[发明专利]基于自对准双重图形的产品良率在线评估系统及评估方法

说明书

本发明公开了一种基于自对准双重图形的产品良率在线评估方法，包括：自对准双重图形刻蚀完成后，从晶圆的每个shot的相同位置的芯片的阵列区的最边缘的区域中选定相邻N条线路和/或相邻N条间隙，测量被选中的线路和/或间隙的关键尺寸；将每个shot中被测量的线路和间隙分别分成M组，每组线路中的两条线路及每组间隙中的两条间隙均相邻；计算每个shot中各组线路的相邻线路关键尺寸差值及各组间隙的相邻间隙关键尺寸差值；将每个shot的相邻线路关键尺寸差值和相邻间隙关键尺寸差值分别与规格限、控制限对比；统计得到晶圆的线路规格限良率/控制限良率、间隙规格限良率/控制限良率。本发明通过在线量测SADP关键尺寸并统计分析提前评估产品的最终良率。

技术领域

本发明属于微电子及半导体集成电路领域，具体涉及一种基于自对准双重图形的产品良率在线评估系统及评估方法。

背景技术

在半导体集成电路制造工艺中，对20nm以下小尺寸NAND Flash器件中编程失效单元(Program Fail Cell)的位置分布进行分析后，发现多数失效单元位于靠近空旷区域(Block)的边缘(edge)，如图1所示。

存储器类的芯片(Chip)内部划分为阵列区(Array)和外围电路区(Peripheral)两个区域，其中阵列区用于排布存储单元(Cell)，外围电路区用于排布输入输出等用于控制、处理的逻辑器件。阵列区可以划分为若干Plane，每个Plane划分为多个区域(Block)，每个区域(Block)中包含所需的字线(word line)。

在20nm以下小尺寸NAND Flash的制造过程中，存储单元(Cell)通常采用SADP(self-aligned double patterning，自对准双重成像)技术，即通过一次光刻完成后相继使用非光刻技术步骤(薄膜沉积、刻蚀等)进而实现对光刻图形的间隙倍增，最后再使用另外一次光刻和刻蚀将多余的图形去除。

由于阵列区的中心区域(Center Block)周边图形非常密集，因此中心区域的相邻两条SADP硬掩模接受的刻蚀量非常接近，如图2所示。但是，阵列区的边缘区域(EdgeBlock)靠近空旷区域，存在横向的刻蚀气流分量，造成相邻两条SADP硬掩模中面向空旷区域的一条SADP硬掩模会接受到更多的刻蚀，而背对空旷区域的另一条SADP硬掩膜则会接受到更少的刻蚀，如图3所示，这部分的差异最终会传递到相邻两条位线或字线的线路/间隙(Line/Space)的关键尺寸(CD)上，造成存储单元的编程失效问题。因此，根据晶圆内部的自对准双重图形的关键尺寸对最终产品良率进行评估是可行的。

但是基于晶圆内部的自对准双重图形的关键尺寸的均值-极差进行规格限/控制限判异的传统在线SPC分析手段通常都是在芯片完成后的测试中进行的，因此难以提前捕获到良率问题，主要包括如下两种情况：

情况1，虽然两条线路(Line)的关键尺寸均在规格限/控制限内，但是两条线路的关键尺寸之间的差值较大，造成同一条位线或字线上的存储单元的沟道尺寸存在差异，进而导致阈值电压分布(Vt distribution)过宽、窗口范围(window margin)过小；

情况2，虽然两条间隙(Space)的关键尺寸均在规格限/控制限内，但是两条间隙的关键尺寸之间的差值较大，造成存储单元的空气间隔(Air Gap)等绝缘结构存在差异，进而导致电容耦合干扰(Capacitive Coupling Interference)增大、存储单元之间干扰增大。

所以，当前亟需一种根据晶圆内部的关键尺寸提前对最终产品良率进行评估的方法及系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于自对准双重图形的产品良率在线评估系统及评估方法，可以根据晶圆内部的关键尺寸提前评估NAND Flash等产品的最终良率。

为解决上述技术问题，本发明提供的基于自对准双重图形的产品良率在线评估方法，包括如下按步骤：