半导体工艺配方中工艺参数值匹配方法及半导体工艺设备

摘要

本发明公开了一种半导体工艺配方中工艺参数值的匹配方法及半导体工艺设备，方法包括：S1、选取特定工艺步骤涉及的第一、第二工艺参数，将第一、第二工艺参数值分别设置为第一、第二初始值；S2、判断基于当前第一、第二工艺参数值是否可以执行特定工艺步骤，若是则执行步骤S3，若否则执行步骤S4；按照第一预设规则调整第一工艺参数值并使第二工艺参数值保持不变，返回步骤S2；记录当前第一、第二工艺参数值；S5、将第一参数值设置为第一初始值，并按照第二预设规则调整第二工艺参数值；S6、判断第二工艺参数值是否达到了预设的第二阈值，若否则返回步骤S2，若是则绘制出工艺参数值匹配曲线。实现自动快速给出满足特定工艺步骤的工艺配方的参数值。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，更具体地，涉及一种半导体工艺配方中工艺参数值的匹配方法及半导体工艺设备。

背景技术

深硅刻蚀在集成电路(IC)、微机电系统(MEMS)和先进封装等领域有重要应用，是工业生产中非常重要的一种工艺过程。

由于传统湿法刻蚀属于各向同性刻蚀，只有各向异性的干法刻蚀可以实现深硅刻蚀。低温等离子体技术是干法刻蚀中的重要基础，其中，感应耦合等离子体(ICP)和电容耦合等离子体(CCP)是半导体领域干法刻蚀和薄膜沉积常用的等离子体源。ICP源由高频电流通过线圈产生的高频电磁场激发气体产生等离子体，可以在较低腔室压力下工作，具有等离子体密度高、对工件损伤小等特点。CCP源利用平行板电容器产生等离子体，并同时控制等离子体的通量和能量，可以在较高腔室压力下启辉，具有等离子体均匀性好等特点。由于深硅刻蚀需要高密度的等离子体，通常采用ICP模式。

由于ICP所产生的等离子体的均匀性不如CCP，需要较低的腔压提高等离子体的平均自由程和均匀性，但是低腔压不利于等离子体的启辉，原因是靠近线圈的气体分子首先被离化，但由于腔室中的气体分子太少，不利于离化的传递。另一方面，过低的射频功率也不利于等离子体的启辉。而伴随着半导体工业的发展，在大体积腔室、大尺寸晶圆上提升刻蚀工艺性能是降低生产成本的重要方法，目前主流的生产线晶圆尺寸有6英寸、8英寸和12英寸等。腔室尺寸越大，越不利于在低腔压和低功率下启辉。并且，低压低功率启辉也有利于降低刻蚀损伤，获得表面粗糙度好的工艺结果。

同时，由于ICP所产生的等离子体的均匀性不如CCP，需要较低的腔压以提高等离子体的平均自由程和均匀性，但另一方面，采用更高的进气流量可以获得更快的刻蚀速率，从而提高产能，降低成本。低腔压和高进气流量的工艺配方也同样对真空系统提出了较大的挑战，在现有硬件即真空系统保持不变的情况下，需要探知目标的低腔压和高进气流量是否超出了现有真空系统的能力范围，即摆阀是否正常工作。

因此，如何在大尺寸腔室中实现低腔压和低功率下的等离子体启辉，以及如何在大尺寸腔室中实现快速寻找稳定匹配的腔压和进气流量工艺配方是深硅刻蚀领域中的重要挑战。

发明内容

本发明的目的是提出一种半导体工艺配方中工艺参数值的匹配方法及半导体工艺设备，实现在半导体工艺设备执行特定工艺步骤时，自动快速给出可以正常执行特定工艺步骤的相关工艺配方，提升半导体设备的自动化程度。

为实现上述目的，本发明提出了一种半导体工艺配方中工艺参数值的匹配方法，所述方法包括：

S1、选取所述半导体工艺配方中特定工艺步骤涉及的第一工艺参数和第二工艺参数，将所述第一工艺参数的值设置为第一初始值，将所述第二工艺参数的值设置为的第二初始值；

S2、判断基于当前所述第一工艺参数和所述第二工艺参数的值，是否可以执行所述特定工艺步骤，若是，则执行所述步骤S3，若否，则执行所述步骤S4；

S3、按照第一预设规则调整所述第一工艺参数的值，并使所述第二工艺参数的设定值保持不变，返回所述步骤S2；

S4、记录当前所述第一工艺参数和所述第二工艺参数的值；

S5、将所述第一参数的值设置为所述第一初始值，并按照第二预设规则调整所述第二工艺参数的值；

S6、判断所述第二工艺参数的值是否达到了预设的第二阈值，若否，则返回所述步骤S2，若是，则基于记录的所有所述第一工艺参数和所述第二工艺参数的值绘制出所述第一工艺参数和所述第二工艺参数对应的工艺参数值匹配曲线。

