CN108878274B - 快速热退火工艺能力的监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种快速热退火工艺能力的监控方法，通过在所述晶圆边缘至所述晶圆圆心之间的区域设置多个测试区，然后将所述晶圆表面非晶化，再对所述有源区进行正常的源漏离子注入和快速热退火工艺，所述快速热退火工艺修复激活所述有源区注入的杂质，并且修复所述晶圆表面因为非晶化而产生的晶格缺陷，通过获取所述测试区的晶化参数以得到所述晶圆表面的晶化参数与位置的实际对应关系，将所述实际对应关系与一理想对应关系进行比较就能够判断出所述快速热退火工艺能力是否满足控制要求，实现对快速热退火工艺的在线监控，避免不同的批次间的晶圆存在差异而导致器件的性能差异。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种快速热退火工艺能力的监控方法。
背景技术
快速热退火工艺(Rapid Thermal Annealing，RTA)在现代半导体产业有重要的应用，其可以极快的升温并在目标温度短暂持续，以对硅片进行热退火，快速的升温过程和短暂的持续时间能够在晶格缺陷的修复、激活杂质和最小化杂质扩散三者之间取得优化。
CMOS器件是集成电路的主要构成单元，根据其制造流程及工艺，RTA工艺对其电性参数在晶圆内的分布具有强相关性，所以为了提高晶圆内不同区域芯片CMOS器件的均一性，提高产品工艺窗口，可以提高RTA工艺在晶圆不同区域热量分布的均匀性，从而改善芯片良率。在RTA工艺中，对晶圆每个区域的温度设定是定值，而进行RTA工艺时，由于存在工艺散布，会引起以下两种效应：前道工艺影响导致晶圆对RTA不同区域温度的响应不同，导致在晶圆内不同区域CMO器件参数存在分布，从而导致晶圆电性参数的散布较大，减小了工艺窗口；由于晶圆制造流程的特点，晶圆边缘的工艺窗口较窄，而当RTA工艺在晶圆边缘区域设定统一温度时，无法有效补偿批次和批次间存在的差异以及RTA工艺本身造成的波动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速热退火工艺能力的监控方法，实现对快速热退火工艺能力的在线监控。
为了达到上述目的，本发明提供了一种快速热退火工艺能力的监控方法，所述快速热退火工艺能力的监控方法包括：
提供一晶圆，所述晶圆包括有源区及多个测试区，多个所述测试区分布于所述晶圆边缘至所述晶圆圆心之间的区域，
将所述晶圆表面非晶化；
对所述有源区进行源漏离子注入；
对所述晶圆进行快速热退火工艺；
获取多个所述测试区的晶化参数以得到所述晶圆表面的晶化参数与位置的实际对应关系；
通过比较所述实际对应关系与一理想对应关系，得到所述快速热退火工艺能力是否满足控制要求。
可选的，获取所述理想对应关系的方法包括：
提供多个测试晶圆，并将所述测试晶圆的表面非晶化；
将多个所述测试晶圆进行标准的快速热退火工艺；
获取多个所述测试晶圆表面多个位置处的晶化参数以得到所述测试晶圆表面的晶化参数与位置的理想对应关系。
可选的，所述实际对应关系与所述理想对应关系的偏差在一设定范围内，所述快速热退火工艺能力满足控制要求；所述实际对应关系与所述理想对应关系的偏差超出所述设定范围，所述快速热退火工艺能力不满足控制要求。
可选的，通过比较所述实际对应关系与所述理想对应关系，调控所述快速热退火时所述晶圆不同位置处的温度，使所述快速热退火工艺满足控制要求。
可选的，当所述实际对应关系与所述理想对应关系产生整体偏移时，整体升高或降低所述快速热退火工艺的温度；当所述实际对应关系与所述理想对应关系产生局部偏移时，在产生偏移的局部位置升高或降低所述快速热退火工艺的温度。
可选的，对所述晶圆进行快速热退火工艺之前，所述快速热退火工艺能力的监控方法还包括：
形成第一介质层，所述第一介质层覆盖所述晶圆。
