一种提高快速退火炉片间重复性的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高快速退火炉片间重复性的方法，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种提高快速退火炉片间重复性的方法


[0001]本专利技术涉及半导体集成电路领域，具体涉及一种提高快速退火炉片间重复性的方法
。

技术介绍

[0002]随着半导体集成电路的不断发展，竞争变得非常激烈，能够批量生产是在激烈竞争中赢得生存的至关重要因素，批量生产最基本要求是同一批次晶圆在生产过程中具有高度的片间重复性，快速退火炉作为半导体工艺中一个重要制程，对晶圆工艺过程中的片间重复性要求很高
。
[0003]目前主流的快速退火炉是单片作业，由腔室外面的灯管对腔室里面的晶圆加热，整个加热过程时间非常短：5～
30
秒内快速上升到
500
～
1250℃
范围；退火约
10
～
60
秒；迅速
(10
～
90
秒
)
降温到
500℃
以下；一片晶圆退火过程一般不超过3分钟
。
在退火过程中，腔室同时需要通入工艺气体
。
除了灯管加热的温度，腔室温度和腔室气体也是影响快速退火工艺两个至关重要的因素
。
快速退火炉简单结构如图1所示
。
[0004]在整个工艺过程中，腔室的环境需要一定的时间才能稳定，主要表现为：
1)
腔室升降温速度比灯管慢；
2)
工艺气体需要一定时间才能稳定分布在整个腔室里面
。
受升降温速度和气体分布影响，整个腔室环境变化滞后灯管的快速加热，直到工艺一定数量晶圆后，腔室环境才趋于稳定
。
晶圆退火时候除了受灯管加热温度影响外，还受腔室环境
(
腔室温度和气体在腔室的分布
)
的影响，在腔室环境稳定前作业的晶圆片由于受腔室环境变化的影响，片间差异较大，重复性比较差，尤其是第一片最明显，这种现象在半导体集成电路制造工艺中称为首片效应
[0005]综上所述，产品在工艺过程中如何快速稳定腔室环境，减少甚至消除首片效应，提高快速退火炉片间重复性，在半导体快速退火工艺中一直是难以解决的问题
。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中快速退火工艺中存在的片间重复性问题
(
即首片效应问题
)
，本专利技术提供一种提高快速退火炉片间重复性的方法，其利用不带氧化层的晶圆经过离子注入掺杂退火后测试方块电阻表征腔室环境，同时实现作业产品前对腔室进行一定时间的预热和工艺气体稳定，通过对预热时间的精确控制获得高度稳定的腔室环境，能够有效提高工艺的重复性
。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0008]一种提高快速退火炉片间重复性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009]1)
在多片晶圆监控片上进行离子注入掺杂；
[0010]2)
使用快速退火炉对离子注入掺杂后的多片晶圆监控片依次实施快速退火工艺，并记录各晶圆监控片作业的先后顺序；
[0011]3)
测量经步骤
2)
处理后的每一片晶圆监控片的方块电阻，测试顺序与所述快速退
火作业顺序一致；
[0012]4)
根据步骤
3)
得到的各片晶圆监控片的方块电阻值得出方块电阻达到稳定时的值，将该稳定值记作
K
；
[0013]5)
对单片离子注入掺杂后的晶圆监控片快速退火并引入预热工艺，测试得到不同预热时间点与晶圆监控片的方块电阻值数值关系
H
；根据数值关系
H
和所述稳定值
K
得到与稳定值
K
所对应的预热作业时间
β
；
[0014]以作业时间
β
为预热时间对快速退火炉腔室进行预热后再进行快速退火作业
。
[0015]在一种可能的工艺设计方式中，步骤
1)
中所述晶圆监控片不带氧化层
。
[0016]在一种可能的工艺设计方式中，步骤
1)
中所述离子注入掺杂的掺杂条件由快速退火温度
、
工艺气体种类和流量确定
。
