CN102560682A - 快速热退火方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种快速热退火方法，该方法包括：低温台阶阶段，设置边缘区域的灯管功率大于中心区域的灯管功率；升温阶段，设置边缘区域的灯管功率小于中心区域的灯管功率；降温阶段，设置边缘区域的灯管功率大于中心区域的灯管功率。本发明所提供的方法，根据边缘区域和中心区域辐射放热和辐射吸热特性的不同，在各个阶段设置边缘区域和中心区域具有不同的灯管功率，从而使得晶片边缘区域和中心区域具有大致相同的温度，提高了晶片的温度均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，更具体地说，涉及一种快速热退火方法。
背景技术
随着半导体制造技术的不断发展，快速热退火(RTA)工艺逐渐代替了传统的高温炉退火工艺。RTA由于其具有快速升温和短暂的持续时间的特点，因此能够在晶格缺陷的修复、激活离子和最小化离子扩散三者之间取得优化，这也使得其应用越来越普遍。与此同时，在RTA工艺中对退火温度均匀性的控制也提出了越来越高的要求。
目前的RTA工艺中，虽然采用了在低温台阶阶段、升温阶段和降温阶段分别控制，以期达到升温及降温过程中的温度控制均衡，但每一阶段的控制过程中仍然采用同一个温度补偿模式来实现，即每一阶段中边缘区域和中心区域的灯管采用相同的功率，通过照射晶片以控制其温度。这样的温度补偿模式只能实现粗糙的温度均匀性控制，对于日益精细化的半导体制造工艺来说，现有RTA工艺中晶片的温度均匀性仍然有待提高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种快速热退火方法，该方法能够极大地提高晶片的温度均匀性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种快速热退火方法，包括：
低温台阶阶段，设置边缘区域的灯管功率大于中心区域的灯管功率；
升温阶段，设置边缘区域的灯管功率小于中心区域的灯管功率；
降温阶段，设置边缘区域的灯管功率大于中心区域的灯管功率。
优选的，在降温阶段，中心区域的灯管功率为0。
优选的，在低温台阶阶段，晶片边缘区域辐射放出的热量多于中心区域。
优选的，在低温台阶阶段，晶片边缘区域辐射放出的多于中心区域的热量等于边缘区域接收的多于中心区域的热量。
优选的，在升温阶段，晶片边缘区域辐射吸收的热量多于中心区域。
优选的，在升温阶段，晶片边缘区域辐射吸收的多于中心区域的热量等于边缘区域接收的少于中心区域的热量。
优选的，在降温阶段，晶片边缘区域辐射放出的热量多于中心区域。
优选的，在降温阶段，晶片边缘区域辐射放出的多于中心区域的热量等于边缘区域接收的多于中心区域的热量
从上述技术方案可以看出，本发明所提供的方法，在低温台阶阶段，设置边缘区域的灯管功率大于中心区域的灯管功率，这样，就能补偿晶片边缘区域较中心区域辐射放热过多的问题，从而使得晶片边缘区域和中心区域的温度相对均匀，同理，在升温阶段，设置边缘区域的灯管功率小于中心区域的灯管功率，降温阶段，设置边缘区域的灯管功率大于中心区域的灯管功率。本发明所提供的快速热退火方法，相比边缘区域和中心区域具有相同灯管功率的传统方法来说，能够极大地提高晶片的温度均匀性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的一种快速热退火方法流程图；
图2为现有技术中低温台阶阶段晶片的温度曲线示意图；
图3为现有技术中升温阶段晶片的温度曲线示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、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发明，但是本发明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发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，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，其在此不应限制本发明保护的范围。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。
正如背景技术部分所述，传统的RTA工艺中，由于在每一阶段的控制过程中均采用同一个温度补偿模式来实现，即每一阶段中用来照射晶片的灯管，不论对应于晶片中心区域还是边缘区域，均设置成相同的功率，这样的温度补偿模式最终使得晶片的温度均匀性不是很好。发明人研究发现，造成上述现象的本质原因在于：晶片边缘区域和中心区域在吸热和放热过程中存在明显的不同，由于晶片边缘区域较中心区域空间大，因此，吸热过程中，边缘区域吸收的热量明显多于中心区域；放热过程中，边缘区域放出的热量也明显多于中心区域，这就造成了在相同功率的灯管的照射下，晶片上中心区域和边缘区域具有不同的温度，因此使得晶片上的温度均匀性不够好。
