專利名稱：采用時間序列分析預測-校正集成電路制造工藝控制方法
技術領域：
本發(fā)明屬于集成電路制造技術范圍，特別涉及一種采用時間序列分析預測-校正集成電路制造工藝控制方法。
技術背景本發(fā)明的背景有兩個方面， 一是在數(shù)學領域，對于寬平穩(wěn)隨機時間序列己經(jīng) 進行了多年的研究，形成了很多時間序列預測的算法；二是在集成電路制造領域， 各步驟的工藝結果客觀上是波動的，工藝的效果構成隨時間而波動起伏變化的時 間序列。將時間序列的分析技術引入集成電路制造的工藝控帝lj，將有可能針對工 藝的波動進行預測，從而可以在實際的波動發(fā)生之前，預先對工藝條件進行校正， 最終達到壓縮工藝波動，穩(wěn)定產(chǎn)品制造質量的目標。一，時間序列預測，這里以常見的ARMA模型時間序列預測為例來進行說明。 ARMA (Auto-Regressive Moving-Average)即自回歸移動平均模型，是一類 常用的時間序列模型，這種建模方法由美國統(tǒng)計學家博克斯(Gergeo Box)和英國 統(tǒng)計學家詹金斯(Gwilym Jenkins)在1968年提出來，亦稱B-J方法。它強調"讓 數(shù)據(jù)自己說話"，是一種精度較高的時序短期預測方法，被廣泛應用于工業(yè)、商 業(yè)預測和經(jīng)濟分析。其基本思想是某些時間序列是依賴于時間t的一族隨機變 量，構成該時序的單個序列值雖然具有不確定性，但整個序列的變化卻有一定的 規(guī)律性，變量可由其自身的過去值或滯后值以及隨機誤差項來解釋，并可以由建 立的模型來進行預測。ARMA 模型可由數(shù)學表達式描述為 x,=《xM + Ax,—] +…+ + s, + 6^_, +《&—2 +…+ (9,m式中x,為r時刻的觀察值，x,.,為H時刻的觀察值，即滯后項，A， g分別為 滯后項和隨機誤差項的系數(shù)。該式表達了x,對滯后項^,以及隨機誤差項的依賴關 系。式中的P， q分別表示用滯后項和隨機誤差項各多少項，來得到對于t時刻 觀察值的預測。若q=0，則ARAM模型變?yōu)樽曰貧w模型AR(p);若p=0，則ARAM模型變?yōu)橐苿悠骄Ｐ蚆A(g)。圖1所示為A脂A自回歸移動平均模型的建模過程，可以表示如下(1) 建立ARMA自回歸移動平均模型的前提條件是所要分析的序列必須是 一個平穩(wěn)時間序列，所以在建立ARMA模型之前必須對時間序列平穩(wěn)性進行檢驗， 如果原序列不平穩(wěn)，則要采取一定的數(shù)學處理將其平穩(wěn)化。現(xiàn)實中許多隨機時間 序列不具備平穩(wěn)過程的特征，如果硬用非平穩(wěn)的時間序列來套用ARMA算法建立 模型，就會出現(xiàn)虛假回歸的問題。判斷一個序列是否穩(wěn)定有很多方法，例如利用自相關值來判斷，若自相關值長期在置信區(qū)間之外且不趨近于0，則序列不穩(wěn)定；或者用單根檢驗，有單根則不平穩(wěn)，有幾個單根則幾階差分平穩(wěn)。(2) 建立A固A自回歸移動平均模型的第二步是模型的識別及參數(shù)估計，也 就是根據(jù)平穩(wěn)化后的時序的自相關函數(shù)圖與偏自相關函數(shù)圖的形式，來對時序模 型作最初的判斷。定出其階數(shù)(ARMA (p,q)自回歸移動平均模型中的p值和q 值)，計算出各滯后項和隨機誤差項的系數(shù)。(3) A固A自回歸移動平均模型的檢驗。為了檢驗所建立的模型是否準確， 利用殘差相關性。檢驗以及觀察殘差的自相關系數(shù)和偏自相關系數(shù)，判斷被估模 型的殘差序列^是否為白噪聲序列。若是白噪聲，則接受所建立的模型。否則， 還要重新進行模型的識別、定階、估計、檢驗等各步驟。二，常見的預測應用，例如預測太陽黑子活動周期，都隱含有一個前提，就 是不人為地去擾動數(shù)據(jù)序列，否則數(shù)據(jù)序列就不會是寬平穩(wěn)隨機的，預測算法也 就無法正確和準確地應用了。又如以集成電路制造工藝中外延工藝為例，如果既 預測所生長的外延層的厚度，同時又通過對工藝條件的調整去調控外延層的最終 生長厚度，這樣的做法在邏輯上就是不自洽的，因而應用也就無法成功。