[0017]在一种可能的工艺设计方式中，晶圆监控片选用
P
型衬底，则对应掺杂
P
或
As
元素；晶圆片选用
N
型衬底则对应掺杂
B
或
BF2
元素
。
[0018]进一步的，在所述步骤
2)
的快速退火炉工艺作业前不对快速退火炉腔室进行预热
。
[0019]更进一步的，在所述步骤
2)
中快速退火炉作业前对机台进行闲置冷却，关闭工艺气体，待腔室温度冷却到室温再进行作业
。
[0020]在一种可能的工艺设计方式中，所述步骤
4)
中连续两片或两片以上晶圆监控片的方块电阻值波动小于一定值时判定方块电阻达到稳定，
K
值取波动小于一定值时各晶圆监控片方块电阻平均值
。
[0021]在一种可能的工艺设计方式中，所述步骤
5)
快速退火预热工艺采用预热菜单实现，预热菜单的结构与产品菜单一致，区别在于对预热菜单时间进行拉偏，拉偏时间大于产品菜单时间
。
[0022]进一步的，每次时间拉偏只用1片晶圆进行快速退火和测试，每次作业前对机台进行闲置冷却，关闭工艺气体，待腔室温度冷却到室温再进行作业
。
[0023]更进一步的，所述预热菜单的工艺控制模式为时间
。
[0024]相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：
[0025]比较落后的快速退火炉或者开始老化的快速退火炉设备中，腔室温度反应远远慢于灯管温度，气路中的阀门和流量计的老化，腔室的排风性能变差也对工艺气体的稳定和分布影响很大，有的腔室要作业7，8片后腔室才趋于稳定，首片效应非常明显
。
这种机台首片效应产生的片间重复性较差，前十片片间差异达到1％以上
(
如图2中机台固有曲线所示
)。
目前业界为解决快速退火炉首片效应，提高片间重复性，提出了一些改进做法，例如：在产品快速退火工艺前直接加功率进行腔室加热，这种方法可以减小首片效应，片间重复性有提高，前十片片间差异在
0.5
％
‑1％
(
如图2中现有技术曲线所示
)
，但是，它只考虑腔室的温度因素，没有考虑腔室气体因素，没有准确得出工艺腔室稳定时腔室的环境，改善效果有限
。
[0026]本专利技术通过不带氧化层的晶圆经过离子注入掺杂退火后测试方块电阻表征腔室环境，同时提供产品菜单设置预热菜单，作业前加热腔室和通工艺气体，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种提高快速退火炉片间重复性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)
在多片晶圆监控片上进行离子注入掺杂；
2)
使用快速退火炉对离子注入掺杂后的多片晶圆监控片依次实施快速退火工艺，并记录各晶圆监控片作业的先后顺序；
3)
测量经步骤
2)
处理后的每一片晶圆监控片的方块电阻，测试顺序与所述快速退火作业顺序一致；
4)
根据步骤
3)
得到的各片晶圆监控片的方块电阻值得出方块电阻达到稳定时的值，将该稳定值记作
K
；
5)
对单片离子注入掺杂后的晶圆监控片快速退火引入预热工艺，测试得到不同预热时间点与晶圆监控片的方块电阻值数值关系
H
；根据数值关系
H
和所述稳定值
K
得到与稳定值
K
所对应的预热作业时间
β
；以作业时间
β
为预热时间对快速退火炉腔室进行预热后再进行快速退火作业
。2.
根据权利要求1所述的一种提高快速退火炉片间重复性的方法，其特征在于：步骤
1)
中所述晶圆监控片不带氧化层
。3.
根据权利要求1所述的一种提高快速退火炉片间重复性的方法，其特征在于：步骤
1)
中所述离子注入掺杂的掺杂条件由快速退火温度
、
工艺气体种类和流量确定
。4.
根据权利要求1或者2所述的一种提高快速退火炉片间重复性的方法，其特征在于：晶圆监控片选用
P
型衬底，则对...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚榜华，肖江南，兰林，王飞，陈俊，李智囊，钟怡，刘玉奎，
申请(专利权)人：重庆中科渝芯电子有限公司，
类型：发明
国别省市：