基于此，本发明提供了一种快速热退火方法，该方法包括：低温台阶阶段，设置边缘区域的灯管功率大于中心区域的灯管功率；升温阶段，设置边缘区域的灯管功率小于中心区域的灯管功率；降温阶段，设置边缘区域的灯管功率大于中心区域的灯管功率。
下面结合附图详细说明本发明所提供的快速热退火方法。
参见图1，图1为本发明实施例所提供的一种快速热退火方法流程图，所述方法具体包括如下步骤：
步骤S1：低温台阶阶段，设置边缘区域的灯管功率大于中心区域的灯管功率。
在进行RTA工艺时，晶片被放入通有Ar或N2的快速热处理机(RTP)中，首先进行低温台阶阶段处理，所述低温台阶阶段的持续时间可以为20s左右。参考图2，在低温(一般在600℃到800℃之间)台阶阶段，由于晶片11边缘区域的辐射放热空间远大于晶片中心区域，因此，对于照射晶片的灯管，不论对应于晶片中心区域还是边缘区域，如果均设置成相同的功率，则最终将使得晶片11边缘区域的辐射放热较多，从而显示出边缘较冷、中心较热的特征，在此阶段晶片11的温度曲线图上表现为：边缘区域对应的曲线12较中心区域对应的曲线13呈下降趋势。
针对此现象，本发明实施例中设置边缘区域的灯管功率大于中心区域的灯管功率。在没有设置之前，系统中给定的边缘区域和中心区域的灯管功率为相同的功率，且均由温度控制器闭路控制，而此步骤中通过设置提高了晶片边缘区域的灯管功率，且所述边缘区域和中心区域的灯管功率仍由温度控制器闭路控制，这时，晶片在不同功率灯管的照射作用下，其边缘区域接收到的热量会多于中心区域，而边缘区域辐射放出的热量也多于中心区域，因此，晶片边缘区域接收到的多于中心区域的热量正好可以补偿其辐射放出的多于中心区域的热量，从而使得晶片边缘区域和中心区域的温度大致相同，提高了晶片的温度均匀性。
设置边缘区域的灯管功率大于中心区域的灯管功率，即提高边缘区域和中心区域灯管的功率比例，此步骤中边缘区域和中心区域灯管的功率比例大于1。具体实施过程中，可根据实际情况设置所述功率比例为不同的数值。
步骤S2：升温阶段，设置边缘区域的灯管功率小于中心区域的灯管功率。
低温台阶阶段完成后，进入升温阶段，所述升温阶段的持续时间可以为2min左右，所述升温阶段所达到的温度为1050～1200℃。参考图3，在升温阶段，由于晶片11边缘区域的辐射吸热空间远大于晶片中心区域，因此，对于照射晶片的灯管，不论对应于晶片中心区域还是边缘区域，如果均设置成相同的功率，则最终将使得晶片11边缘区域的辐射吸热较多，从而显示出边缘较热、中心较冷的特征，在此阶段晶片11的温度曲线图上表现为：边缘区域对应的曲线14较中心区域对应的曲线15呈上升趋势。
针对此现象，本发明实施例中设置边缘区域的灯管功率小于中心区域的灯管功率。在没有设置之前，系统中给定的边缘区域和中心区域的灯管功率为相同的功率(此阶段中相同的灯管功率不同于低温台阶阶段中相同的灯管功率)，且均由温度控制器闭路控制，而此步骤中通过设置降低了晶片边缘区域的灯管功率，且所述边缘区域和中心区域的灯管功率仍由温度控制器闭路控制，这时，晶片在不同功率灯管的照射作用下，其边缘区域接收到的热量会少于中心区域，但考虑到边缘区域辐射吸收的热量多于中心区域，即边缘区域辐射吸收的多于中心区域的热量正好可以补偿边缘区域接收的少于中心区域的热量，因此，通过降低边缘区域的灯管功率，能够实现晶片边缘区域和中心区域温度的大致相同，提高了晶片的温度均匀性。
设置边缘区域的灯管功率小于中心区域的灯管功率，即降低边缘区域和中心区域灯管的功率比例，此步骤中边缘区域和中心区域灯管的功率比例小于1。具体实施过程中，可根据实际情况设置该功率比例为不同的数值。
步骤S3：降温阶段，设置边缘区域的灯管功率大于中心区域的灯管功率。
升温阶段完成后，进入降温阶段，所述降温阶段的持续时间约为5min左右，温度降至100℃以下即可。在降温阶段，系统中设定的边缘区域和中心区域的灯管功率均为0，但由于晶片边缘区域的辐射放热空间远大于晶片中心，因此，晶片边缘区域的辐射放热较多，从而显示出边缘较冷、中心较热的特征，此阶段中晶片的温度曲线图和图2相同，表现为：边缘区域对应的曲线12较中心区域对应的曲线13呈下降趋势。
针对此现象，本发明实施例中设置边缘区域的灯管功率大于中心区域的灯管功率，即设置边缘区域的灯管具有一定的功率，所述一定的功率可根据具体情况而设定，此时中心区域的灯管功率仍是系统设定的0。这种情况下，晶片只受到边缘区域灯管的照射，故晶片边缘区域接收到热量多于中心区域，而边缘区域辐射放出的热量也多于中心区域，因此，晶片边缘区域接收到的多于中心区域的热量正好可以补偿其辐射放出的多于中心区域的热量，从而使得晶片边缘区域和中心区域的温度大致相同，提高了晶片的温度均匀性。