可选的，对所述晶圆进行快速热退火工艺之后，所述快速热退火工艺能力的监控方法还包括：
形成第二介质层，所述第二介质层覆盖所述第一介质层；
刻蚀所述第二介质层及所述第一介质层以形成开口，所述开口暴露出所述有源区及多个测试区。
可选的，所述晶圆包括含硅衬底，采用对所述晶圆进行离子注入的方法将所述晶圆表面非晶化，注入的离子包括锗离子、硅离子及氙离子中的一种或多种。
可选的，所述晶圆的尺寸为28nm-55nm。
可选的，采用椭圆偏振光谱仪或拉曼光谱仪获取所述晶圆表面的晶化参数。
在本发明提供的快速热退火工艺能力的监控方法中，通过在所述晶圆边缘至所述晶圆圆心之间的区域设置多个测试区，然后将所述晶圆表面非晶化，再对所述有源区进行正常的源漏离子注入和快速热退火工艺，所述快速热退火工艺修复激活所述有源区注入的杂质，并且修复所述晶圆表面因为非晶化而产生的晶格缺陷，通过获取所述测试区的晶化参数以得到所述晶圆表面的晶化参数与位置的实际对应关系，将所述实际对应关系与一理想对应关系进行比较就能够判断出所述快速热退火工艺能力是否满足控制要求，实现对快速热退火工艺的在线监控，避免不同的批次间的晶圆存在差异而导致器件的性能差异。
附图说明
图1为本发明实施例提供的快速热退火工艺能力的监控方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的理想对应关系的示意图；
图3为本发明实施例提供的实际对应关系的一种示意图；
图4为本发明实施例提供的实际对应关系的又一种示意图；
其中，a-线条a，b-线条b，b’-线条b’，b”-线条b”，X1-X1位置，X2-X2位置。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参阅图1，其为本实施例提供的快速热退火工艺能力的监控方法的流程图，所述快速热退火工艺能力的监控方法包括：
S1：提供一晶圆，所述晶圆包括有源区及多个测试区，多个所述测试区分布于所述晶圆边缘至所述晶圆圆心之间的区域，
S2：将所述晶圆表面非晶化；
S3：对所述有源区进行源漏离子注入；
S4：对所述晶圆进行快速热退火工艺；
S5：获取多个所述测试区的晶化参数以得到所述晶圆表面的晶化参数与位置的实际对应关系；
S6：通过比较所述实际对应关系与一理想对应关系，得到所述快速热退火工艺能力是否满足控制要求。
首先，在对大批量的离子注入后的晶圆进行快速热退火工艺之前，工程师通常会将快速热退火机台进行校准，校准时已经对晶圆上不同区域的温度进行了补偿，以保证其能够进行标准的快速热退火工艺。接着提供多个测试晶圆，所述测试晶圆的尺寸为28nm-55nm。所述测试晶圆通常是一块只包括衬底的裸晶圆，可选的，所述测试晶圆的衬底中含硅，例如是硅衬底、锗硅衬底及绝缘体上的硅衬底等。在所述测试晶圆的衬底中注入锗离子、硅离子及氙离子中的一种或多种，以将所述测试晶圆的表面非晶化，然后将多个所述测试晶圆在所述快速热退火进行标准的快速热退火工艺，所述快速热退火工艺会修复所述测试晶圆表面的晶格缺陷，使所述测试晶圆表面的非晶结构晶化。由于多个所述测试晶圆采用的是同样的快速热退火设备，并且执行同样的快速热退火工艺(退火的时间、温度等参数均相同)，理想状态下，所述测试晶圆表面各位置处的晶化参数应该是相等的。接下来，获取每个所述测试晶圆表面多个位置处的晶化参数，将所有的晶化参数与位置的对应数据拟合成为所述测试晶圆表面的晶化参数与位置的理想对应关系，具体如图2所示，线条a可以近似看作一条直线。
可选的，为了提高所述理想对应关系的精度，可以适应性增加所述测试晶圆的数量，并且尽量多测试所述测试晶圆上不同位置处的晶化参数，得到的数据越多，所述理想对应关系更接近真实的情况。由于所述快速热退火设备是通过设置于所述测试晶圆底部的环状加热器进行加热的，所以所述测试晶圆上半径相同的环带上的晶圆参数理论上来说是相等的，可以将所述测试晶圆划分成尽量多的环带，而每个环带上只需要检测一个位置的晶化参数。
