專利名稱：剝除時間反饋控制以減少剝除后晶體管柵極臨界尺寸變化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置制造的領(lǐng)域，尤其涉及使用剝除時間的反饋控制以減少于晶體管柵極上剝除后臨界尺寸變化的方法和裝置。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體技術(shù)中持續(xù)的趨勢為制造更多和/或更快的半導(dǎo)體裝置。此趨勢使得極大規(guī)模集成電路(ULSI)能夠繼續(xù)減少裝置和電路的尺寸和特征。舉例而言，在具有場效晶體管的集成電路中，一個非常重要的處理步驟為形成用于各晶體管的柵極，在此特別重視其柵極的尺寸。在許多應(yīng)用中，性能特性(例，切換速度)和晶體管的尺寸為裝置的溝道長度的函數(shù)，其大約對應(yīng)于晶體管柵極的寬度。因此，舉例而言，具有較小溝道長度的較窄裝置傾向于產(chǎn)生性能較高的晶體管(例，較快速)，此自然而然地使尺寸變小。
通常，柵極是通過利用傳統(tǒng)的微影技術(shù)繪制由柵極材料(例，多晶硅)所組成的處理層而形成的。依據(jù)傳統(tǒng)的實施例，有時候會使用防反射涂敷(ARC)以便減少在微影技術(shù)進行期間因反射而引起刻痕。通常，ARC層是位于多晶硅層上。光阻層則是形成于ARC層上。ARC層降低反射且允許在光阻層上具有更多的有效圖案，其最終可導(dǎo)致在多晶硅層上形成更多有效的柵極。ARC層的材料可以是氮氧化硅(siliconoxynitride)和多氮化硅(silicon rich nitride)。
在柵極形成之后，利用如在熱氫氟酸(HF)剝除之后緊接著熱磷酸鹽(H3PO4)剝除的蝕刻程序?qū)RC層移除。前面的氫氟酸剝除是相當(dāng)短暫的且其作用是用于移除因為曝露于空氣中而在ARC層的表面上增長的硅氧化物薄層。在多晶硅柵極的曝露表面上亦形成有此種硅氧化物，但不是利用氫氟酸剝除移除。氫氟酸剝除，不是特別適用于移除二氧化硅，但可移除覆蓋在柵極上表面的ARC層。
氫氟酸剝除亦稍微蝕刻多晶硅柵極，因此會減少其臨界尺寸。氫氟酸槽用于移除ARC層的剝除率會改變其使用壽命。因此，在剝除工具的操作方法中所使用的剝除時間包含有特定數(shù)量的過度蝕刻時間以便確保所有ARC層均已移除，就算此槽是處于衰退最嚴(yán)重的時期。槽的剝除率隨著所蝕刻晶圓數(shù)目增加因為反應(yīng)物的集結(jié)而衰退。此槽亦因為槽中氫氟酸氧化狀態(tài)的相對濃度隨時間改變而衰退。因此，在槽剛開始使用的早期所處理的晶圓將以較高的速率剝除，導(dǎo)致于柵極的臨界尺寸減少愈多。槽的剝除率的變動將直接導(dǎo)致于柵極的臨界尺寸變化。而柵極的臨界尺寸變化將導(dǎo)致于裝置的速度、泄漏、及其它晶體管性能參數(shù)變動。通常，所增加的變動會降低生產(chǎn)力、產(chǎn)量、及利潤。
本發(fā)明用于克服或至少降低前文中所提及的一個或多個問題所產(chǎn)生的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一方面提供用于減少柵極寬度變動的方法。此方法包含有提供其中形成有柵極且在此柵極的至少部分表面上形成有防反射涂敷層的晶圓。此柵極具有寬度。量測柵極的寬度。決定適合于移除此防反射涂敷的剝除工具的剝除率。將所量測到的柵極寬度與柵極臨界尺寸的指針相比較以便依據(jù)剝除率決定過度蝕刻的時間。依據(jù)過度蝕刻的時間修正剝除工具的操作方法。
本發(fā)明另一方面為處理線包含有第一度量工具、剝除工具、和處理控制器。使用第一度量工具以便量測在晶圓上所形成的柵極寬度。此柵極具有在柵極至少部分表面上所形成的防反射涂敷層。使用剝除工具以便移除防反射涂敷。使用處理控制器決定用于剝除工具的剝除率、將所量測到的柵極寬度與柵極臨界尺寸的指針相比較以便依據(jù)剝除率決定過度蝕刻的時間、及依據(jù)過度蝕刻的時間修正剝除工具的操作方法。


通過參考下列詳細說明及其所伴隨的附圖可了解本發(fā)明，其中相同的參考數(shù)字標(biāo)示相同的組件，且其中