這是處 理預測算法在實踐應用中的一個難題，以往的集成電路制造工藝，采用的是固定 的工藝條件，對于大規(guī)模的生產(chǎn)制造，工藝條件是不允許變動的，主要靠不斷地 提高制造系統(tǒng)、半導體設備的性能來提高和保證產(chǎn)品參數(shù)的重復性，均勻性。本發(fā)明提出根據(jù)時間序列預測的結果來動態(tài)地校正、改變工藝條件，意味著提出了 與當前的集成制造截然不同的制造控制模式，是在技術方法上的重大創(chuàng)新。盡管將比較成熟的時間序列預測算法應用于集成電路制造的先進工藝控制 領域，這樣的想法很簡單，但具體實現(xiàn)起來，卻必須處理算法與應用之間邏輯上 自洽的問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種采用時間序列分析預測-校正集成電路制造工藝控 制方法，其特征在于，將與集成電路制造工藝結果有關的數(shù)據(jù)，通過建立工藝模型的方式進行分離，分離出易于進行調控的工藝參數(shù)和對工藝結果有影響的參 數(shù)，然后將對工藝結果有影響的參數(shù)的影響值按時間順序排列，形成時間序列； 采用時間序列分析的算法處理，應用ARMA自回歸移動平均模型的建模方法，對 該時間序列的總的變化趨勢一工藝結果的可能的變化趨勢進行預測；通過調整易 于調控的工藝參數(shù)，對工藝條件的動態(tài)化校正，補償所預測到的工藝波動，使工 藝結果達到平穩(wěn)，從而實現(xiàn)工藝條件的動態(tài)化處理。在無需硬件投入，不明顯增 加制造成本的前提下，取得更好的工藝控制效果。所述工藝步驟建模，是將集成電路制造工藝所包含的熱生長方法生長熱氧化 層的工藝，外延技術生長各類外延層材料的工藝，通過LPCVD低壓化學氣相淀積 生長氧化層、多晶硅層、氮化硅層的工藝，通過PECVD等離子增強化學氣相淀積 生長氧化層、氮化硅層的工藝，通過蒸發(fā)或濺射技術淀積各類金屬層的工藝，通 過離子注入形成不同的半導體材料摻雜層的工藝，以及熱擴散、退火、合金在內(nèi) 的各類熱處理工藝，通過高密度等離子體，反應離子刻蝕等技術刻蝕各類材料層 的工藝，通過MBE分子束外延、ALD原子層淀積、S0G旋涂法玻璃生長技術生長 薄膜層的工藝，各類清洗和濕法腐蝕工藝，這些工藝的工藝效果與影響工藝效果 的各類因素之間的關系，建立唯像的模型，典型的工藝模型具有"工藝結果參數(shù) 二達到工藝結果的速率項X工藝時間項"的形式。所述工藝建?？梢圆蝗∏笆?工藝結果參數(shù)二達到工藝結果的速率項X工藝時間項"的典型形式，而一般化為"工藝結果參數(shù)=/ 6°， a心:/'的形式，這里/是工藝結果隨工藝因素變化的函數(shù)式，函數(shù)式的自變量為可調工藝因素a心:和 其他工藝因素尸。此時"工藝建模-時間序列分析預測-工藝條件動態(tài)化校正"的 三階段處理步驟仍然不變，僅在具體的計算過程中，根據(jù)具體的工藝模型的函數(shù) 形式來進行預測和校正的處理。所述時間序列分析算法處理，是使用成熟的數(shù)學工具，針對工藝步驟建模過 程中得到的，由"達到工藝結果的速率項"按時間排列的而構成的時間序列，進 行時間序列模型分析與預測。這一步不考慮影響工藝結果的工藝時間項，因此工 藝時間因素是與所有其他可能影響最終工藝結果的因素相分離的。經(jīng)過時間序列 建模與預測，就得到"達到工藝結果的速率項"在下一次工藝時的可能值。所述的工藝條件的動態(tài)化校正，是依據(jù)上述預測值，又根據(jù)己經(jīng)建立的工藝模型工藝結果參數(shù)二達到工藝結果的速率項X工藝時間項，通過調整工藝時間 項取值的方式，去補償速率項可能的變化，達到最終穩(wěn)定工藝結果參數(shù)的目的。本發(fā)明的有益效果是，可以在不進行硬件投入，不明顯增加制造成本的前提 下，對于變化率的波動進行補償，從而可以大大提高工藝結果的穩(wěn)定性，取得更 好的工藝穩(wěn)定性的控制效果


