CN105185691A - 一种消除首片效应的方法 - Google Patents

Abstract

一种消除首片效应的方法，首先根据预热腔室的特点建立出腔室温度与预热条件的关系，然后根据建立的关系再通过不同层次的退火温度建立不同的预热程式，最后根据不同的工艺程式单独调用适用的预热程式，达到消除首片效应的目的。这样的方法能够一对一的针对不同的工艺程式得到不同的预热制程，能够完全消除首片效应带来的影响，更加高效，提高了产品的良率。

Description

一种消除首片效应的方法

技术领域

本发明涉及微电子领域，尤其涉及一种消除首片效应的方法。

背景技术

在半导体生产中，高温退火工艺因其修复晶格缺陷、激活载流子及生长薄层Oxide的能力而得到了广泛的应用。快速热处理(RTP)是一种新兴的较先进的单片热处理技术，其升温及降温速率快，最大时能达到250℃/s，极大地缩短了作业过程的时间，一般地，作业一片晶圆片只需要2-5分钟。

由于RTP采用冷腔作业模式，机台空闲时灯管只输出5～9％的功率，一般地，在晶圆片作业之前会利用预热程式提高腔室的温度。假定第一片晶圆片作业的初始温度K0，第x片晶圆片作业的初始温度为Kx(x≥2)。事实上，第一片晶圆片在作业的同时，也在为第二片晶圆片做预热的功能，很显然地，x≥2时，其初始温度Kx均由第x-1片晶圆片的作业过程提供的，即第x-1片晶圆片的作业过程亦为第x片晶圆片的预热过程，所以Kx在x≥2时差异不大。然而K0却由预热程式提供的，当K0＝Kx时，第一片晶圆片的受热环境与其他片相同；当K0≠Kx时，第一片晶圆片出现过热或受热不足的现象，造成温度上升曲线，即温度profile的前移后滞，导致电性参数的波动，即产生首片效应。事实上，对于预热程式A1而言，若不考虑腔室冷却及散热速度的差异，其预热结束后能达到的腔室温度为1050℃。当R2(950℃)调用预热程式A1时，很明显地，当第一片晶圆片进入腔室，周围环境温度高于R2的主工艺温度，产品在腔体内“过热”，在较短的时间内，第一片晶圆片就能达到主工艺温度(950℃)，导致温度上升曲线前移；同样地，当R1调用预热程式A2时，由于受热不足容易使温度上升曲线后滞。

退火层次不同，退火条件也不一样，这些退火条件即为机台端的退火工艺程式。一般地，一种产品制程中有大约5-8个退火工艺程式，其温度差异很大，在900-1100℃之间。

目前业内普遍采取调用预热程式的手段抑制首片效应，通过调节预热程式的设定功率和加热时间，改善第一片晶圆片与其他晶圆片之间受热环境的差异。

然而相关数据显示，很多层次的退火过程仍存在首片效应，这主要是由于工艺程式均调用同一个预热程式导致的。考虑到工艺程式的温度差异较大，一个预热程式较难满足多个工艺程式的预热需求，这也是导致首片效应依旧存在的最根本原因。

中国专利(CN101562122)记载了一种干法蚀刻方法以及硅片蚀刻方法，该干法蚀刻方法包括：通入流量比例为75％-100％的含氟气体的工艺气，并在腔室压力为60-95mT、上射频功率为600-1200W、腔室内壁温度为50-75℃的条件下形成等离子体；通入流量比例为50％-100％的氧气的工艺气，在腔室压力为10-95mT、上射频功率为200-800W、腔室内壁温度为50-75℃的条件下形成等离子体；以及通入流量比例大于25％含硅气体和流量比例大于15％的含卤素气体的工艺气，在等离子体启辉条件下发生化学反应。该硅片蚀刻方法时，在完成上述干法蚀刻方法后，将硅片送入蚀刻反应腔室，对硅片进行蚀刻。

中国专利(CN101424947)记载了一种气路控制方法和装置，所述方法包括：当执行开启气路操作时，针对该气路的前阀、后阀以及质量流量控制器执行以下操作；通知开启后阀；设定质量流量控制器的流量；通知开启前阀；当执行关闭气路操作时，针对该气路的前阀、后阀以及质量流量控制器执行以下操作；设定质量流量控制器的流量为0；延时预置的第一时间后通知关闭后阀，所述第一时间与后阀内部延时时间之和小于质量流量控制器的内部延时时间；延时预置四儿时间后通知关闭前阀，所述第二时间与前阀内部延时时间之和大于质量流量控制器的内部延时时间。减弱通气不稳的首片效应，达到较好的控制效果

上述两个专利均未记载有关单独调用不同预热程式来消除首片效应的技术特征。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种消除首片效应的方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案为：