请参阅图3，执行步骤S1，提供晶圆，所述晶圆的尺寸、规格等各种参数均与所述测试晶圆相同。所述晶圆上形成有呈横纵排列的划片道，所述晶圆包括有源区及多个测试区，多个所述测试区设置于所述划片道上，所述测试区分布于所述晶圆的边缘至中心处的各个位置处，便于后续检测所述晶圆表面的晶化参数。所述测试区的数量可以适量多一些，以提高后续获得的实际对应关系的精度。接下来，执行步骤S2，将所述晶圆表面非晶化。进一步，将所述晶圆表面非晶化的工艺与将所述测试晶圆表面非晶化的工艺相同，例如：将所述测试晶圆表面非晶化的工艺是对所述测试晶圆进行锗离子注入，那么，对所述晶圆表面非晶化的工艺也为对所述晶圆进行锗离子注入，并且注入锗离子的能量、剂量等各工艺参数均相同。
接着执行步骤S3，对所述有源区进行源漏离子注入，以形成源漏区，当然，对所述有源区进行源漏离子注入时，所述测试区被掩膜覆盖住，使所述有源区的源漏离子注入工艺不会对所述测试区造成影响。可选的，所述源漏区注入的离子及注入的深度可以适需要形成的器件进行调整，本发明不作限制。然后在所述晶圆上形成第一介质层，所述第一介质层覆盖所述晶圆上，以防止后续进行快速热退火工艺时所述源漏区注入的离子逸出，并且所述第一介质层还可以调整后续薄膜沉积于所述晶圆上的应力。
接下来，执行步骤S4，对所述晶圆进行快速热退火工艺。具体的，将所述晶圆在所述快速热退火设备中进行快速热退火工艺，所述快速热退火工艺能够将所述有源区注入的离子进行激活并修复所述晶圆表面由于非晶化被破坏的晶格结构。进一步，对所述晶圆进行的快速热退火工艺与对所述测试晶圆进行的快速热退火工艺相同，例如：对所述测试晶圆进行快速热退火工艺的温度是1000摄氏度，那么，对所述晶圆进行快速热退火工艺的温度也是1000摄氏度，并且退火的时间、湿度等工艺参数均相同。
进一步，由于在所述晶圆上形成了第一介质层，为了便于测量所述晶圆表面的晶化参数，在所述第一介质层上形成第二介质层，然后刻蚀所述第二介质层及第一介质层以暴露出所述测试区及有源区。优选的，所述第一介质层的材料为氧化硅，所述第二介质层的材料为氮化硅。
接着执行步骤S5，将所述晶圆上各个位置处的多个测试区的晶化参数均测试出来，然后将所述多个晶化参数拟合成所述晶圆表面的晶化参数与位置的实际对应关系，可选的，可以采用椭圆偏振光谱仪或拉曼光谱仪获取所述晶圆表面的晶化参数。由于所述晶圆与所述测试晶圆均采用的相同的晶圆，对所述晶圆与所述测试晶圆采用了相同的非晶化工艺及快速热退火工艺，理论上来说，所晶圆表面的晶化参数与位置的实际对应关系与所述测试晶圆表面的晶化参数与位置的理想对应关系应该保持一致。但由于所述晶圆在快速热退火处理之间还经过了其他的前道工艺(例如对有源区进行离子注入等)，而不同的晶圆经过的前道工艺可能会出现一些偏差，并且，所述快速热退火处理设备会产生工艺波动，导致不同的所述晶圆之间、或者不同批次的所述晶圆之间出现差异，进而导致器件的工艺参数差异。
最后执行步骤S6，通过比较所述实际对应关系与所述理想对应关系，得到所述快速热退火工艺能力是否满足控制要求。具体的，若所述实际对应关系与所述理想对应关系之间的偏差在一设定范围内，所述快速热退火工艺能力满足控制要求；所述实际对应关系与所述理想对应关系的偏差超出所述设定范围，所述快速热退火工艺能力不满足控制要求。所述设定范围可以依据实际需要形成的器件的精度进行设定和调整，本发明不作限制。
进一步，请参阅图3，其中，当所述实际对应关系与所述理想对应关系产生整体偏移时(线条b为整体下偏的情况，线条b’为整体上偏的情况)，可以通过整体升高或降低所述快速热退火工艺的温度使所述实际对应关系趋近于所述理想对应关系，使所述快速热退火工艺能力满足控制要求；、如图4所示，当所述实际对应关系与所述理想对应关系产生局部偏移时(线条b”在X1位置处上偏，在X2位置处下偏)，通过在产生偏移的局部位置升高或降低所述快速热退火工艺的温度，使所述实际对应关系趋近于所述理想对应关系，使所述快速热退火工艺能力满足控制要求。