从上述实施例可以看出，本发明所提供的方法，在低温台阶阶段，设置边缘区域的灯管功率大于中心区域的灯管功率；升温阶段，设置边缘区域的灯管功率小于中心区域的灯管功率；降温阶段，设置边缘区域的灯管功率大于中心区域的灯管功率；这样，就能补偿晶片边缘区域较中心区域辐射放热过多或辐射吸热过多的问题，从而使得晶片边缘区域和中心区域的温度相对均匀，因此，本发明所提供的快速热退火方法，相比边缘区域和中心区域具有相同灯管功率的传统方法来说，能够极大地提高晶片的温度均匀性，而且能够改善晶片的形变和应力。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种快速热退火方法，其特征在于，包括：
低温台阶阶段，设置边缘区域的灯管功率大于中心区域的灯管功率；
升温阶段，设置边缘区域的灯管功率小于中心区域的灯管功率；
降温阶段，设置边缘区域的灯管功率大于中心区域的灯管功率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，降温阶段，中心区域的灯管功率为0。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，低温台阶阶段，晶片边缘区域辐射放出的热量多于中心区域。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，低温台阶阶段，晶片边缘区域辐射放出的多于中心区域的热量等于边缘区域接收的多于中心区域的热量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，升温阶段，晶片边缘区域辐射吸收的热量多于中心区域。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，升温阶段，晶片边缘区域辐射吸收的多于中心区域的热量等于边缘区域接收的少于中心区域的热量。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，降温阶段，晶片边缘区域辐射放出的热量多于中心区域。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，降温阶段，晶片边缘区域辐射放出的多于中心区域的热量等于边缘区域接收的多于中心区域的热量。
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| CN2010106076970A CN102560682A (zh) | 2010-12-27 | 2010-12-27 | 快速热退火方法 |
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| US6391804B1 (en) * | 2000-06-09 | 2002-05-21 | Primaxx, Inc. | Method and apparatus for uniform direct radiant heating in a rapid thermal processing reactor |
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2010
- 2010-12-27 CN CN2010106076970A patent/CN102560682A/zh active Pending
Patent Citations (1)
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| US6391804B1 (en) * | 2000-06-09 | 2002-05-21 | Primaxx, Inc. | Method and apparatus for uniform direct radiant heating in a rapid thermal processing reactor |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 龙会跃 等: "快速退火炉热源及其温度均匀性设计", 《工业加热》 * |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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Application publication date: 20120711 |