圖1顯示依據(jù)本發(fā)明所說明的一個實施例的處理線的簡化方塊圖；圖2A至2B顯示在晶體管形成中各處理步驟的概要截面圖以便說明圖1的處理控制器的操作；圖3A至3B顯示在晶體管形成中各處理步驟的概要截面圖以便說明圖1的處理控制器的操作；和圖4顯示依據(jù)本發(fā)明所說明一個實施例用于降低柵極寬度變動的方法的簡化方塊圖。
雖然本發(fā)明可接受各種修正及其它形式，在此等圖標(biāo)中顯示特殊實施例作為范例且將在文中詳細說明?？墒牵瑧?yīng)該了解此特殊實施例的說明并不是用于將本發(fā)明限制于所揭發(fā)的特殊形式，但相反地，本發(fā)明希望涵蓋由本發(fā)明所附權(quán)利要求定義的精神和目的內(nèi)的所有修正、均等、及其它形式。
具體實施例方式
下文中將說明本發(fā)明的實施例。為了文體的清晰，在此說明書中并未說明實際應(yīng)用的所有特征。當(dāng)然希望在此種實際實施例的發(fā)展中，必須先決定各種特殊應(yīng)用的需求以便達到發(fā)明者的特殊目的，如可與相關(guān)系統(tǒng)和相關(guān)商業(yè)限制兼容，這些可能會隨著不同的應(yīng)用而有所改變。再者，應(yīng)了解到此研發(fā)結(jié)果雖然復(fù)雜且費時，但對具有此方面技藝者而言將因本發(fā)明的揭示而變成不過是例行工作。
現(xiàn)參考圖1，顯示依據(jù)本發(fā)明而提供的用于處理晶圓110的處理線100的簡化方塊圖。處理線100包含有前置剝除的度量工具120、剝除工具130、后置剝除的度量工具140、及處理控制器150。使用剝除工具130以便移除繪圖之后在晶體管柵極出現(xiàn)的ARC層，如硅氧化層。在此所顯示的剝除工具130為單一工具，但在實際應(yīng)用中，剝除工具130可能有用于執(zhí)行多個剝除操作的多個剝除工具，這些操作可以是氫氟酸剝除和磷酸鹽剝除。
處理控制器150從度量工具120、140接收數(shù)據(jù)且調(diào)整剝除工具130的操作方法以便降低離開晶體管柵極的臨界尺寸變化。在所顯示實施例中，度量工具120、140為掃描用電子顯微鏡。雖然，在此顯示不同的度量工具120、140，但是可使用單一種工具作為前置剝除和后置剝除的量測。同時，每一種度量工具120、140可能包含有超過一種以上的度量工具。舉例而言，前置剝除度量工具120量測柵極的寬度(例，使用掃描電子顯微鏡)且同時量測ARC層的厚度(例，使用光學(xué)探針式的厚度量測工具)。
在所顯示的實施例中，處理控制器150為計算機，其具有的軟件規(guī)劃成可實現(xiàn)上述功能?？墒牵缇叽朔矫婕妓囌咚私獾?，亦可使用設(shè)計成可實現(xiàn)特殊功能的硬件控制器。再者，由處理控制器150所執(zhí)行的功能，如此處所說明的，可以是由分布在系統(tǒng)各處的多個控制器裝置執(zhí)行。除此之外，處理控制器150可以是獨立的控制器，其存在于剝除工具130之內(nèi)，或可以是集成電路制造公司用于控制操作系統(tǒng)之一部份。本發(fā)明的部分及其相關(guān)細節(jié)說明是以計算機內(nèi)存內(nèi)數(shù)據(jù)位的操作的軟件或算法及符號表示法的方式呈現(xiàn)。通過這些說明及其表示式具有此方面技藝者將可有效地將其本身工作的本質(zhì)傳達給其它具此方面技藝者。在此所使用及一般使用的算法相信是可導(dǎo)致所希望結(jié)果的有條理的步驟程序。這些步驟為需要對實際物理量進行實際操作的步驟。通常，雖然并不是絕對必要，這些物理量的形式為能夠儲存、傳輸、組合、比較、及進行其它操作的光、電子或磁的信號。有時候證明為了方便，主要是為了可共同使用，這些信號最好是以位、值、組件、符號、特性、專用術(shù)語、編號等表示。
可是應(yīng)該記住的是所有上述及相似術(shù)語均是為了與相關(guān)物理量相關(guān)連且為這些物理量提供方便的卷標(biāo)。除非特別提及其它，或可從討論明顯得知，如”處理”或”使用計算機計算”或”計算”或”判定”或”顯示”等等，表示計算機系統(tǒng)或類似電子計算裝置的動作和處理，其處理如計算機系統(tǒng)緩存器及內(nèi)存內(nèi)電氣物理量等的數(shù)據(jù)且將其轉(zhuǎn)換成其它數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)可以是計算機系統(tǒng)內(nèi)存或緩存器或其它訊息儲存裝置、傳輸或顯示裝置內(nèi)的物理量。
