CN110359032A - 温度补偿方法及恒温区温度校准方法 - Google Patents

温度补偿方法及恒温区温度校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种温度补偿方法，包括：获取各个恒温区中完成工艺的晶圆上的薄膜电阻率；根据该薄膜电阻率与成膜温度的对应关系，计算获得各个恒温区的温度偏差值；根据各个恒温区的温度偏差值对各个恒温区的成膜温度进行补偿。通过本发明，节省了温度校准成本。

Description

温度补偿方法及恒温区温度校准方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种温度补偿方法及恒温区温度校准方法。
背景技术
目前，基片处理技术已被广泛应用于太阳能电池、TFT面板以及大规模集成电路等高科技产品的制造工艺中。例如，作为一种重要的基片处理技术的等离子体增强化学气相沉积(Low Pressure Chemical Vapor Deposition，以下简称LPCVD)技术就常被应用于上述领域和工艺中。而在LPCVD控制系统中，温度控制贯穿整个工艺过程，其控制精度的优良，直接决定工艺产品的优良率。
LPCVD设备包括炉体、反应腔室和运动机构。当需进行工艺时，载有晶圆的晶舟以一定的速度由运动机构送入在保温状态下的反应腔室中，设备进入工艺阶段，以聚乙烯(polyethylene，以下简称POLY)工艺为例，POLY工艺进行前期需要抽真空、检漏、稳压和循环抽气，保证设备压力运行状态正常，后续需要在一定的低压条件下控制适量的工艺气体进入反应腔体，之后再次循环抽气、压力回升。在上述POLY工艺过程中，反应腔室的温度控制贯穿整个工艺过程，其温度控制精度的优良率，直接决定工艺产品的优良率；目前，为保证加热均匀，炉体中会分多个恒温区进行分段控制。
为保证加温均匀，LPCVD设备在进行若干次工艺过程后，通常需要进行依次恒温区测量校准，即拉温校准。拉温校准原理：用一根长度贯穿多个温区的第一热电偶从反应腔室底部垂直插入，这根第一热电偶靠近晶圆边缘，代表了晶圆的实际温度。在腔室中放置第二热电偶，第二热电偶用于测量腔室内部温度；通过拉温校准可以找到第二热电偶与第一电偶之间的差值，反过来，通过调整这组补偿值可以调整校准曲线，最终达到控制精度±1℃的目的。然而在进行拉温校准之后，正常进行工艺器件，会不断在工艺腔室中的石英件上沉积成膜，随着沉积膜的厚度不断增加，硬件发生潜移默化的改变，这些硬件的变化将影响到加热元件的热辐射和热传导，以及热电偶的测温敏感度和准确度，因此，直接导致LPCVD工艺温度不准确，最终影响工艺水平和效果。
目前，LPCVD设备在进行若干次工艺过程后，若发现因温度不准确造成工艺结果不符合要求的情况，通常需要再进行一次恒温区校准或更换硬件后再进行恒温区校准；若重新进行恒温区校准，两个温度点的拉温校准时间较长，同时还需安排后续的测试。若频繁进行硬件更换，不仅会导致成本增高，还会影响机台在线时间。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种温度补偿方法及恒温区温度校准方法，以节省温度校准成本。
为实现本发明的目的而提供一种温度补偿方法，包括：
获取各个恒温区中完成工艺的晶圆上的薄膜电阻率；
根据所述薄膜电阻率与成膜温度的对应关系，计算获得各个所述恒温区的温度偏差值；
根据各个所述恒温区的所述温度偏差值对各个所述恒温区的成膜温度进行补偿。
优选地，所述根据所述薄膜电阻率与成膜温度的对应关系，计算获得各个所述恒温区的温度偏差值的步骤，进一步包括：
计算获得各个所述恒温区对应的所述薄膜电阻率的目标值与实际值二者之间的差值；
计算获得各个所述恒温区对应的所述差值与温阻系数的比值，即获得所述温度偏差值；
