CN102623366B - 监测退火过程温度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种监测退火过程温度的方法，其包括通过低温化学气相沉积方式在晶圆上生长第一厚度的未掺杂的多晶硅层；以第一高温退火的方式高温氧化具有多晶硅层的晶圆；对高温氧化后的晶圆进行离子植入，并对其进行第一次退火处理；以及测量所述晶圆的电阻变化，从而获得对第一高温退火过程温度的监测。通过本方法，所用的测试晶圆可重复利用，有效地节约了成本。
Description
【技术领域】
本发明涉及半导体过程，尤其涉及机台温度变化监测。
【背景技术】
在半导体过程中，快速退火因其能够在相当短的时间内完成热过程从而具有较低的热预算，所以非常适用于必须控制掺杂的扩散与轮廓的半导体过程。
快速热退火过程中，通常会对快速热退火步骤设定一定的温度范围，并在快速退火步骤中监测其过程温度，当监测到的过程温度超出该范围时，就会对退火装置采取相应的措施，比如将退火装置停机等，从而避免晶圆报废。在此所述的温度范围指的是快速退火步骤的主要支撑温度加减一预定数值所形成的范围。
对于上述退火装置的温度的监测，现有技术的一种做法是采用15-200Ω/cm2的电阻样片结合离子注入来实现监测。这种做法的不足之处在于所用的样片仅能使用一次，造成较大的浪费。另一种监测温度的方法是用非晶硅(Amorphous Ploy)做为材质，通过杂质注入及后续的高温的退火、激活里面的杂质、然后测电阻，从而通过电阻的变化来监测温度变化。尽管这种方法可以重复使用，但其不足在于对机台的要求较高、退火炉中会有污染等。
因此，上述现有的快速热退火过程中的温度监测技术仍存在缺陷，且亟待改进。
【发明内容】
有鉴于此，本发明提出一种监测退火过程中温度的方法，以解决上述问题。
本发明所述的监测退火过程中温度的方法，包括通过低温化学气相沉积方式在晶圆上生长第一厚度的未掺杂的多晶硅层；以第一高温退火的方式高温氧化具有多晶硅层的晶圆；对高温氧化后的晶圆进行离子植入，并对其进行第二次退火处理；以及测量所述晶圆的电阻变化，从而获得对第一高温退火过程温度的监测。
本发明所述的温度监测方法，优选地，离子植入是植入硼、磷、砷元素中的一种；而在硼、磷、砷元素中，更优选植入硼。
本发明所述的温度监测方法，优选地，包括在生长第一厚度的未掺杂的多晶硅层之前，在所述晶圆上形成第二厚度的二氧化硅层，而所述未掺杂的多晶硅层形成在所述二氧化硅层之上。
本发明所述的温度监测方法，优选地，所述第二厚度为800埃到1000埃；所述第一厚度为2100埃到2200埃。
本发明所述的温度监测方法，优选地，在所述半导体晶圆上形成第二厚度的二氧化硅层是通过干氧生长所述第二厚度的二氧化硅层。
本发明所述的温度监测方法，优选地，以第一高温退火的方式高温氧化具有多晶硅层的晶圆是在第一退火装置中进行的。
本发明所述的温度监测方法，优选地，所述氧化是在1000℃到1050℃之间以5slm(标准升/分钟)到10slm向所述第一退火装置中注入O2，以及以20slm向所述第一退火装置注入N2来进行的。
优选地，所述离子植入是以约4-6Kev的植入能量植入约2×1015离子/平方米到3×1015离子/平方米的离子；所述晶圆偏转角度约为7度。
本发明所述的方法，不仅可降低污染，而且可以重复利用该监测用晶圆，从而节约成本。
【附图说明】
在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，本领域技术人员将会更清楚地了解本发明的各个方面。本领域技术人员应当理解的是：这些附图仅仅用于配合具体实施方式说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。其中，
图1是根据本发明的监测用晶圆的示意图；以及
图2给出了使用本发明所述的监测用晶圆来监测退火过程中晶圆电阻与温度的关系。
【具体实施方式】
以下将结合附图对本发明进行示意性的描述。为了更为清楚地阐述本发明，本申请仅描述了半导体制造中与本发明相关的部分，而且其中所提及的术语，除非上下文另有定义，否则与本领域技术人员的通常理解一致。
根据本发明首先提供一个监测用晶圆。该监测用晶圆可被用于退火工艺处理，通过监测该晶圆在退火过程中的电阻变化进而监测退火过程的温度；且根据本发明所提供的监测用晶圆，可以重复使用。
如图1所示意，监测用晶圆包括硅衬底100。基于硅衬底100，可通过一系列半导体制造步骤形成半导体器件，其中该半导体制造步骤就包括退火过程。作为被用来监测退火过程中温度变化的器件，所述监测用晶圆与用来制造半导体器件的晶圆是相同的，也就是说，它具有与后者相同的特性，比如厚度、晶体定向等等。
监测用晶圆具有以干氧生长的方式形成在硅衬底100上的第二厚度的二氧化硅层101。本例中，该二氧化硅层101形成在整个硅衬底上，但实际应用中，二氧化硅层101在所述硅衬底100上形成的区域是可预先限定的，比如仅形成在部分硅衬底上。此外，本例中，二氧化硅层101的厚度(亦即第二厚度)为800-100埃，但实际应用中，该厚度可依据需要而定，比如为110埃等。