能夠用于執(zhí)行上述處理控制器150的功能的軟件系統(tǒng)范例為由KLA-Tencor公司所提供的Catalyst系統(tǒng)。Catalyst系統(tǒng)使用與國際半導(dǎo)體裝置和材料(Semiconductor Equipment and Material International SEMI)計算機整體制造(Computer Integrated Manufacturing，CIM)組織兼容的系統(tǒng)技術(shù)且是依據(jù)Advanced Process Control(APC)組織。SEMI的CIM(SEMI E81-0699-暫時申請說明書，用于CIM組織的主要結(jié)構(gòu))和APC(SEMI E93-0999-暫時申請說明書，用于CIM組織的AdvancedProcess Control Component)是對外公開的。
圖2A至2B和圖3A至3B顯示晶體管形成中各處理步驟的概要截面圖。在圖2A中，顯示其中形成有具淺溝渠隔離(STI)結(jié)構(gòu)210的基體200。在基體200上形成柵極隔離層220。在柵極隔離層220上形成柵極230。柵極隔離層220使柵極230和基體200隔離。在柵極230繪制圖案期間，提供防反射涂敷(ARC)層240以便減少在進行微影技術(shù)期間因反射而引起的凹槽。用于柵極的標(biāo)的臨界尺寸250是以虛線表示。注意標(biāo)的臨界尺寸250小于柵極230的實際寬度(W)，如虛線252所標(biāo)示的。
圖1的前置剝除量測工具120量測柵極230的寬度且提供此測量值給處理控制器150。如圖2B中所顯示，處理控制器150調(diào)整剝除工具130用于移除ARC層240的方法且繼續(xù)蝕刻柵極230直到其寬度與標(biāo)的臨界尺寸250相吻合。下文中將更詳細說明處理控制器150的用于調(diào)整剝除工具130的方法的功能。
在圖3A中所顯示的范例中，標(biāo)的臨界尺寸250大于柵極230的實際寬度(W)，如虛線252所標(biāo)示的。依據(jù)前置剝除量測工具120的測量值，處理控制器150調(diào)整剝除工具130用于移除ARC層240的方法，但是一旦達到最小剝除時間即停止蝕刻以便降低柵極230過度蝕刻的量(參考圖3B)。柵極230的寬度仍舊會稍微減少，但是將過度蝕刻時間減少以便避免將柵極230的寬度減少過多。
總而言之，處理控制器150決定用于移除ARC層240的最小剝除時間和用于將柵極230寬度降低至標(biāo)的臨界尺寸250的過度蝕刻時間。假如柵極230的寬度在剝除之前已經(jīng)較標(biāo)的臨界尺寸250窄，則將過度蝕刻時間設(shè)定為零。處理控制器150為剝除工具130所采用的方法在最小剝除時間和過度蝕刻時間之間選擇較大值。
處理控制器150可使用一個或多個用于決定最小剝除時間和過度蝕刻時間的模式。這些模式包含有以相當(dāng)簡單的方程式為基礎(chǔ)的模式(例，線性、指數(shù)、加權(quán)平均等等)或較復(fù)雜的模式，如類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式、主要組件分析(PCA，principal component analysis)模式、或潛在結(jié)構(gòu)預(yù)測(PLS，projection to latent structures)模式。這些模式的特殊應(yīng)用是隨著選擇用于建立模式的技術(shù)而改變，且此特殊應(yīng)用對具此方面技藝者而言是顯而易見的。因此，為了說明的簡潔性和方便性，此特殊細節(jié)在此將不詳細說明。