其中，所述温阻系数为所述成膜温度变化1℃，所述薄膜电阻率的变化量。
优选地，当所述薄膜为硼掺杂多晶硅时，所述温阻系数为1.2。
优选地，当所述薄膜为砷掺杂多晶硅时，所述温阻系数为6。
优选地，所述薄膜为多晶硅薄膜。
优选地，在所述根据各个所述恒温区的所述温度偏差值对各个所述恒温区的温度进行补偿的步骤中，
各个所述恒温区对应的所述成膜温度的补偿后的值等于所述成膜温度的当前值与所述温度偏差值二者之间的差值。
优选地，所述获取各个恒温区中完成工艺的晶圆上的薄膜电阻率的步骤，进一步包括：
获取各个恒温区中完成工艺的晶圆上的薄膜电阻率；
判断所述薄膜电阻率是否超出可控范围，若否，则进行所述根据所述薄膜电阻率与成膜温度的对应关系，计算获得各个所述恒温区的温度偏差值的步骤；若是，则流程结束。
作为另一个技术方案，本发明还提供了一种恒温区温度校准方法，包括：
对各个所述恒温区的成膜温度进行校准，以获得温度补偿表；
对各个所述恒温区中的晶圆进行成膜工艺；
采用本申请中所述的温度补偿方法对所述温度补偿表进行调整；
返回所述对各个所述恒温区的成膜温度进行校准的步骤，并以调整后的所述温度补偿表重新对各个所述恒温区的成膜温度进行校准。
优选地，在所述对各个所述恒温区的成膜温度进行校准，以获得温度补偿表的步骤中，计算各个所述恒温区的腔室内部温度值与参考温度值二者之间的差值，并列入所述温度补偿表中；其中，所述参考温度值为靠近晶圆边缘的温度检测值。
优选地，所述恒温区温度校准方法应用于低压力化学气相沉积设备。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的温度补偿方法及恒温区温度校准方法的技术方案中，获取各个恒温区中完成工艺的晶圆上的薄膜电阻率后；根据薄膜电阻率与成膜温度的对应关系，计算获得各个恒温区的实际温度偏差值；根据各个恒温区的温度偏差值对各个恒温区的成膜温度进行补偿。本发明针对成膜温度的高低直接影响多晶硅晶粒直径大小，并通过晶粒间界效应得到电阻率的原理，通过薄膜电阻率与成膜温度的对应关系，计算各个恒温区的温度偏差值，以对各个恒温区的成膜温度进行补偿，此温度补偿方法重复性强，实施简单，并且还可以节省温度校准成本。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的温度补偿方法的流程框图；
图2为本发明实施例中硼掺杂多晶硅电阻率与温度的对应关系示意图；
图3为本发明实施例中砷掺杂多晶硅电阻率与温度的对应关系示意图；
图4为本发明实施例二提供的恒温区温度校准方法的流程框图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的温度补偿方法及恒温区温度校准方法进行详细描述。
实施例一
本发明提供了一种温度补偿方法，可用于对离子注入设备的各个恒温区进行温度补偿。如图1所示，为本发明实施例一提供的温度补偿方法的流程框图，本发明实施例一中，温度补偿方法包括：
步骤101：获取各个恒温区中完成工艺的晶圆上的薄膜电阻率。
具体地，本实施例中工艺包括：成膜、使用离子注入设备掺杂、使用退火设备退火；且薄膜可以为多晶硅薄膜。
针对不同的薄膜，成膜需要的工艺环境不同，例如，工艺环境为：晶圆在LPCVD设备中进行正常的淀积工艺，淀积温度设置500～600℃，压力100～800mTorr。
而，使用离子注入设备掺杂为：淀积完晶体硅膜的晶圆按照正常的流程进入离子注入设备，以使离子注入设备对晶圆进行硼或砷掺杂工艺处理。
进一步，使用退火设备退火为：进行完离子注入工艺的晶圆按照正常的流程进入退火设备，以使退火设备对晶圆进行退火工艺处理。具体地，步骤101，进一步包括：
步骤1011：获取各个恒温区中完成工艺的晶圆上的薄膜电阻率。
步骤1012：判断薄膜电阻率是否超出可控范围，若否，执行步骤102；若是，则执行步骤1013。
