CN103515192A - 快速热退火方法 - Google Patents

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王曼
崔国东
苏小鹏
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Abstract

本发明公开一种快速热退火方法，用于对晶圆进行快速热退火处理，包括如下步骤：采用晶圆静止型热退火机台对监控晶圆进行初步热退火处理；采用晶圆转动型热退火机台对进行所述初步热退火处理后的监控晶圆进行完全热退火处理。该方法既保证了加热的均匀性，又避免了监控晶圆引起晶圆转动型热退火机台报警。

Description

快速热退火方法
技术领域
本发明涉及半导体制造，特别是涉及一种对监控晶圆的快速热退火方法。
背景技术
在晶圆的生产过程中，一般都会涉及质量控制（quality control，QC），使晶圆产品的各项参数保持在正常状态。质量控制过程中会用到监控晶圆（monitorwafer），通过对监控晶圆进行半导体工艺操作后检测其参数发现半导体制程中的问题。
在对炉管机台的监控中，通过检测监控晶圆表面氧化层厚度是否达标可以发现问题。另外，对晶圆表面电阻的检测也能够作为日常监控的参考。晶圆表面电阻的检测通常在离子注入之后，并且要采用快速热退火方法对离子激活。
然而传统的能够使晶圆加热均匀的热退火机台通常都不能对太薄的监控晶圆进行快速热退火，主要是因为该种热退火机台会对薄片的监控晶圆报警，导致热退火失败。
如果不能对监控晶圆在快速热退火中进行均匀加热，则检测到的晶圆表面电阻不能正确反映离子注入的效果，其参考性较低。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够对监控晶圆均匀加热的快速热退火方法。
一种快速热退火方法，用于对晶圆进行快速热退火处理，包括如下步骤：采用晶圆静止型热退火机台对监控晶圆进行初步热退火处理；采用晶圆转动型热退火机台对进行所述初步热退火处理后的监控晶圆进行完全热退火处理。
在其中一个实施例中，所述初步热退火处理的步骤具体包括：将监控晶圆送入所述晶圆静止型热退火机台；设定第一退火温度并启动加热；通入气流调整加热均匀性；从到达所述第一退火温度时起维持所述第一退火温度第一退火时间。
在其中一个实施例中，所述完全热退火处理的步骤具体包括：在持续所述第一退火时间后，将所述第一退火温度的监控晶圆从所述晶圆静止型热退火机台中转移到所述晶圆转动型热退火机台中；设定第二退火温度并启动加热；转动所述监控晶圆并通入气流调整加热均匀性；从到达所述第二退火温度时起维持所述第二退火温度第二退火时间。
在其中一个实施例中，所述第一退火温度为450~550摄氏度，所述第一退火时间为5秒。
在其中一个实施例中，所述第一退火温度为500摄氏度，所述第一退火时间为5秒。
在其中一个实施例中，所述第二退火温度和第二退火时间分别为监控晶圆在快速热退火工艺中的主工艺温度和时间。
在其中一个实施例中，所述第二退火温度为1000摄氏度，所述第二退火时间为10秒。
在其中一个实施例中，所述通入的气流为氮气流。
在其中一个实施例中，所述晶圆静止型热退火机台为Mattson机台，所述晶圆转动型热退火机台为AMAT机台。
上述快速热退火方法，采用晶圆静止型热退火机台做初步热退火处理减少在晶圆转动型热退火机台中的时间，继而在具有更优的加热均匀性的晶圆转动型热退火机台中进行热退火处理的主工艺阶段，既保证了加热的均匀性，又避免了监控晶圆引起晶圆转动型热退火机台报警。
附图说明
图1为一实施例的快速热退火方法流程图。
具体实施方式
快速热退火方法在半导体制程中具有多种作用，其中一项就是离子注入后的晶圆进行处理以激活离子。
在半导体制程中，利用监控晶圆参与半导体工艺流程继而检测监控晶圆的各项参数以发现半导体工艺流程中的问题，然后对半导体工艺流程进行调整从而达到质量控制的目的。
本实施例即提供一种快速热退火方法，其对监控晶圆进行加热均匀的快速热退火处理，以更好地体现离子注入工艺的效果，使监控晶圆提供的参数更具价值。
如图1所述，一实施例的快速热退火方法，包括如下步骤。
步骤S101：采用晶圆静止型热退火机台对监控晶圆进行初步热退火处理。晶圆静止型热退火机台通常是型号较为老旧的机台，例如Mattson机台，其对晶圆进行热退火处理时，仅能采用通入气流的方式达到均匀加热的目的。可以理解，这种加热方式所达到的均匀加热的效果并非最好。
