CN105097582A - 一种监测晶圆固定器应力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种监测晶圆固定器应力的方法，所述方法包括：提供监测晶圆，所述监测晶圆包括半导体衬底和位于其上的氧化物层；对所述监测晶圆进行预退火处理，以消除表面电荷；对所述监测晶圆进行离子注入；测试所述监测晶圆的表面电荷累积程度，以获得所述表面电荷的分布情况，所述表面电荷分布异常区对应区域的应力也存在异常。根据本发明的晶圆表面电性测试来对晶圆固定器进行应力分析，对应力存在异常的固定点及时进行调整，以保证离子注入制程的正常进行，进而可提高产品的良率。

Description

一种监测晶圆固定器应力的方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种监测晶圆固定器应力的方法。

背景技术

IC制造中用离子注入进行掺杂是先进工艺技术制备半导体器件的关键环节。随着半导体技术节点的不断推进，为了获得最优化的工艺效果，对硬件(hardware)的要求也越来越高，对固件安装的精度要求也更加严格。因此，要求我们必须对硬件有更准确更快速的监测(monitor)方式。

当前业界对离子注入机中晶圆固定器应力的监测方式主要是通过量测工具对晶圆的固定装置进行粗放的检测或者简单的通过晶圆的传送过程中有无缺陷产生，来判断晶圆固定器的工作是否正常，而对应力方面的检测明显不足而且粗放，完全不能满足IC制程线宽越来越小对硬件(hardware)的要求。

间接地监控方式的测量结果也不能完全模拟在离子注入过程的晶圆固定器(waferholder)对晶圆表面的应力作用。因为，IC制程中离子注入过程是一种极其复杂的电化学反映，只有完全模拟离子注入过程中的机台状况，才能精确的体现晶圆固定器对晶圆的作用力，随着半导体制程逐渐向越来越小的线宽发展，微小的应力作用都有可能使产品良率受到影响，甚至报废，给晶圆厂及客户带来巨大损失。

鉴于IC制程中离子注入过程中没有在线的监测方式，因此，更加需要离线监测具有良好的精确性。

因此，为了解决上述技术问题，有必要提出一种更加准确的对晶圆固定器应力的监测方法。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了克服目前存在问题，本发明提出一种监测晶圆固定器应力的方法，包括：提供监测晶圆，所述监测晶圆包括半导体衬底和位于其上的氧化物层；对所述监测晶圆进行退火处理，以消除表面电荷；对所述监测晶圆进行离子注入；测试所述监测晶圆的表面电荷累积程度，以获得所述表面电荷的分布情况，所述表面电荷分布异常区对应区域的应力也存在异常。

进一步，所述氧化物层的厚度为500-1500埃。

进一步，所述氧化物层的厚度为1000埃。

进一步，所述方法可用于所有IC制程中的离子注入机台。

进一步，所述半导体衬底材料包括硅。

进一步，对所述监测晶圆测试完成后，对其进行退火处理，以使所述监测晶圆表面电荷为0，从而使所述监测晶圆可以重复使用若干次。

进一步，所述监测晶圆重复使用次数小于30次。

综上所述，根据本发明的方法来对晶圆固定器进行应力分析，对应力存在异常的固定点及时进行调整，以保证离子注入制程的正常进行，进而提高了产品的良率。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为根据本发明实施例中监测晶圆表面电荷分布的示意图；

图2为本发明实施例中方法监测晶圆表面电荷测试的原理图；

图3为本发明实施例中方法依次实施的步骤的流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

[示例性实施例]

目前对离子注入机中晶圆固定器应力的检测方式主要是通过量测工具对晶圆的固定装置进行粗放的检测，或者简单的通过晶圆的传送过程中有无缺陷产生，来判断晶圆固定器的工作是否正常，而对应力方面的检测明显不足而且粗放，完全不能满足IC制程线宽越来越小对硬件的要求。鉴于此，本发明提出一种对晶圆固定器应力的监测方法。

首先，执行步骤301，提供监测晶圆，所述监测晶圆包括半导体衬底和位于其上的氧化物层。

半导体衬底可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。作为一个实例，所述半导体衬底为硅衬底。

在所述半导体衬底表面形成有氧化物层。可选地，所述氧化物层为硅氧化物层。可选用化学气相沉积、磁控溅射、热氧化等方法形成所述硅氧化物层。所述氧化物层的厚度为500～1500埃。作为一个实例，所述氧化物层的厚度为1000埃。

接着，执行步骤302，对所述监测晶圆进行退火处理，以消除表面电荷。

可选用管炉退火、快速退火、激光退火等退火方式，在此对其具体退火方式并不做限制，只要能消除晶圆的表面电荷即可。作为一个实例，选用管炉退火，退火温度为1000-1100℃，时间为5-8min。经过退火后，晶圆表面电荷消除。