可选地，所述特定工艺步骤为启辉步骤，所述第一工艺参数为上电极加载功率，所述第二工艺参数为腔压；

所述步骤S2包括：

基于当前所述上电极加载功率和所述腔压的值，执行所述启辉步骤；

获取对应的反射功率值，判断其是否小于预设的反射功率阈值，若是，则确定所述启辉步骤执行正常，若否，则确定所述启辉步骤执行不正常。

可选地，所述第一预设规则为：将所述上电极加载功率减小第一预设量；所述第二预设规则为：将所述腔压减小第二预设量。

可选地，所述步骤S3，在所述按照第一预设规则调整所述第一工艺参数的值之后，还包括：

判断当前所述第一工艺参数的值是否达到了预设的第一阈值，若否，则返回所述步骤S2，若是，则将所述第一工艺参数的值设置为所述第一阈值，并执行步骤S4。

可选地，所述特定工艺步骤为腔压控制步骤，所述第一工艺参数为进气流量，所述第二工艺参数为腔压；

所述步骤S2包括：

基于当前所述进气流量和所述腔压的值，执行所述腔压控制步骤；

获取控压阀的开度，判断其是否位于预设的控制阀开度区间中，若是，则确定所述腔压控制步骤执行正常，若所述控压阀的开度大于所述控制阀开度区间的最大值，则确定所述腔压控制步骤执行不正常。

可选地，所述步骤S2还包括：

若所述控压阀的开度小于所述控制阀开度区间的最小值，则确定所述腔压控制步骤执行不正常，并记录当前所述第一工艺参数和所述第二工艺参数的值，然后执行所述步骤S3。

可选地，所述第一预设规则为：将所述进气流量增加第三预设量；所述第二预设规则为：将所述腔压减小第四预设量。

可选地，所述步骤S3，在所述按照第一预设规则调整所述第一工艺参数的值之后，还包括：

判断当前所述第一工艺参数的值是否达到了预设的第三阈值，若否，则返回所述步骤S2，若是，则将所述第一工艺参数的值设置为所述第三阈值，并执行步骤S4。

可选地，对于所述控压阀的开度小于所述控制阀开度区间的最小值时记录的所述第一工艺参数和所述第二工艺参数的值，对于同一所述第二工艺参数的值，仅保留与之对应的最大的所述第一工艺参数的值。

本发明还提出一种半导体工艺设备，包括上位机，所述上位机包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行以上所述的半导体工艺配方中工艺参数值的匹配方法。

本发明的有益效果在于：

通过在选取特定工艺步骤涉及的第一工艺参数和第二工艺参数并设置两个工艺参数的值初为始值之后，判断基于当前的两个工艺参数的值是否能够执行特定的工艺步骤，其中，首先从第二初始值开始，锁定第二参数的值，然后按照第一预设规则逐次调整第一参数的值，每次判断基于当前第一参数和第二参数的设定值是否能够执行特定的工艺步骤，直到记录出与当前第二参数的值组合后无法执行特定工艺步骤的所有的第一参数的值，然后按照第二预设规则调整第二参数的设定值并将第一参数的值调整为第一初始值，然后重复锁定当前第二参数的值不变，逐次按照第一预设规则调整第一参数的值并判断每次与当前第二参数的值组合后无法执行特定工艺步骤的第一参数的值，重复上述过程，直到记录了所有无法正常执行特定工艺步骤的第一工艺参数和第二参数的组合，基于记录的所有第一工艺参数和所述第二工艺参数的值的组合绘制出所述第一工艺参数和所述第二工艺参数对应的工艺参数值匹配曲线，该工艺参数值匹配曲线即为能够正常执行和无法正常执行特定工艺步骤对应的工艺参数值的临界曲线，基于得到的工艺参数值匹配曲线能够快速选取满足能够正常执行特定工艺的第一工艺参数和第二工艺参数的值，从而实现在半导体设备执行该特定工艺步骤时，能够自动快速地给出可以正常执行特定工艺步骤的相关工艺配方，提升半导体设备的自动化程度。

本发明的装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据本发明的一种半导体工艺配方中工艺参数值的匹配方法的步骤图。

