[发明专利]用于过程监视及良率管理的所计算电性能度量

说明书

本文中呈现基于最终装置性能的预测而对半导体装置制造的过程控制及良率管理的方法及系统。基于一或多个装置性能模型而计算所估计装置性能度量值，所述一或多个装置性能模型将能够在过程期间测量的参数值与最终装置性能度量联系在一起。在一些实例中，装置性能度量的所估计值是基于非成品多层晶片的至少一个结构特性及至少一个带结构特性。在一些实例中，对正进行处理的装置是否将不能通过最终装置性能测试的预测是基于最终装置性能度量的所估计值与所规定值之间的差异。在一些实例中，至少部分地基于所述差异而确定一或多个后续过程步骤中的调整。

相关申请案的交叉参考

本专利申请案依据35U.S.C.§119主张2013年6月26日提出申请的标题为“通过计算的电性能度量的半导体芯片制作过程监视及良率管理(Semiconductor ChipFabrication Process Monitoring and Yield Management Through CalculatedElectrical Performance Metrics)”的序列号为61/839,708的美国临时专利申请案的优先权，所述专利申请案的标的物以其全文引用方式并入本文中。

技术领域

所描述的实施例涉及用于晶片检验及计量的系统，且更特定来说涉及在半导体制造中使用的半导体结构及材料的表征及缺陷检测。

背景技术

通常通过应用于衬底或晶片的处理步骤序列制作例如逻辑及存储器装置的半导体装置。通过这些处理步骤形成所述半导体装置的各种特征及多个结构层级。举例来说，除其它之外，光刻为涉及在半导体晶片上产生图案的一个半导体制作过程。半导体制作过程的额外实例包含但不限于化学机械抛光、蚀刻、沉积及离子植入。可在单个半导体晶片上制作多个半导体装置且接着将其分离成个别半导体装置。

在半导体制造过程期间在各种步骤处使用检验过程来检测晶片上的缺陷以促成较高良率。由于设计规则及过程窗在大小方面持续缩小，因此在维持高生产量的同时需要使检验系统捕获晶片表面上的更广范围的物理缺陷。

半导体装置基于其能量效率而非仅速度而越来越受重视。举例来说，能量高效的消费型产品为更有价值的，这是因为其以较低温度操作且根据固定电池电源供应器操作较长时间周期。在另一实例中，能量高效的数据服务器非常需要减少其操作成本。因此，减少半导体装置的能量消耗是极受关注的。

在一个实例中，穿过绝缘体层的泄漏电流为以65nm技术节点及低于65nm技术节点制造的半导体装置的主要能量损耗机制。作为响应，电子设计者及制造者正采用与传统材料(例如，二氧化硅)相比具有较高介电常数及较低消光系数的新材料(例如，硅酸铪(HfSiO4)、氮化硅酸铪(HfSiON)、二氧化铪(HfO2)、硅酸锆(ZrSiO4)等)。这些“高k”材料减少泄漏电流且实现较小大小的晶体管的制造。

随着新电介质材料及先进结构的采用，已出现对测量工具的需要以在制造过程早期表征高k材料的介电性质及带结构。在一些实例中，在晶片制造期间需要高生产量监视工具来监视及控制高k材料的沉积及各种结构的形成以确保成品晶片的高良率。沉积问题的早期检测是重要的，这是因为半导体晶片的完整制造过程是冗长且昂贵的。举例来说，高k材料的沉积通常在花费一个月以上来完成的制造过程的开始时发生。

许多现有过程控制及良率管理工具仅对其测量的过程步骤产生测量结果。此限制由许多现有工具提供的值，这是因为其测量与距测量有数周或数百个过程步骤远的最终装置性能不直接相关。另外，许多现有过程控制及良率管理工具不提供对各种所测量参数对最终装置性能的灵敏度的洞察。举例来说，当前由典型薄膜计量工具提供的成分测量或当前由典型CD计量工具提供的CD参数测量(孤立地进行)不提供对最终装置性能的直接洞察。

已使用高k电介质层的材料成分的测量作为用于过程监视的指示符。针对例如SiHfON的高k材料，发现氮与铪的不同百分比、不同沉积温度及沉积循环时间、不同中间层等产生不同色散值及不同能量带结构。此在制造过程结束时影响晶片性能。