻側寫資料庫的方法，其中具有不可接受側寫之該至少一偏差蝕刻結構包含一欠蝕刻結構。
9. 如請求項1建立蝕刻側寫資料庫的方法，其中使用一電磁波進行該遙測步驟。
10. 如請求項9建立蝕刻側寫資料庫的方法，其中該電磁波為紅外線。
11. 如請求項10建立蝕刻側寫資料庫的方法，其中使用不同波長之紅外線進行該遙測步驟。
12. 如請求項9建立蝕刻側寫資料庫的方法，其中該標準遙測數據與該偏差遙測數據其中之至少一者為該電磁波之反射率。
13. 如請求項1建立蝕刻側寫資料庫的方法，其中一電磁波之反射率對應該至少一偏差蝕刻結構與該至少一標準蝕刻結構其中至少一者之其中至少一區域。
14. 如請求項13建立蝕刻側寫資料庫的方法，其中該至少一區域包含一上區域與一下區域。
15. 如請求項14建立蝕刻側寫資料庫的方法，其中該至少一區域更包含一中區域。
16. 如請求項1建立蝕刻側寫資料庫的方法，其中該標準特性參數與該偏差特性參數其中之至少一者為一空洞率。
17. 如請求項16建立蝕刻側寫資料庫的方法，其中使用一標準遙測數據與該偏差遙測數據其中之至少一者以推算該空洞率。
18. 如請求項1建立蝕刻側寫資料庫的方法，其中使用一物理失誤分析以破壞性地驗證該偏差物理參數。
19. 如請求項1建立蝕刻側寫資料庫的方法，更包含： 驗證該標準蝕刻結構之一標準物理參數。
20. 如請求項19建立蝕刻側寫資料庫的方法，更包含：計算該標準特性參數與該標準物理參數間之該關連性。
21. 如請求項1建立蝕刻側寫資料庫的方法，更包含：確認該偏差特性參數與該偏差物理參數間之該關連性超過預定之一邊界值。
22. 如請求項1建立蝕刻側寫資料庫的方法，更包含：提出與該至少一偏差蝕刻結構相關之該偏差物理參數。
23. 如請求項1建立蝕刻側寫資料庫的方法，更包含：進行該遙測步驟，以收集屬於該未知蝕刻側寫的一未知遙測數據；以及使用該蝕刻側寫資料庫與該未知遙測數據，以非破壞性地方式預測該未知蝕刻側寫。
24. 如請求項23建立蝕刻側寫資料庫的方法，其中預測該未知蝕刻側寫屬於該標準蝕刻側寫群組。
25. 如請求項23建立蝕刻側寫資料庫的方法，其中預測該未知蝕刻側寫屬於該偏差蝕刻側寫群組。
26. 如請求項1建立蝕刻側寫資料庫的方法，其中對於一切割道區全面性地進行該遙測步驟，並使用該蝕刻側寫資料庫，用來全面性地預測該未知蝕刻側寫。