图2示出了根据本发明实施例1的一种半导体工艺配方中工艺参数值的匹配方法自动给出低腔压和低上电极功率启辉匹配曲线的算法流程图。

图3示出了根据本发明实施例1的一种半导体工艺配方中工艺参数值的匹配方法获取的低腔压和低上电极功率启辉的匹配曲线的示意图。

图4示出了根据本发明实施例2的一种半导体工艺配方中工艺参数值的匹配方法自动给出稳定匹配的腔压和进气流量曲线的算法流程图。

图5示出了根据本发明实施例2的一种半导体工艺配方中工艺参数值的匹配方法获取的腔压和进气流量控压匹配曲线的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明的一种半导体工艺配方中工艺参数值的匹配方法的步骤图。

如图1所示，一种半导体工艺配方中工艺参数值的匹配方法，方法包括：

步骤S1、选取半导体工艺配方中特定工艺步骤涉及的第一工艺参数和第二工艺参数，将第一工艺参数的值设置为第一初始值，将第二工艺参数的值设置为的第二初始值；

步骤S2、判断基于当前第一工艺参数和第二工艺参数的值，是否可以执行特定工艺步骤，若是，则执行步骤S3，若否，则执行步骤S4；

步骤S3、按照第一预设规则调整第一工艺参数的值，并使第二工艺参数的设定值保持不变，返回步骤S2；

步骤S4、记录当前第一工艺参数和第二工艺参数的值；

步骤S5、将第一参数的值设置为第一初始值，并按照第二预设规则调整第二工艺参数的值；

步骤S6、判断第二工艺参数的值是否达到了预设的第二阈值，若否，则返回步骤S2，若是，则基于记录的所有第一工艺参数和第二工艺参数的值绘制出第一工艺参数和第二工艺参数对应的工艺参数值匹配曲线。

本实施例中，特定工艺步骤可以为在深硅刻蚀工艺中ICP刻蚀设备的启辉步骤，第一工艺参数为上电极加载功率，第二工艺参数为腔压；

此时，步骤S2可以包括：

基于当前上电极加载功率和腔压的值，执行启辉步骤；

获取对应的反射功率值，判断其是否小于预设的反射功率阈值，若是，则确定启辉步骤执行正常，若否，则确定启辉步骤执行不正常。

相应的，第一预设规则可以设置为：将上电极加载功率减小第一预设量；第二预设规则为：将腔压减小第二预设量。

优选地，对于步骤S3，在按照第一预设规则调整第一工艺参数的值之后，其还可以包括：

判断当前第一工艺参数的值是否达到了预设的第一阈值，若否，则返回步骤S2，若是，则将第一工艺参数的值设置为第一阈值，并执行步骤S4。

具体实施过程中，优选地第一预设量为5W，第二预设量为1mTorr，即第一预设规则为：每次将上电极加载功率减小5W，第二预设规则为：每次将腔压减小1mTorr。对于ICP刻蚀设备，其无法执行正常启辉的判定条件可以为：采集的反射功率值大于或等于上电极加载功率的20％。

本实施例的方法可以使用软件算法自动提供低腔压和低上电极功率下稳定启辉的工艺配方。

通常情况下，低腔压和低上电极功率不利于射频启辉，对于市面上大部分商业化的刻蚀机而言，50mTorr的腔压和1000W的上电极加载功率是可以启辉的，因此将其作初始条件。

具体实施过程中，令Po代表上电极加载功率，Pr代表腔压，采用上述循环判断的方式找出能正常启辉(Pr，Po)和能正常启辉的(Pr，Po)。同时，令Po

整个算法采用流程图表示如图2所示，首先在编程软件中定义上电极加载功率Po，上电极反射功率Po

然后获取此时的上电极反射功率值，如果可以正常启辉(即反射功率值小于加载功率的20％)，则将上电极加载功率减小5W(此时需要判断上电极加载功率是否是正值，上电极加载功率不能小于0，0即是上电极加载功率的第一阈值)，再重复进行启辉观察；如果不能正常启辉，则记录当前的腔压和上电极加载功率。

之后，对腔压进行减小，每次减小1mTorr(同样需要判断腔压是否是正值，腔压不能小于0，0即是腔压的第二阈值)，重复上一轮对功率(功率重新从1000W开始循环)的循环判断，记录所有不能正常启辉时的腔压和上电极加载功率，进而绘制出相应的启辉匹配曲线。

根据本实施例的方法可以得出某型号ICP刻蚀机的低腔压和低上电极功率启辉匹配曲线如图3所示：

基于图3中的曲线，在曲线的右上区域属于可以稳定启辉的区域，即如果工艺人员使用的工艺配方中的启辉功率和腔压落在这个区域则可以正常启辉，反之，若落在曲线的左下区域则不能正常启辉。需要说明的是，该曲线只是一些临界点的集合，即能正常启辉与不能正常启辉之间的分界线。工艺人员在实际作业过程中可以在稳定启辉的区域根据具体的工艺要求进行工艺参数的选择。以此可以在刻蚀工艺需要在低腔压和低上电极功率的情况下进行刻蚀时自动由软件给出可以正常启辉的相关工艺配方，提升刻蚀机的自动化程度。