處理控制器150可以反饋控制模式或前饋控制模式操作。在反饋模式中，處理控制器150接收柵極230之前置剝除和后置剝除的寬度量測以便決定剝除率。為了其后所處理的晶圓110，利用剝除率和如柵極230寬度和標(biāo)的柵極臨界尺寸等的輸入數(shù)據(jù)決定其后所處理的晶圓110的過度蝕刻時間。指數(shù)式加權(quán)平均用于計算因為槽衰退而在剝除工具130內(nèi)必須明顯降低的剝除率。處理控制器150亦從前置剝除的度量工具120接收輸入的ARC層240的厚度。ARC層240的厚度可用于決定最小剝除時間。另一方面，亦可以用固定的最小剝除時間，且只要過度蝕刻時間大于最小剝除時間則可通過處理控制器150將過度蝕刻時間和剝除工具130的方法結(jié)合。
處理控制器150可調(diào)整剝除工具的方法以便改變用于氫氟酸槽和磷酸鹽槽的剝除時間。通常，氫氟酸槽的剝除時間明顯地小于磷酸鹽槽的剝除時間，所以可更改處理控制器150使其僅修正用于磷酸鹽槽的剝除時間。
處理控制器150可依據(jù)插槽內(nèi)的晶圓樣本的量測以一個插槽為單位調(diào)整剝除工具130的操作方法。另一方面，處理控制器150可接收來自每一個晶圓的量測并以一個晶圓為單位調(diào)整剝除工具130的操作方法。特殊頻率的選擇是依據(jù)在所輸入的柵極寬度上呈現(xiàn)的變動量和所希望的準(zhǔn)確度。
在前饋模式的操作中，處理控制器150使用預(yù)測式模式建立技術(shù)以便預(yù)測剝除工具130的剝除率。所預(yù)測的剝除率可與輸入的柵極230寬度及標(biāo)的柵極臨界尺寸一起使用以便決定過度蝕刻時間。同時，亦可結(jié)合輸入的ARC層240厚度以便決定最小剝除時間。來自后置剝除的度量工具140的反饋可用于周期性更新此模式。執(zhí)行反饋量測的頻率小于輸入晶圓110的量測。預(yù)測式模式的輸入可能包含有在剝除工具130內(nèi)所使用的槽的使用時間(即，用于根據(jù)衰退時間推算)和剝除工具130內(nèi)所處理的晶圓數(shù)目(即，用于表示因為反應(yīng)物的集結(jié)所導(dǎo)致的衰退)。
現(xiàn)參考圖4，顯示依據(jù)本發(fā)明所說明的實施例而提供的用于降低柵極寬度變動的方法的簡化流程圖。在方塊400中，提供具有柵極形成于其間且在此柵極的至少一部分表面上形成有防反射涂敷的晶圓。在方塊410中，量測柵極的寬度。在方塊420內(nèi)決定為了移除防反射涂敷而選用的剝除工具的剝除率?？衫妙A(yù)測式性能模式?jīng)Q定此剝除率，或另一方面，可依據(jù)先前所處理晶圓之前置剝除和后置剝除的柵極寬度量測而決定剝除率。在方塊430中，將柵極寬度與標(biāo)的臨界尺寸相比較以便依據(jù)剝除率決定過度蝕刻時間。在方塊440中，可依據(jù)過度蝕刻時間修正剝除工具的操作方法。
如上所述，控制剝除工具130的操作可降低柵極230后置剝除的臨界尺寸的變化，同時可提供移除ARC層240所需的最小剝除時間。通過使用及時控制模式可有效降低此變化，且處理線100的生產(chǎn)量和最終產(chǎn)品的品質(zhì)可提升。所增加的生產(chǎn)量和所減少的變動直接導(dǎo)致于利潤的增加。
上述所揭露的特殊實施例僅作為說明用，因為可利用對具此方面技藝者而言是根源于在此所提出的原則的不同但等效方式修正及實現(xiàn)本發(fā)明。再者，并不希望限制在此所顯示的結(jié)構(gòu)或設(shè)計細節(jié)，除了在下文申請專利范圍內(nèi)所說明的。因此很明顯地可改變或修正前文所揭露的特殊實施例且所有的這些變動均視為是在本發(fā)明的目的和精神范圍內(nèi)。因此，將在本發(fā)明權(quán)利要求內(nèi)提出在此所請求的保護。
權(quán)利要求