监测用晶圆具有生长在二氧化硅层101上的第一厚度的未掺杂的多晶硅层102。根据本示例，多晶硅层102是通过低压化学气相沉积(LD-CVD)的方式形成的，所形成的厚度(即，第一厚度)优选为2100-2200埃。实际应用中，该厚度也可以为其它数值，比如2210埃等。
将上述已具有二氧化硅层101和多晶硅层102的监测用晶圆放入第一退火装置中，对其进行高温氧化处理。根据本发明的一个实施例，在此所描述的高温是在1000℃到1050℃之间，并使用O2和N2作为氧化反应气体来进行的，优选地，O2以5slm到10slm的流速注入到第一退火装置中，而N2以20slm的流速注入到第一退火装置中。在该退火装置中的高温氧化过程中，多晶硅中的晶粒会流动从而填补到空穴处，进而使得多晶硅的表面变的平整，从而使得监测用晶圆材质稳定，避免了后续电阻测量不准的问题。
对监测用晶圆进行硼掺杂的离子植入。优选地，掺杂剂量为大约2×1015离子/平方米到3×1015离子/平方米之间，离子植入的能量优选在4-6Kev，而晶圆的偏转角度约为7度。需要说明的是，尽管本示例中进行的是硼掺杂，但并不以此为限，也可以是其他合适的元素，比如砷、磷等。
随后，该晶圆被放置到第二退火装置中，进行第二次退火处理，需要说明的是，该第二退火装置为一个标准退火装置。在该第二退火装置进行了退火处理之后，例如通过四点探针技术测量监测用晶圆的平面电阻，从而获知该监测用晶圆在第一退火装置中的温度变化。
图2给出了所测量的本发明所述的监测用晶圆的电阻与温度的关系，其反应了第一退火装置中的温度变化。如图所示，晶圆的平面电阻与温度基本呈线性关系，所以可以方便地根据电阻的变化获知温度的变化。
在进行了电阻测量之后，便可获知第一退火装置中的温度变化。随后，如果需要，可以将测试晶圆上的二氧化硅和已注入离子的多晶硅移除，比如通过氢氟酸来化学去除，从而可以使的该测试用晶圆再次被利用。也即，去除了二氧化硅和多晶硅的晶圆可以再次如以上所述生长二氧化硅、多晶硅、在第一退火装置中进行氧化、然后硼杂质注入、最后再进入第二退火装置退火以便测量电阻。
实际应用中，一般是将在多个第二退火装置中分别放入测试用晶圆，而将所有已经过氧化、硼杂质注入的测试用晶圆放入比如同一个第二退火装置中进行退火，进而测量电阻。
需要说明的是，退火装置中针对监测用晶圆而设置的退火工艺条件，与针对形成半导体器件的半导体晶圆的退火工艺条件相同。
根据本发明，在无需对现有装置进行改进的情况下，通过引入O2进行退火，弥补了未掺杂多晶硅表面的缺陷，从而使得监测用晶圆材质稳定，减少了测量误差。而且测试用的晶圆还可以重复利用，节约了成本。
最后应当说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制。尽管参照上述具体实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或对部分技术特征进行等同替换，而在不脱离本发明的技术方案的精神下，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种监测退火过程温度的方法，所述方法包括：
通过低温化学气相沉积方式在晶圆上生长第一厚度的未掺杂的多晶硅层；
以第一高温退火的方式高温氧化具有多晶硅层的晶圆；
对高温氧化后的晶圆进行离子植入，并对其进行第二次退火处理；以及
测量所述晶圆的电阻变化，从而获得对第一高温退火过程温度的监测。
2.根据权利要求1所述的监测退火过程温度的方法，其中所述离子植入是植入硼、磷、砷中的任一种。
3.根据权利要求2所述的监测退火过程温度的方法，其中，进一步包括在生长第一厚度的未掺杂的多晶硅层之前，在所述晶圆上形成第二厚度的二氧化硅层，而所述未掺杂的多晶硅层形成在所述二氧化硅层之上。
4.根据权利要求3所述的监测退火过程温度的方法，其中，所述第二厚度为800埃-1000埃。
5.根据权利要求4所述的监测退火过程温度的方法，其中，在所述晶圆上形成的第二厚度的二氧化硅层是通过干氧生长形成的。
6.根据权利要求1-5中任意一个所述的监测退火过程温度的方法，其中，所述第一厚度为2100-2200埃。
7.根据权利要求6所述的监测退火过程温度的方法，其中，以第一高温退火的方式高温氧化具有多晶硅层的晶圆是在第一退火装置中进行的。
8.根据权利要求7所述的监测退火过程温度的方法，其中，在1000℃到1050℃之间以5slm到10slm向所述第一退火装置中注入O2，以及以20slm向所述第一退火装置注入N2。
9.根据权利要求8所述的监测退火过程温度的方法，其中，所述离子植入是以4-6Kev的植入能量植入2×1015离子/平方米到3×1015离子/平方米的离子。
10.根据权利要求9所述的监测退火过程温度的方法，其中，所述晶圆偏转角度为7度。
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