具体地，可控范围可以为LPCVD设备在进行完工艺后晶圆上薄膜电阻率的范围值，比如可控范围为250±1.5Ω·cm之间的值。当薄膜电阻率不在可控范围中时，说明超出了可控范围。本实施例中，通过判断薄膜电阻率是否在可控范围，可以确定成膜温度是否需要进行校准，为了温度补偿提供了便利的判断条件。
步骤1013：流程结束。
步骤102：根据薄膜电阻率与成膜温度的对应关系，计算获得各个恒温区的温度偏差值。
具体地，步骤102进一步包括：
步骤1021：计算获得各个恒温区对应的薄膜电阻率的目标值与实际值二者之间的差值。
具体地，薄膜电阻率的目标值为常规的工艺正常时晶圆上薄膜的电阻率，比如，薄膜电阻率的目标值为250Ω·cm。
步骤1022：计算获得各个恒温区的差值与温阻系数的比值，即获得温度偏差值；其中，温阻系数为成膜温度变化1℃，薄膜电阻率的变化量。
由上可知，本实施例中，通过薄膜电阻率的目标值与实际值的二者之间的差值计算温度偏差值，计算简单，容易实现；通过计算获得各个恒温区的差值与温阻系数的比值可以确定各个恒温区具体补偿值，无需操作人员参与温度校准，因此，相对于拉温校准，更容易实现，且可以节省温度校准的人力成本。
具体地，温阻系数由薄膜的材料的确定，不同薄膜的电阻率的变化量不同，例如，当薄膜为硼掺杂多晶硅时，温阻系数为1.2；当薄膜为砷掺杂多晶硅时，温阻系数为1.6。本实施例中仅针对硼掺杂多晶硅与砷掺杂多晶硅给出了薄膜电阻率与成膜温度的对应关系，针对其他多晶硅薄膜也可以有类似的对应关系。
具体地，薄膜电阻率与成膜温度的对应关系如图2与图3所示，LPCVD设备生成的薄膜的电阻率与温度呈负相关：图2与图3中，ZONE1～ZONE5表示为五个不同的恒温区，每个恒温区的成膜温度每降低1℃时，硼掺杂多晶硅的电阻率增加1.2欧姆，而砷掺杂多晶硅的电阻率增加6欧姆。反过来讲，当经过LPCVD设备进行工艺之后，最后测得晶圆电阻率，电阻率的变化便可对应出晶体膜实际成膜温度的变化。本实施例提供的薄膜电阻率与成膜温度的对应关系，为腔室温度校准提供了便利条件，便于在半导体行业领域内推广应用。
步骤103：根据各个恒温区的温度偏差值对各个恒温区的成膜温度进行补偿。
具体地，步骤103进一步包括：各个恒温区对应的成膜温度的补偿后的值等于成膜温度的当前值与温度偏差值二者之间的差值。通过本实施例，可以通过计算得到的各个恒温区的温度偏差值对各个恒温区的成膜温度进行实时补偿，保证了腔室温度采集的可靠性。
需要说明的是，在步骤103还可以根据各个恒温区的温度偏差值对腔室温度校准后的温度补偿表进行调整，保证温度校准表的可靠性。
本发明实施例一提供的温度补偿方法，获取各个恒温区中完成工艺的晶圆上的薄膜电阻率后；根据薄膜电阻率与成膜温度的对应关系，计算获得各个恒温区的实际温度偏差值；根据各个恒温区的温度偏差值对各个恒温区的成膜温度进行补偿。本发明针对成膜温度的高低直接影响多晶硅晶粒直径大小，并通过晶粒间界效应得到电阻率的原理，通过薄膜电阻率与成膜温度的对应关系，计算各个恒温区的温度偏差值，以对各个恒温区的成膜温度进行补偿，此温度补偿方法重复性强，实施简单，并且还可以节省温度校准成本。
实施例二
如图4所示，为本发明实施例二提供的恒温区温度校准方法的流程框图，本实施例二中，恒温区温度校准方法包括：
步骤201：对各个恒温区的成膜温度进行校准，以获得温度补偿表。
具体地，步骤201包括：计算各个恒温区的腔室内部温度值与参考值的差值，并列入温度补偿表中，其中参考温度值为靠近晶圆边缘的温度检测值。需要说明的是，参考温度值可以由一根长度贯穿多个温区且从反应腔室底部垂直插入的热电偶测量得到，腔室内部温度由放置在各个恒温区的热电偶测得。
步骤202：对各个恒温区中的晶圆进行成膜工艺。
步骤203：获取各个恒温区中完成工艺的晶圆上的薄膜电阻率。