综上，在本发明实施例提供的快速热退火工艺能力的监控方法中，通过在所述晶圆边缘至所述晶圆圆心之间的区域设置多个测试区，然后将所述晶圆表面非晶化，再对所述有源区进行正常的源漏离子注入和快速热退火工艺，所述快速热退火工艺修复激活所述有源区注入的杂质，并且修复所述晶圆表面因为非晶化而产生的晶格缺陷，通过获取所述测试区的晶化参数以得到所述晶圆表面的晶化参数与位置的实际对应关系，将所述实际对应关系与一理想对应关系进行比较就能够判断出所述快速热退火工艺能力是否满足控制要求，实现对快速热退火工艺的在线监控，避免不同的批次间的晶圆存在差异而导致器件的性能差异。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种快速热退火工艺能力的监控方法，其特征在于，所述快速热退火工艺能力的监控方法包括：
提供一晶圆，所述晶圆包括有源区及多个测试区，多个所述测试区分布于所述晶圆边缘至所述晶圆圆心之间的区域；
将所述晶圆表面非晶化；
对所述有源区进行源漏离子注入；
对所述晶圆进行快速热退火工艺；
获取多个所述测试区的晶化参数以得到所述晶圆表面的晶化参数与位置的实际对应关系；
通过比较所述实际对应关系与一理想对应关系，得到所述快速热退火工艺能力是否满足控制要求。
2.如权利要求1所述的快速热退火工艺能力的监控方法，其特征在于，获取所述理想对应关系的方法包括：
提供多个测试晶圆，并将所述测试晶圆的表面非晶化；
将多个所述测试晶圆进行标准的快速热退火工艺；
获取多个所述测试晶圆表面多个位置处的晶化参数以得到所述测试晶圆表面的晶化参数与位置的理想对应关系。
3.如权利要求2所述的快速热退火工艺能力的监控方法，其特征在于，所述实际对应关系与所述理想对应关系的偏差在一设定范围内，所述快速热退火工艺能力满足控制要求；所述实际对应关系与所述理想对应关系的偏差超出所述设定范围，所述快速热退火工艺能力不满足控制要求。
4.如权利要求3所述的快速热退火工艺能力的监控方法，其特征在于，通过比较所述实际对应关系与所述理想对应关系，调整所述快速热退火时所述晶圆不同位置处的温度，使所述快速热退火工艺满足控制要求。
5.如权利要求4所述的快速热退火工艺能力的监控方法，其特征在于，当所述实际对应关系与所述理想对应关系产生整体偏移时，整体升高或降低所述快速热退火工艺的温度；当所述实际对应关系与所述理想对应关系产生局部偏移时，在产生偏移的局部位置升高或降低所述快速热退火工艺的温度。
6.如权利要求1所述的快速热退火工艺能力的监控方法，其特征在于，对所述晶圆进行快速热退火工艺之前，所述快速热退火工艺能力的监控方法还包括：
形成第一介质层，所述第一介质层覆盖所述晶圆。
7.如权利要求6所述的快速热退火工艺能力的监控方法，其特征在于，对所述晶圆进行快速热退火工艺之后，所述快速热退火工艺能力的监控方法还包括：
形成第二介质层，所述第二介质层覆盖所述第一介质层；
刻蚀所述第二介质层及所述第一介质层以形成开口，所述开口暴露出所述有源区及多个测试区。
8.如权利要求1所述的快速热退火工艺能力的监控方法，其特征在于，所述晶圆包括含硅衬底，采用对所述晶圆进行离子注入的方法将所述晶圆表面非晶化，注入的离子包括锗离子、硅离子及氙离子中的一种或多种。
9.如权利要求8所述的快速热退火工艺能力的监控方法，其特征在于，所述晶圆的尺寸为28nm-55nm。
10.如权利要求1所述的快速热退火工艺能力的监控方法，其特征在于，采用椭圆偏振光谱仪或拉曼光谱仪获取所述晶圆表面的晶化参数。
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