一种消除首片效应的方法，其中，首先，根据预热腔室的特点建立出腔室温度与预热条件的关系；然后，根据所述关系，通过不同层次的退火温度建立不同的预热程式；最后，根据不同的工艺程式单独调用适用的所述预热程式，使得首片效应产生的影响完全被消除。

上述的方法，其中，所述预热程式根据预热腔室内灯管的功率及加热时间来调节的。

上述的方法，其中，所述预热腔室的特点包括腔室的散热及冷却速度。

上述的方法，其中，所述退火温度为900-1100℃。

上述的方法，其中，腔室温度与余热条件呈线性关系。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

调节预热程式的灯管功率及加热时间能够改善晶圆片退火工艺制程中的首片效应，而通过每个工艺程式单独调用不同的预热程式能够完全消除这种影响。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1是腔室温度与预热条件的关系示意图；

图2是腔室过热引起的温度前移的示意图；

图3是腔室预热不足引起的温度后滞的示意图；

图4是现有技术预热模式示意图；

图5是本发明预热模式示意图。

具体实施方式

本发明提供一种消除首片效应的方法，可应用于半导体光刻工艺领域，优选的可应用于大于等于65/55nm、45/40nm、32/28nm和小于等于22nm等技术节点的工艺中，并运用于Logic等技术平台和IMP的技术模组中，当使用该方法后，能够通过每个工艺程式单独调用不同预热程式完全消除首片效应。

本发明的核心思想是先通过更改预热程式的调用方式和设定来消除首片效应，将每个工艺程式分别调用不同的预热程式，通过调节每一个预热程式的灯管功率及加热时间，能够极大的消除首片效应。

本发明是一种消除首片效应的方法，在此假定预热程式A1的灯管功率为P1，加热时间为50s，在此条件下，腔室温度能从室温升至1050℃；而预热程式A2的灯管功率为P2，加热时间为30s，腔室温度能够达到900℃。

两个工艺程式R1和R2，前者主工艺温度为1100℃，主工艺时间为30s；后者主工艺温度为950℃，主工艺时间为20s。若R1和R2均调用A1，则出现R1正常，R2“过热”的现象，如图2；若R1和R2均调用A2，则R1受热不足，R2正常，如图3所示。

事实上，对于预热程式A1而言，若不考虑腔室冷却及散热速度的差异，其预热结束后能达到的腔室温度为1050℃。当R2(950℃)调用预热程式A1时，很明显地，当第一片晶圆片a进入腔室，周围环境温度高于R2的主工艺温度，产品在腔体内“过热”，在较短的时间内，第一片晶圆片a就能达到主工艺温度(950℃)，导致温度上升曲线前移，其中，A表示其他的晶圆片，t表示受热时间，T表示受热温度，如图2；同样地，当R1调用预热程式A2时，由于受热不足容易使温度上升曲线后滞，如图3。单个工艺程式独立调用不同的预热程式能够解决此效应，如图2、图3所示，当R1调用A1，R2调用A2时，能够达到较好的效果。所以不同的工艺程式调用同一预热程式时就会产生与预设中的温度的差异，如图4中示出；图5显示了本申请通过每个工艺程式单独调用不同的预热程式来完全消除首片效应带来的影响。

所以，首先根据预热腔室的散热和冷却速度来建立出腔室温度与预热条件的关系图，如图1所示，其中，t是受热的时间，T₀是初始温度，T是灯管加热的温度，P₁,,P₂，P₃是灯管的功率，然后，根据这个关系图，通过不同层次的退火温度建立不同的预热程式；最后，根据不同的工艺程式的特点单独调用适合该工艺程式的预热程式，使得首片效应产生的影响被消除掉。其中，预热程式是根据预热腔室内灯管的功率及加热时间来调节的，腔室中的温度与预热条件是呈线性关系的，其中斜率代表了灯管的功率，预热的条件包括预热腔室内灯管的功率和加热的时间。

通过调节预热程式的灯管功率及加热时间能够改善晶圆片退火工艺制程中的首片效应，再通过每个工艺程式单独调用适合于此工艺程式的预热制程式就能够完全消除首片效应带来的影响。

通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (5)

1.一种消除首片效应的方法，其特征在于，首先，根据预热腔室的特点建立出腔室温度与预热条件的关系；然后，根据所述关系，通过不同层次的退火温度建立不同的预热程式；最后，根据不同的工艺程式单独调用适用的所述预热程式，使得首片效应产生的影响被消除。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预热程式根据预热腔室内灯管的功率及加热时间来调节。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预热腔室的特点包括腔室的散热及冷却速度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述退火温度为900-1100℃。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，腔室温度与预热条件呈线性关系。