本实施例与实施例1的区别为，特定工艺步骤为在深硅刻蚀工艺中ICP刻蚀设备的腔压控制步骤，第一工艺参数为进气流量，第二工艺参数为腔压；

此时，步骤S2可以包括：

基于当前进气流量和腔压的值，执行腔压控制步骤；

获取控压阀的开度，判断其是否位于预设的控制阀开度区间中，若是，则确定腔压控制步骤执行正常，若控压阀的开度大于控制阀开度区间的最大值，则确定腔压控制步骤执行不正常。

优选的，步骤S2还可以包括：

若控压阀的开度小于控制阀开度区间的最小值，则确定腔压控制步骤执行不正常，并记录当前第一工艺参数和第二工艺参数的值，然后执行步骤S3。对于控压阀的开度小于控制阀开度区间的最小值时记录的第一工艺参数和第二工艺参数的值，对于同一第二工艺参数的值，仅保留与之对应的最大的第一工艺参数的值。

对应的，第一预设规则可以设置为：将进气流量增加第三预设量；第二预设规则为：将腔压减小第四预设量。

优选地，对于步骤S3，在按照第一预设规则调整第一工艺参数的值之后，还可以包括：

判断当前第一工艺参数的值是否达到了预设的第三阈值，若否，则返回步骤S2，若是，则将第一工艺参数的值设置为第三阈值，并执行步骤S4。

具体实施过程中，优选地，第一预设量为5sccm，第二预设量为1mTorr，即第一预设规则为：每次将进气流量增加5sccm，第二预设规则为：每次将腔压减小1mTorr。进气流量通过摆阀的开度控制，摆阀的开度范围为1～400‰。

通常情况下，低腔压有利于提高刻蚀均匀性，高进气流量有利于提高刻蚀速率，扩大产能，降低成本，而低腔压和高进气流量是相互拮抗的。因此本实施例通过软件算法提供一种自动给出极限匹配的低腔压和高进气流量条件的方案。

具体而言，对于市面上大部分商业化的刻蚀机而言，250mTorr的腔压和1000sccm的进气流量是刻蚀机支持的最大值，因此可以将250mTorr的腔压和1sccm的进气流量作初始条件。

具体实施过程中，令F代表进气流量，P代表腔压，采用上述循环判断的方式找出能正常控压的(F，P)和不能正常控压的(F，P)。令V代表摆阀开度，最大摆阀开度为1000‰(以下涉及摆阀开度时省去千分号，即1000为最大摆阀开度)。由于抽气能力与摆阀开度之间不是完美的线性关系，在摆阀开度达到500以后，继续增加摆阀开度真空系统的抽真空能力上升有限，因此默认摆阀开度达到400以下时是可以正常匹配的腔压和进气流量。

另外，考虑到射频启辉时，气体分子由于被离化而产生“膨胀”现象(即在相同摆阀开度下启辉后腔压会上升)，因此，出于提高自动测试的速度的目的，在测试时不进行射频启辉，而将控制的边界条件由400继续收紧至300(这个值可以在一定范围内设定，如200～350)。

整个算法采用流程图表示如图4所示，首先在编程软件中定义进气流量F，摆阀开度V和腔压P，初始条件是250mTorr的腔压和1sccm的进气流量，进行控压测试(不启辉，以节约时间和耗材，降低成本)。

然后，获取此时的摆阀开度，如果可以正常控压(即摆阀开度小于300，这个值可以根据需要在200～350之间浮动)，则将进气流量增加5sccm(此时需要判断进气流量是否超过MFC的最大流量值，目前商业的MFC的最大流量一般是1000sccm)，再重复进行控压测试；

如果不能正常控压，则需要分两种情况：

其一，是由于流量过小，抽气能力太强，即便使用1的摆阀开度也不能达到预定的腔压，此时记录当前的腔压和进气流量，将进气流量增大5sccm，再次判断是否能正常控压，如果仍不能控压，继续将进气流量增大5sccm进行重复，并记录不能正常控压的腔压和进气流量，但将前一个进行覆盖，只保留该腔压下进气流量最大的那个不能正常控压的腔压和进气流量数组；

