半导体装置的快速热退火方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种半导体装置的快速热退火方法，包括以下步骤：建立器件电性参数、退火温度和ＳＴＩ分布密度之间的三元对应关系；获得半导体装置特定区域内的ＳＴＩ分布密度和目标ＳＴＩ分布密度；判断所述特定区域内的ＳＴＩ分布密度是否大于目标ＳＴＩ分布密度；如果是，则在该特定区域内增加虚拟结构，以使所述特定区域内的ＳＴＩ分布密度等于目标ＳＴＩ分布密度；由所述三元对应关系获得所述目标ＳＴＩ分布密度对应的目标退火温度，利用该退火温度对半导体装置进行退火处理，达到目标电性参数。采用所述方法，能够减少快速热退火工艺的温度不均匀现象以避免对半导体装置电性的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种。
技术介绍
快速热退火(Rapid Thermal Annealing，RTA)是一种短时高温的热处理工艺。通常把晶片放在工艺腔内的石英架上，并用高强度的光源辐射加热晶片。在先进集成电路 的制造工艺中，RTA已经广泛应用于注入杂质的热激活、金属硅化物的形成等过程。集成电路制造技术都是在一个晶片中同时完成重复排列的多个芯片的制作。对 于多芯片的产品，由于不同芯片基于各自的应用背景，具有不同的半导体结构，芯片的 热预算就各有差异，因此，改善RTA工艺的均勻性一直以来都是业内研究的技术热点。例如，射频电路芯片中有源区和栅极的分布密度都很小，而SRAM电路芯片中 有源区或栅极具有较大的分布密度，另一方面，即使同一芯片中也会存在具有不同有源 区或栅极分布密度的区域。有源区或栅极等半导体结构的分布密度的这种差异，在对晶 片进行快速热退火工艺时，会导致晶片局部温度的差别，从而影响工艺均勻性。公开号为101454870A的中国专利公开了一种在快速热退火工艺过程中跨晶片的 有限区域提供均勻温度的方法包括通过测量该有限区域的第一部分中的第一结构的密 度，确定该第一部分中的第一反射率。接着，该方法通过测量该有限区域的第二部分中 的第二结构的密度，确定该第二部分中的第二反射率。具体地，该第一结构包括扩散填 充形状和多晶硅导体填充形状(非有源伪结构)；并且该第二结构包括有源电路结构，然 后比较所述第一反射率和第二反射率，通过调节第一结构中扩散填充形状和多晶硅导体 填充形状的重叠量来使第一反射率和第二反射率平衡。然而该方法仅基于晶片中不同区 域之间的平衡，并没有与整个晶片上半导体装置的电学性能的一致性建立联系。快速热退火工艺的温度不均勻现象会直接影响集成电路中半导体器件的电学性 能，导致局部区域内器件的阈值电压、饱和电流等参数不能达到目标值。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是如何减少快速热退火工艺的温度不均勻现象以避免对半导 体装置电性的影响。为解决上述问题，本专利技术提供一种，包括以下步 骤建立器件电性参数、退火温度和STI分布密度之间的三元对应关系；获得半导体装置特定区域内的STI分布密度和目标STI分布密度；判断所述特定区域内的STI分布密度是否大于目标STI分布密度；如果是，则在该特定区域内增加虚拟结构，以使所述特定区域内的STI分布密 度等于目标STI分布密度；由所述三元对应关系获得所述目标STI分布密度对应的目标退火温度，利用该 退火温度对半导体装置进行退火处理，达到目标电性参数。所述获得半导体装置特定区域内的STI分布密度，包括以下步骤预先将半导体装置划分为多个重复的特定区域；检测各个所述特定区域内的有源区分布密度Ax和栅极的分布密度Px ；根据公式Dx = (I-Ax) X (I-Px)计算STI分布密度Dx ；所述虚拟结构至少包括虚拟有源区和虚拟栅极。所述在该特定区域内增加虚拟结构包括以下步骤判断所述特定区域内的有源区分布密度是否小于目标有源区分布密度；如果是，则在该特定区域内增加虚拟有源区；如果否，则判断所述特定区域内 的栅极分布密度是否小于目标栅极分布密度；当所述特定区域内的栅极分布密度小于目标栅极分布密度时，在该特定区域内 增加虚拟栅极。所述在该特定区域内增加虚拟结构包括以下步骤判断所述特定区域内的栅极分布密度是否小于目标栅极分布密度；如果是，则在该特定区域内增加虚拟栅极；如果否，判断所述特定区域内的有 源区分布密度是否小于目标有源区分布密度；当所述特定区域内的有源区分布密度小于目标有源区分布密度时，在该特定区 域内增加虚拟有源区。所述获得半导体装置特定区域内的目标STI分布密度，包括以下步骤根据半导体装置的设计要求确定目标电性参数；由所述电性参数、退火温度和STI分布密度三元对应关系，获得所述目标电性 参数对应的目标STI分布密度。