1.一種用于減少柵極寬度變化的方法，包含有提供其中形成有柵極(230)且在此柵極(230)的至少部分表面上形成有防反射涂敷層(240)的晶圓(110)，此柵極(230)具有寬度；量測柵極(230)的寬度；決定用于移除此防反射涂敷(240)的剝除工具(130)的剝除率；將所量測到的柵極(230)寬度與標(biāo)的柵極臨界尺寸相比較以便依據(jù)剝除率決定過度蝕刻的時間；依據(jù)過度蝕刻時間修正剝除工具(130)的操作方法。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中決定剝除工具(130)的剝除率包含有建立剝除工具(130)的性能模式；和依據(jù)剝除工具(130)的特性和性能模式預(yù)測剝除率。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中剝除工具(130)的剝除率的決定包含有依據(jù)先前所處理晶圓的前置剝除的厚度和后置剝除的厚度決定剝除率。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括量測防反射涂敷層(240)的厚度；依據(jù)防反射涂敷層(240)的厚度決定最小剝除時間；和依據(jù)過度蝕刻時間和最小剝除時間的最大值修正剝除工具(130)的操作方法。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括處理在剝除工具(130)內(nèi)的晶圓；在晶圓處理后量測柵極的寬度；和依據(jù)晶圓處理后所量測到的柵極(230)寬度更新性能模式。
6.一種處理線(100)，包含有第一度量工具(120)，用于量測在晶圓上所形成柵極(230)的寬度，此柵極(230)的至少部分表面上形成有防反射涂敷層(240)；剝除工具(130)，使用該剝除工具移除防反射涂敷層(240)；和處理控制器(150)，用于決定剝除工具(130)的剝除率，比較柵極(230)的寬度和標(biāo)的柵極臨界尺寸以便依據(jù)剝除率決定過度蝕刻時間，且依據(jù)過度蝕刻時間修正剝除工具(130)的操作方法。
7.如權(quán)利要求6所述的處理線(100)，其中處理控制器(150)用于儲存剝除工具(130)的性能模式且依據(jù)剝除工具(130)的特性和性能模式預(yù)測剝除率。
8.如權(quán)利要求6所述的處理線(100)，處理控制器(150)用于依據(jù)先前所處理晶圓的前置剝除的厚度和后置剝除的厚度決定剝除工具(130)的剝除率。
9.如權(quán)利要求6所述的處理線(100)，還包括第二度量工具(120)，用于量測防反射涂敷層(240)的厚度，其中此處理控制器(150)用于依據(jù)防反射涂敷層(240)的厚度決定最小剝除時間，并依據(jù)過度蝕刻時間和最小剝除時間的最大值修正剝除工具(130)操作方法。
10.如權(quán)利要求7所述的處理線(100)，還包括第二度量工具(140)，用于在剝除工具(130)中晶圓處理后量測柵極(230)的寬度，其中處理控制器(150)用于依據(jù)晶圓處理后所量測到的柵極(230)寬度更新性能模式。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于減少柵極寬度變化的方法。此方法包含有提供其中形成有柵極(230)且在此柵極(230)的至少部分表面上形成有防反射涂敷層(240)的晶圓。此柵極(230)具有寬度。量測柵極(230)的寬度。決定用于移除此防反射涂敷(240)的剝除工具(130)的剝除率。將所量測到的柵極(230)寬度與標(biāo)的柵極臨界尺寸相比較以便依據(jù)剝除率決定過度蝕刻的時間。根據(jù)過度蝕刻的時間修正剝除工具(130)的操作方法。處理線(100)包含有第一度量工具(120)、剝除工具(130)和處理控制器(150)。此第一度量工具(120)用于量測在晶圓上所形成的柵極(230)寬度。此柵極(230)的至少部分表面上形成有防反射涂敷層(240)。此剝除工具(130)用于移除防反射涂敷層(240)。此處理控制器(150)，用于決定剝除工具(130)的剝除率，比較柵極(230)的寬度和標(biāo)的柵極的臨界尺寸以便依據(jù)剝除率決定過度蝕刻時間，且依據(jù)過度蝕刻時間修正剝除工具(130)的操作方法。
文檔編號H01L29/423GK1441962SQ01812560
公開日2003年9月10日 申請日期2001年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月12日
發(fā)明者J·S·藍斯佛得 申請人:先進微裝置公司