接着，执行步骤303，对所述监测晶圆进行离子注入。

不同类型的离子注入机选择不同的工艺配方进行离子注入，对于某一特定机台，选用其指定工艺配方对监测晶圆进行离子注入，由于其使用的工艺配方与待检测的机台中实际产品是相同的，因此可以完全模拟离子注入过程中的机台状况，能更精确的体现晶圆固定器对晶圆的作用力。

接着，执行步骤304，测试所述监测晶圆的表面电荷累积程度，以获得所述晶圆表面电荷的分布情况，所述表面电荷分布异常区对应区域的应力也存在异常。

离子注入制程后，电荷在晶圆表面积累，通过对晶圆表面的电性进行量测，获得晶圆表面电子分布和电势分布，故可以准确的定位晶圆固定器固定点的作用力是否平衡及是否有应力的存在。在电子分布异常区域其相应的应力也存在异常。

图1示出了监测晶圆表面电荷的分布情况。作为一个实例，使用Quantox工具量测监测晶圆表面的电子电压，测量过程会收集多达2000个点的充电值，从而可以通过全景图(fullmap)来准确的分析表面电荷分布。

具体地，Quantox工具量测监测晶圆表面的电子电压原理和方法如下：

首先向晶圆表面沉积电晕电荷，等候一段时间，然后可以用例如Q-V方法对晶圆进行电晕电荷测试，不至于使测试结果受晶圆内多余的不稳定电荷影响。其中，所述电晕电荷可以通过这样的方式进行沉积，将惰性气体例如氩气电离，将监测晶圆的表面全面覆盖于这种电离气体氛围，这种电晕电荷的沉积以及电荷量的控制可以采用目前已有的工具，例如美商科磊公司(KLA)提供的Quantox工具以及和工具配套的操作方法。

之后，可采用震荡式开尔文探针(VibratingKelvinprobe)测试所述监测晶圆的表面电势V_surf，图2示出了晶圆表面电势测量原理图，以下为测试运算方程式：

Q＝C(V_S-V_kp)

$I=\frac{\mathrm{dQ}}{\mathrm{dt}}=C\frac{d}{\mathrm{dt}}(V_s-V_{\mathrm{kp}})+(V_s-V_{\mathrm{kp}})\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{dt}}$

$I=(V_s-V_{\mathrm{kp}})\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{dt}}$

其中，测试时进行自动调零过程，调整V_kp的值，直到I＝0。方程式中dC/dt是一个探针面积、探针高度、湿度等值的一个函数，且易于维护。因此，结合原理图和方程式，即可测得监测晶圆的表面电势V_surf。

最后，测量检测晶圆表面光电压(SurfacePhotoVoltage，简称SPV)，可选用任何合适的测量方法来进行所述表面光电压测试，例如，可采用高强度，宽波长氙气闪光灯作为照射光源，通过锁定的开尔文探针测量晶圆表面光电压SPV。

最终Quantox工具结合以上三个技术准确的获得监测晶圆的电荷测试参数，绘制电荷分布全景图。

进一步，在每次离子注入制程结束后可通过退火处理使监测晶圆表面电荷量为0，以使监测晶圆还可以重复使用。监测晶圆的重复使用次数小于30次，但并不限于此。作为一个实例，重复使用次数可为20次。可选用管炉退火、快速退火、激光退火等退火方式，在此对其具体退火方式并不做限制，只要能使晶圆表面电荷量恢复为0即可。

以一个离子注入机台的蝶式板(diskpad)上的晶圆固定器的应力监测为例，晶圆固定器在离子注入过程中会对晶圆进行固定，通过本发明提供的监测方式，提供监测晶圆能完全模拟在离子注入过程中的晶圆固定器(waferholder)对晶圆表面的应力作用，获得晶圆表面电荷分布全景图(fullmap)，对应的在全景图上电荷异常区域，有效的反应了晶圆固定器固定点的应力异常，而这种微小的应力是不能通过量测工具检测出来，根据本发明的监测方式准确的发现了该点的异常。

值得一提的是，针对所有的离子注入机均可以建立各自不同的充电图，这样就可以在晶圆固定器有矫正后通过本发明的晶圆表面电性测试来对固定点进行应力分析。对应力存在异常的固定点及时进行调整，以保证离子注入制程的正常进行，进而可提高产品的良率。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (7)

1.一种监测晶圆固定器应力的方法，所述方法包括：

提供监测晶圆，所述监测晶圆包括半导体衬底和位于其上的氧化物层；

对所述监测晶圆进行退火处理，以消除表面电荷；

对所述监测晶圆进行离子注入；

测试所述监测晶圆的表面电荷累积程度，以获得所述表面电荷的分布情况，所述表面电荷分布异常区对应区域的应力也存在异常。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化物层的厚度为500-1500埃。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化物层的厚度为1000埃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法可用于所有IC制程中的离子注入机台。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半导体衬底材料包括硅。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述监测晶圆测试完成后，对其进行退火处理，以使所述监测晶圆表面电荷为0，从而使所述监测晶圆可以重复使用若干次。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述监测晶圆重复使用次数小于30次。