所述电性参数包括饱和电流或阈值电压。所述退火温度为峰值退火温度。所述器件电性参数、退火温度和STI分布密度之间的三元对应关系为线性关系。所述增加虚拟结构的方式为增加虚拟结构的图案数量，或者，增加原有虚拟结 构的图案面积。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点所述，首先建立器件电性参数、退火温度和STI 分布密度之间的三元对应关系，再引入STI分布密度的概念来反映出整个晶片上半导体 装置的实际退火处理温度不均勻状况，继而在STI分布密度大于目标STI分布密度的特定 区域增加虚拟结构，通过这种方式使所述特定区域内的STI分布密度等于目标STI分布密 度，由所述三元对应关系获得所述目标STI分布密度对应的目标退火温度，利用该退火 温度进行退火处理，达到目标电性参数。这样一来，可以保证整个晶片上的半导体装置 各个区域都具有相同的目标STI分布密度，相当于保证各个区域对RTA辐射的吸收率(或 反射率、透射率)基本一致，从而都达到统一的RTA实际处理温度，继而获得统一的目 标电性参数，能够改善快速热退火工艺的温度不均勻现象以避免对半导体装置电性的影响。附图说明通过附图所示，本专利技术的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附 图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点 在于示出本专利技术的主旨。图1为本专利技术实施例中的流程图2为本专利技术实施例中半导体装置的局部结构示意图3为本专利技术实施例中饱和电流和退火温度、STI分布密度之间的对应关系图4为本专利技术实施例中在特定区域内增加虚拟结构的步骤流程图5为本专利技术实施例中以一种具体的方式在特定区域内增加虚拟结构的流程 图6为本专利技术实施例中以另一种具体的方式在特定区域内增加虚拟结构的流程 图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发 明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可 以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内 涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。本文中所称的“半导体装置” 一般至晶片上的多个集成电路芯片(Die)。其次，本专利技术结合示意图进行详细描述，在详述本专利技术实施例时，为便于说 明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其 在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维 空间尺寸。传统的集成电路制造过程中，快速热退火工艺的温度不均勻现象会直接影响集 成电路中半导体装置的电学性能，导致局部区域内器件的阈值电压、饱和电流等参数不 能达到目标值。专利技术人研究发现，由于RTA工艺采用高强度的光源辐射加热的方式(简称RTA 辐射)，上述温度不均勻的现象与晶片上半导体装置的各种半导体结构对RTA辐射的吸收 和反射有关。例如，在源/漏区热激活或金属硅化物形成的RTA工艺中，有源区(Active Area, AA)和栅极(Ploy)往往反射所述RTA辐射，而浅沟槽隔离区(Shallow Trench Isolate, STI)往往吸收所述RTA辐射。晶片上不同的半导体装置，或者同一半导体装置中，有源区、栅极和浅沟槽隔 离等半导体结构在不同的区域的分布密度通常根据产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置的快速热退火方法，其特征在于，包括以下步骤：建立器件电性参数、退火温度和ＳＴＩ分布密度之间的三元对应关系；获得半导体装置特定区域内的ＳＴＩ分布密度和目标ＳＴＩ分布密度；判断所述特定区域内的ＳＴＩ分布密度是否大于目标ＳＴＩ分布密度；如果是，则在该特定区域内增加虚拟结构，以使所述特定区域内的ＳＴＩ分布密度等于目标ＳＴＩ分布密度；由所述三元对应关系获得所述目标ＳＴＩ分布密度对应的目标退火温度，利用该退火温度对半导体装置进行退火处理，达到目标电性参数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：居建华，宁先捷，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]