影响晶圆离子激活程度的工序主要取决于主工艺阶段的温度和时间。因此晶圆静止型热退火机台仍然可以对监控晶圆做初步热退火处理以更好地满足后期的主工艺处理。
本实施例中，初步热退火处理的步骤包括：
步骤A1：将监控晶圆送入所述晶圆静止型热退火机台。
步骤A2：设定第一退火温度并启动加热。第一热退火温度为450~550摄氏度，优选为500摄氏度。
步骤A3：通入气流调整加热均匀性。所述气流优选为氮气（N2）流。
步骤A4：从到达所述第一退火温度时起维持所述第一退火温度第一退火时间。第一退火时间优选为5秒。在将监控晶圆的温度加热到第一退火温度后，维持第一退火时间。
在其他实施例中，第一退火温度和第一退火时间可根据实际情况在本实施例所提供的数据的基础上进行调整。
步骤S102：采用晶圆转动型热退火机台对进行所述初步热退火处理后的监控晶圆进行完全热退火处理。晶圆转动型热退火机台相对于晶圆静止型热退火机台较为先进，例如AMAT机台，其不仅能提供气流调整加热均匀性，还可以转动晶圆使加热均匀性更优。但是由于晶圆转动型热退火机台在加热的初始阶段，由于晶圆内外加热不一致，在转动加热过程中很容易引起机台报警，从而热退火动作失败。这通常是由于晶圆成分不一，导致内部结构不一致引起的。而经过晶圆静止型热退火机台的预热（此过程中不易报警），可以改变晶圆内部结构，使得在晶圆转动型热退火机台中加热时不会出现上述的内外加热不一致的问题，避免报警。
上述步骤S101将晶圆经过初步热退火处理后，再进入晶圆转动型热退火机台进行完全热退火处理，可以避免不做初步退火处理的监控晶圆直接进入晶圆转动型热退火机台引起的报警。完全热退火处理采用加热均匀性更优的机台，并且完成快速热退火工艺的主工艺部分，既能够更好地热退火，又可以避免晶圆转动型热退火机台的报警。
本实施例中，所述完全热退火处理的步骤具体包括：
步骤B1：在持续所述第一退火时间后，将所述第一退火温度的监控晶圆从所述晶圆静止型热退火机台中转移到所述晶圆转动型热退火机台中。
步骤B2：设定第二退火温度并启动加热。第二退火温度在激活离子时，为监控晶圆在快速热退火工艺中的主工艺温度。本实施例中，第二退火温度为1000摄氏度。
步骤B3：转动所述监控晶圆并通入气流调整加热均匀性。通入的气流为氮气流。
步骤B4：从到达所述第二退火温度时起维持所述第二退火温度第二退火时间。在将监控晶圆的温度从第一退火温度加热到第二退火温度后，维持第二退火时间。第二退火时间为监控晶圆在快速热退火工艺中的主工艺时间。本实施两种，第二退火时间优选为10秒。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种快速热退火方法，用于对晶圆进行快速热退火处理，其特征在于，包括如下步骤：
采用晶圆静止型热退火机台对监控晶圆进行初步热退火处理；
采用晶圆转动型热退火机台对进行所述初步热退火处理后的监控晶圆进行完全热退火处理。
2.根据权利要求1所述的快速热退火方法，其特征在于，所述初步热退火处理的步骤具体包括：
将监控晶圆送入所述晶圆静止型热退火机台；
设定第一退火温度并启动加热；
通入气流调整加热均匀性；
从到达所述第一退火温度时起维持所述第一退火温度第一退火时间。
3.根据权利要求2所述的快速热退火方法，其特征在于，所述完全热退火处理的步骤具体包括：
在持续所述第一退火时间后，将所述第一退火温度的监控晶圆从所述晶圆静止型热退火机台中转移到所述晶圆转动型热退火机台中；
设定第二退火温度并启动加热；
转动所述监控晶圆并通入气流调整加热均匀性；
从到达所述第二退火温度时起维持所述第二退火温度第二退火时间。
4.根据权利要求3所述的快速热退火方法，其特征在于，所述第一退火温度为450~550摄氏度，所述第一退火时间为5秒。
5.根据权利要求3所述的快速热退火方法，其特征在于，所述第一退火温度为500摄氏度，所述第一退火时间为5秒。
6.根据权利要求3所述的快速热退火方法，其特征在于，所述第二退火温度和第二退火时间分别为监控晶圆在快速热退火工艺中的主工艺温度和时间。
7.根据权利要求6所述的快速热退火方法，其特征在于，所述第二退火温度为1000摄氏度，所述第二退火时间为10秒。
8.根据权利要求3所述的快速热退火方法，其特征在于，所述通入的气流为氮气流。
9.根据权利要求1所述的快速热退火方法，其特征在于，所述晶圆静止型热退火机台为Mattson机台，所述晶圆转动型热退火机台为AMAT机台。
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