其二，是由于流量过大，抽气能力太弱，导致摆阀开度超过300，则直接记录此时的腔压和进气流量数组(不进行覆盖)。

之后，再对腔压进行减小，每次减小1mTorr(需要判断腔压是否是正值，腔压不能小于0)，重复上一轮对进气流量(进气流量重新变成1sccm开始循环)的循环判断，记录所有不能正常控压时的腔压和进气流量(除了流量过小，抽气能力太强的情况只记录相同腔压下进气流量最大的那个不能正常控压的腔压和进气流量数组以外，其余情况的不能正常控压时的腔压和进气流量数组都要进行记录)，进而绘制出相应的控压匹配曲线。

根据本实施例方案可以得出某型号ICP刻蚀机的腔压和进气流量的匹配曲线如图5所示：

基于图5中的曲线，在曲线的右上区域属于可以稳定控压的区域，即如果工艺人员使用的工艺配方中的进气流量和腔压落在这个区域则可以正常控压，反之，若落在曲线的左下区域则不能正常控压。同理，上述曲线只是一些临界点的集合，即能正常控压与不能正常控压之间的分界线。工艺人员在实际作业过程中可以在稳定控压的区域根据具体的工艺要求进行工艺参数的选择。以此可以在刻蚀工艺需要在低腔压和高进气流量的情况下进行刻蚀时自动由软件给出可以正常控压的相关工艺配方，提升刻蚀机的自动化程度。

需要说明的是，事实上对于图3和图5中的曲线的获得是相对比较困难的，如果人工来做的话需要大量的工作量，而有了这条曲线以后再给出工艺配方就相对简单，因此能够将工作量大的部分实现了自动化。

本发明实施例还提出一种半导体工艺设备，包括上位机，上位机包括：

至少一个处理器；以及，

与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行以上任意实施例的半导体工艺配方中工艺参数值的匹配方法。

根据本公开实施例的电子设备包括存储器和处理器，该存储器用于存储非暂时性计算机可读指令。

具体地，存储器可以包括一个或多个计算机程序产品，该计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。该易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。该非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。

该处理器可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其它形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其它组件以执行期望的功能。在本公开的一个实施例中，该处理器用于运行该存储器中存储的该计算机可读指令。

本领域技术人员应能理解，为了解决如何获得良好用户体验效果的技术问题，本实施例中也可以包括诸如通信总线、接口等公知的结构，这些公知的结构也应包含在本公开的保护范围之内。

采用本实施例的半导体工艺设备，如ICP刻蚀设备，能够在刻蚀工艺需要在低腔压和低上电极功率的情况下进行刻蚀时自动由软件给出可以正常启辉的相关工艺配方，或者在刻蚀工艺需要在低腔压和高进气流量的情况下进行刻蚀时自动由软件给出可以正常控压的相关工艺配方，提升刻蚀机的自动化程度。

实施例4

本发明实施例还提出一种半导体工艺配方中工艺参数值的匹配装置，该装置包括：

工艺参数设置模块，用于设置半导体工艺配方中特定工艺步骤涉及的第一工艺参数和第二工艺参数的值；

执行模块，用于控制半导体工艺设备基于工艺参数设置模块中第一参数和第二参数的设定值执行特定的工艺步骤；

记录模块，用于记录选取的第一参数和第二参数的值；

匹配曲线生成模块，用于基于记录模块记录的第一参数和第二参数的值生成工艺参数值匹配曲线；

工艺配方匹配模块，用于执行以下步骤：

S1、将工艺参数设置模块中第一工艺参数的值设置为第一初始值，将第二工艺参数的值设置为的第二初始值；

S2、判断执行模块基于当前第一工艺参数和第二工艺参数的值，是否可以执行特定工艺步骤，若是，则执行步骤S3，若否，则执行步骤S4；

S3、按照第一预设规则调整工艺参数设置模块中第一工艺参数的值，并使第二工艺参数的设定值保持不变，返回步骤S2；

S4、通过记录模块记录当前第一工艺参数和第二工艺参数的值；

S5、将工艺参数设置模块中第一参数的值设置为第一初始值，并按照第二预设规则调整第二工艺参数的值；

S6、判断第二工艺参数的值是否达到了预设的第二阈值，若否，则返回步骤S2，若是，则通过匹配曲线生成模块基于记录模块记录的所有第一工艺参数和第二工艺参数的值绘制出第一工艺参数和第二工艺参数对应的工艺参数值匹配曲线。

通过使用软件模块自动生成工艺配方中工艺参数值匹配曲线，并基于该工艺参数值匹配曲线，在半导体工艺设备执行特定工艺步骤时，能够自动快速给出可以正常执行特定工艺步骤的相关工艺配方，提升半导体设备的自动化程度。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。