步骤204：根据薄膜电阻率与成膜温度的对应关系，计算获得各个恒温区的温度偏差值。
步骤205：根据各个恒温区的温度偏差值对温度补偿表进行调整，返回执行步骤201。
本发明实施例提供的恒温区温度校准方法可应用于低压力化学气相沉积设备，节省了低压力化学气相沉积设备进行温度校准的成本。
本发明实施例提供的恒温区校准方法，在对各个恒温区的成膜温度进行校准获得温度补偿表之后，对各个恒温区中的晶圆进行成膜工艺，采用温度补偿方法对温度补偿表进行调整，无需多次进行拉温校准，就可以对补偿表进行有效地调整，保证对恒温曲线修正调节的准确性，并且还可以节省人力物力。
下面分别以五个恒温区的硼掺杂多晶硅和砷掺杂多晶硅为例，对本发明的恒温去温度校准方法进行详细说明：
1.通过常规的拉温校准方式对五个恒温区的成膜温度进行校准，以获得温度补偿表。具体地，针对五个温区温度补偿表中的值包括：a，b，c，d，e。
2.在五个恒温区中的晶圆进行成膜工艺后，对晶圆上的多晶硅薄膜进行硼电阻率量测。若薄膜电阻率量测结果在可控范围内，则表明此时晶圆沉积薄膜的温度是准确的，可继续使用现有的温度补偿表。
3.若薄膜电阻率量测结果不在可控范围内，则表明此时淀积薄膜的温度是不准确的。此时，按照薄膜电阻率与成膜温度的对应关系，针对不同的温区分别调整温度补偿表，对LPCVD设备进行温度补偿。具体方法如下：
(1)第一温区的晶圆测得硼电阻率为Target±f，其中，Target为薄膜电阻率的目标值，第二温区的晶圆测得硼电阻率为Target±g，第三温区的晶圆测得硼电阻率为Target±h，第四温区的晶圆测得硼电阻率为Target±i，第五温区的晶圆测得硼电阻率为Target±j。
(2)由此硼电阻率结果计算得到此时各温区的温度偏差值，第一温区的温度偏差值f/1.2，第二温区的温度偏差值g/1.2，第三温区的温度偏差值h/1.2，第四温区的温度偏差值i/1.2，第五温区的温度偏差值j/1.2。
对原有的温度补偿表中温度补偿值a，b，c，d，e进行调整，调整为
将调整后的值应用到LPCVD设备的机台端，便可得到当前硬件条件下准确的温度值。
(3)恒温区重新调节后，LPCVD设备可以正常放机进行工艺。
本发明抓住在一定的压力和气流条件下，晶圆的薄膜电阻率与成膜温度是一一对应关系的关键点，通过掺杂的薄膜电阻率反推其准确的成膜温度条件，以此为基础对恒温曲线进行修正调节。除了硼掺杂晶圆的薄膜电阻率，还可以以砷掺杂晶圆的薄膜电阻率为温度调节的基础。具体补偿校准方法：
(1)第一温区的晶圆测得砷电阻率为Target±f，第二温区的晶圆测得砷电阻率为Target±g，第三温区的晶圆测得砷电阻率为Target±h，第四温区的晶圆测得砷电阻率为Target±i，第五温区晶圆测得砷电阻率为Target±j。
(2)由此电阻率结果计算得到此时各温区的温度偏差值，第一温区的温度偏差值f/6，第二温区的温度偏差值g/6，第三温区的温度偏差值h/6，第四温区的温度偏差值i/6，第五温区的温度偏差值j/6。
对原有温度补偿值的温度补偿表中温度补偿值a，b，c，d，e进行调整，调整为
将调整后的值应用到LPCVD设备的机台端，便可得到当前硬件条件下准确的温度值。
(3)恒温区重新调节后，LPCVD设备可以正常放机进行工艺。
实施例三
针对上述温度补偿方法，本发明还提供了一种温度补偿装置，温度补偿装置包括：电阻率采集器以及温度控制机构。
电阻率采集器用于采集各个恒温区中完成工艺的晶圆上薄膜电阻率。
温度控制机构用于获取薄膜电阻率；根据薄膜电阻率与成膜温度的对应关系，计算获得各个恒温区的温度偏差值；根据各个恒温区的温度偏差值对各个恒温区的成膜温度进行补偿。
