[发明专利]半导体制造设备

说明书

本发明涉及半导体制造设备，具体涉及与一系列用于制造半导体产品的工艺有关的半导体制造设备。

常规的半导体制造集中在批量生产种类较少的器件，主要是存储器和通用逻辑产品。目前，用于生产特定类型的器件、构成系统的产品如ASIC(它们是专门设计用于实现某些客户所需要的应用或是提供客户提出要求的产品)的少量作业只能在用于批量生产标准器件的处理间隔中进行。但是，近来已经开发出了硅上系统布局，整个系统安装于单个芯片上的产品类型的产量在逐渐增加。一般没有安装存储器的半导体产品，即在逻辑器件上安装存储器的产品，如果将整个系统安装在单块芯片上，就需要在相同芯片上安装逻辑电路和存储器的技术。

对于目前半导体器件的制造而言，当重点在少量产品的生产上时，由于衬底尺寸的扩展和布线尺寸的减小，可以从单个衬底获得的芯片数目增加，从而有助于降低生产成本。这样，目前衬底的尺寸达到300mm，而作为所开发用于减小布线尺寸的装置的结果，所有的公司现在都能实现0．18微米以下的布线尺寸。

对于ASIC，门阵列器件和单元库器件是主要的生产类型，元件库可以公用，而对于门阵列器件，布线必须被安排成可以满足各种客户的需要。

对于门阵列ASIC，使用公共库并且只有布线必须被安排以便提供满足客户需求的设计；但是，因为对于小型设计，可以有很大的灵活性，而随着系统尺寸的增加，在制造能够提供客户所要求性能的器件中遇到的困难也会增加。这样，人们发现当设计ASIC时，必须采用单元库器件，但是尽管单元库器件可以公用相同的库，对于这种ASIC，设计者仍必须从最初开始。

尽管有些ASIC产品通过采用批量处理的方法制造，通常情况下，ASIC是为单个客户特别制备的，这与通用产品不同，从而只有少数几种这类器件需要批量处理。

在用于制造半导体器件的普通过程中，将数十个硅基底作为必须在每个步骤中处理的一组(通常称为一批或一批次，后面将称为一批)。

在小规模生产遇到的产品类型中，是通过仅采用单晶硅衬底作为一批来满足需要的。在这种情况下，在制造过程中通常将几个衬底作为一批。

对于大规模的生产来说，每个月至少要将用于一种产品类型的1000件硅衬底(20至25批)送到生产线上。

在制造半导体时，执行将杂质扩散至衬底中的工艺和布线工艺是主要的操作，而用于进行部分扩散的光刻工艺和腐蚀工艺是辅助的操作。

在工艺过程中由于例如过度或不好的腐蚀会造成失败。这种现象的发生是由于腐蚀条件的差异，或是由于淀积的膜过厚或过薄造成的。

特征故障是由于在扩散工艺中所达到的杂质实际密度或深度与设计值的差异造成的，或是由于因为布线太粗在布线之间电容的增加或者是由于布线太细使电阻增加而造成的。

一般而言，这些故障大致分为系统故障和随机故障。

对于大规模生产的少数几种器件来说，为了防止在个别过程中的故障，要每隔几批或逐批地监测与设计的中心值的偏差。因此，对于重要的过程，在每批之前要检验几个监测衬底，或是在它们沿生产线运送时被加到和用批次中并被处理。但是，随着衬底尺寸的增加，对于用批量单位集中生产半导体器件来说，系统不久就会变得太大，而一批当中的变化就无法接受了。因此，采用对于个别衬底的处理(此后称为单晶片处理)的生产系统的情况在增加。在这种情况下，对每批采用监测衬底并进行检验。

作为布线尺寸减少的结果，存在这样一个问题，即由颗粒(灰尘)污染造成的故障增加，而由于在加工过程中检验的操作是造成灰尘污染的原因，上述方法已逐渐不再使用。

目前的半导体生产工艺是通过使用称为加工管理片的薄片来进行的。在薄片上写上一系列的处理。加工管理片的各项说明了加工对象(例如一微米厚的热氧化膜)以及从包含在加工条件和结果的关系表中选择的加工条件(例如在1400度按1∶1的比率流氧化两小时)。当在与用于制备一处方(recipe)的初始状态相同的初始状态、以及所用设备的状态与用于制备该处方的设备状态相同的条件下对晶片进行实验时，相应地可获得相同的结果。

但是，半导体生产工艺包括许多步骤，而晶片个体都有它们自己的加工历史。这样，用于处理的晶片的初始状态不总是与用于制备处方的晶片相同。