圖1為ARMA自回歸移動平均模型的建模過程圖。圖2 "工藝建模-時間序列分析預測-工藝條件校正"的控制方法流程圖。
具體實施方式
本發(fā)明提供一種采用時間序列分析預測-校正的，集成電路制造工藝控制方 法。圖2 "工藝建模-時間序列分析預測-工藝條件校正"的控制方法流程圖。以下以集成電路制造中的外延工藝的實施例，結合圖2所示的"工藝建模-時間序列分析預測-工藝條件校正"的控制方法流程圖來說明時間序列預測如何 應用到集成電路制造中，進行先進的工藝控制。對于外延工藝，外延的厚度和生長時間成正比，因此可以建立以下的工藝模型
厚度=生長時間X外延層生長速率
外延工藝中可控的工藝參量，有氣流量，通氣時間，氣體摻雜比，溫度，及 反應腔壓強等。通常這些工藝條件是固定的，但設備在執(zhí)行設定條件下的工藝菜 單時往往因為各種各樣的原因而存在著波動，工藝參量上的這些波動直接反映 為，外延層生長速率并不能保持恒定，而是要發(fā)生隨機的變化。這樣通過工藝模 型，我們就將"生長時間"變量與其他各變量(這些變量綜合為"外延層生長速 率"單一變量)進行了合理的分離。預測只針對外延層生長速率進行；而對工藝 的調整，只針對生長時間進行。這樣既不會產(chǎn)生自洽的問題，在另一方面，如果 對于生長速率的預測是準確的，則通過調整生長時間，確實可以實現(xiàn)將生長厚度 牢牢地固定在設定厚度上的最終目標。
綜上所述，通過對工藝建模，可以將工藝變量進行適當?shù)姆蛛x；采用時間序 列分析的算法處理，對于工藝中可能的參數(shù)，主要是反映外延生長速率的參數(shù)， 對其波動進行預測；通過調整另外的工藝參數(shù)，主要是工藝處理的時間，可以補 償所預測的工藝波動，從而實現(xiàn)了工藝條件的動態(tài)化處理。在無需硬件投入，不 明顯增加制造成本的前提下，取得更好的工藝控制效果。
以外延工藝為例，具體的實施過程為
1) 在每次外延工藝后，測量外延層的厚度， 一般來說，所測量到的外延層 厚度，相對于要求的厚度總是存在或多或少的偏差的。收集各次外延的外延層厚 度數(shù)據(jù)，將這些工藝結果的測試數(shù)據(jù)按時間順序排列，形成時間序列；
2) 根據(jù)"厚度-生長時間X外延層生長速率"這樣的工藝模型，用每一次的 外延層厚度值除以各次的實際生長時間，得到外延層生長速率按時間順序排列的 時間序列；
3) 應用時間序列分析預測算法，例如ARMA自回歸移動平均模型算法，對于 上面的外延層生長速率的時間序列建模，也就是建立時間序列的預測模型，計算 模型參數(shù)；4) 根據(jù)所建立的時間序列預測模型，預測下一次工藝中外延層生長速率的 可能的變化趨勢；
5) 根據(jù)預測，外延層生長速率可能會變快或者變慢，這時由"厚度=生長時 間x外延層生長速率"這樣的工藝模型，有針對性地調整"生長時間"，去補償
"外延層生長速率"的波動，就能夠實現(xiàn)對外延層厚度，也就是最終工藝結果， 的相對穩(wěn)定的控制。
采用吋間序列分析進行工藝結果預測，進而校正工藝條件的集成電路制造工 藝控制方法，根據(jù)工藝對于工藝因素的依賴關系不同，也可采用其他方式的工藝 模型。例如對于涉及到較多工藝氣體的工藝，可以將某種工藝氣體的氣流量單獨 獨立出來，認為最終的工藝結果，在設定值附近的變化隨氣流量的微調是線性的， 也就是一般所說的一階近似，其他所有因素的綜合效果只影響這個線性變化的變 化率，因而可以針對線性變化的變化率進行時間序列預測，通過校正該氣體的流 量，達到穩(wěn)定工藝結果的最終目的。
權利要求
1.一種采用時間序列分析預測-校正集成電路制造工藝控制方法，其特征在于，將與集成電路制造工藝結果有關的數(shù)據(jù)，通過建立工藝模型的方式進行分離，分離出易于進行調控的工藝參數(shù)和對工藝結果有影響的參數(shù)，然后將對工藝結果有影響的參數(shù)的影響值按時間順序排列，形成時間序列；采用時間序列分析的算法處理，應用ARMA自回歸移動平均模型的建模方法，對該時間序列的總的變化趨勢-工藝結果的可能的變化趨勢進行預測；通過調整易于調控的工藝參數(shù)，對工藝條件的動態(tài)化校正，補償所預測到的工藝波動，使工藝結果達到平穩(wěn)，從而實現(xiàn)工藝條件的動態(tài)化處理，在無需硬件投入，不明顯增加制造成本的前提下，取得更好的工藝控制效果。