本发明实施例提供的温度补偿装置，温度控制机构获取各个恒温区中完成工艺的晶圆上的薄膜电阻率后；根据薄膜电阻率与成膜温度的对应关系，计算获得各个恒温区的实际温度偏差值；根据各个恒温区的温度偏差值对各个恒温区的成膜温度进行补偿。本发明的温度控制机构可针对成膜温度的高低直接影响多晶硅晶粒直径大小，并通过晶粒间界效应得到电阻率的原理，通过薄膜电阻率与成膜温度的对应关系，计算各个恒温区的温度偏差值，以对各个恒温区的成膜温度进行补偿，此温度补偿方法重复性强，实施简单，并且还可以节省温度校准成本。
具体地，温度控制机构包括：下位机、热电偶以及加热线圈。其中，热电偶用于测量腔室的温度；下位机用于控制加热线圈；加热线圈围绕在腔室周围，用于根据下位机的控制信号控制腔室的温度。
进一步，本发明另一个实施例中温度控制机构还可以用于对温度补偿表进行调整，温度补偿表为各个恒温区的成膜温度进行校准之后的表格，该成膜温度的校准可以是拉温校准，通过本实施例提供的温度补偿装置可以有效地对腔室的温度进行校准，节省了腔室温度校准的成本。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种温度补偿方法，其特征在于，包括：
获取各个恒温区中完成工艺的晶圆上的薄膜电阻率；
根据所述薄膜电阻率与成膜温度的对应关系，计算获得各个所述恒温区的温度偏差值；
根据各个所述恒温区的所述温度偏差值对各个所述恒温区的成膜温度进行补偿。
2.根据权利要求1所述的温度补偿方法，其特征在于，所述根据所述薄膜电阻率与成膜温度的对应关系，计算获得各个所述恒温区的温度偏差值的步骤，进一步包括：
计算获得各个所述恒温区对应的所述薄膜电阻率的目标值与实际值二者之间的差值；
计算获得各个所述恒温区对应的所述差值与温阻系数的比值，即获得所述温度偏差值；
其中，所述温阻系数为所述成膜温度变化1℃，所述薄膜电阻率的变化量。
3.根据权利要求2所述的温度补偿方法，其特征在于，当所述薄膜为硼掺杂多晶硅时，所述温阻系数为1.2。
4.根据权利要求2所述的温度补偿方法，其特征在于，当所述薄膜为砷掺杂多晶硅时，所述温阻系数为6。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的温度补偿方法，其特征在于，所述薄膜为多晶硅薄膜。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的温度补偿方法，其特征在于，在所述根据各个所述恒温区的所述温度偏差值对各个所述恒温区的温度进行补偿的步骤中，
各个所述恒温区对应的所述成膜温度的补偿后的值等于所述成膜温度的当前值与所述温度偏差值二者之间的差值。
7.根据权利要求1所述的温度补偿方法，其特征在于，所述获取各个恒温区中完成工艺的晶圆上的薄膜电阻率的步骤，进一步包括：
获取各个恒温区中完成工艺的晶圆上的薄膜电阻率；
判断所述薄膜电阻率是否超出可控范围，若否，则进行所述根据所述薄膜电阻率与成膜温度的对应关系，计算获得各个所述恒温区的温度偏差值的步骤；若是，则流程结束。
8.一种恒温区温度校准方法，其特征在于，包括：
对各个所述恒温区的成膜温度进行校准，以获得温度补偿表；
对各个所述恒温区中的晶圆进行成膜工艺；
采用权利要求1-7任意一项所述的温度补偿方法对所述温度补偿表进行调整；
返回所述对各个所述恒温区的成膜温度进行校准的步骤，并以调整后的所述温度补偿表重新对各个所述恒温区的成膜温度进行校准。
9.根据权利要求8所述的恒温区温度校准方法，其特征在于，在所述对各个所述恒温区的成膜温度进行校准，以获得温度补偿表的步骤中，计算各个所述恒温区的腔室内部温度值与参考温度值二者之间的差值，并列入所述温度补偿表中；其中，所述参考温度值为靠近晶圆边缘的温度检测值。
10.根据权利要求8所述的恒温区温度校准方法，其特征在于，所述恒温区温度校准方法应用于低压力化学气相沉积设备。
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