2. 根據(jù)權利要求1所述采用時間序列分析預測-校正集成電路制造工藝控制 方法，其特征在于，所述工藝步驟建模，是將集成電路制造工藝，包括熱生長方 法生長熱氧化層的工藝，外延技術生長各類外延層材料的工藝，通過LPCVD低壓 化學氣相淀積生長氧化層、多晶硅層、氮化硅層的工藝，通過PECVD等離子增強 化學氣相淀積生長氧化層、氮化硅層的工藝，通過蒸發(fā)或濺射技術淀積各類金屬 層的工藝，通過離子注入形成不同的半導體材料摻雜層的工藝，以及熱擴散、退 火、合金在內(nèi)的各類熱處理工藝，通過高密度等離子體，反應離子刻蝕等技術刻 蝕各類材枓層的工藝，通過MBE分子束外延、ALD原子層淀積、S0G旋涂法玻璃 生長技術生長薄膜層的工藝，各類清洗和濕法腐蝕工藝等，這些工藝的工藝效果 與影響工藝效果的各類因素之伺的關系，建立唯像的模型，典型的工藝模型具有"工藝結果參數(shù)^達到工藝結果的速率項X工藝時間項"的形式。
3. 根據(jù)權利要求2所述采用時間序列分析預測-校正集成電路制造工藝控制 方法，其特征在于，所述工藝建模也可以不取"工藝結果參數(shù)=達到工藝結果的 速率項X工藝時間項"典型形式，而一般化為"工藝結果參數(shù)=/ (T， s心:/'的 形式，這里/是工藝結果隨工藝因素變化的函數(shù)式，函數(shù)式的自變量為可調工藝 因素a心:和其他工藝因素尸，此時"工藝建模-時間序列分析預測-工藝條件動態(tài) 化校正"的三階段處理步驟仍然不變，僅在具體的計算過程中，須根據(jù)具體的工藝模型的函數(shù)形式來進行預測和校正的處理。通過預測某些量的波動的總效果， 有針對性地、動態(tài)地調整另外的工藝參數(shù)，來補償波動量，穩(wěn)定工藝。
4. 根據(jù)權利要求1所述采用時間序列分析預測-校正集成電路制造工藝控制 方法，其特征在于，所述時間序列分析算法處理，是使用成熟的數(shù)學工具，針對 工藝步驟建模過程中得到的，由"達到工藝結果的速率項"按時間排列的而構成 的時間序列，進行時間序列模型分析與預測。這一步不考慮影響工藝結果的工藝 時間項，因此工藝時間因素是與所有其他可能影響最終工藝結果的因素相分離 的，經(jīng)過時間序列建模與預測，就得到"達到工藝結果的速率項"在下一次工藝 時的可能值。
5. 根據(jù)權利要求1所述采用時間序列分析預測-校正集成電路制造工藝控制 方法，其特征在于，所述的工藝條件的動態(tài)化校正，是依據(jù)上述預測值，又根據(jù) 已經(jīng)建立的工藝模型工藝結果參數(shù)^達到工藝結果的速率項X工藝時間項，通 過調整工藝時間項取值的方式，去補償速率項可能的變化，達到最終穩(wěn)定工藝結 果參數(shù)的目的。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于集成電路制造技術范圍的一種采用時間序列分析預測-校正集成電路制造工藝控制方法。將與集成電路制造工藝結果有關的數(shù)據(jù)，通過建立工藝模型的方式進行分離，剝離出其中與工藝結果有關且易于進行調控的工藝參數(shù)；其他參數(shù)的影響值按時間順序排列，形成時間序列；采用時間序列分析的算法處理，例如應用ARMA自回歸移動平均模型的建模方法，對該時間序列的總的變化趨勢(因而工藝結果的可能的變化趨勢)進行預測；通過調整易于調控的工藝參數(shù)，補償所預測到的工藝波動，使工藝結果達到平穩(wěn)，從而實現(xiàn)工藝條件的動態(tài)化處理。在無需硬件投入，不明顯增加制造成本的前提下，取得更好的工藝控制效果，從而大大提高工藝結果的穩(wěn)定性。
文檔編號G05B17/00GK101231508SQ20081005635
公開日2008年7月30日 申請日期2008年1月17日 優(yōu)先權日2008年1月17日
發(fā)明者嚴利人, 劉志弘, 衛(wèi) 周, 竇維治 申請人:中電華清微電子工程中心有限公司