CN111106029B - 一种晶圆快速热处理机台的监控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种晶圆快速热处理机台的监控方法，对光硅片进行离子注入，形成监控片，且离子注入的杂质在不被完全激活时，进行监控片的电阻值测试；在制作监控片时，对清洗后的光硅片进行处理没有时间限制，同时不需要保存于氮气柜中，简化了监控片制作步骤及技术要求，本发明在简化监控片制作步骤及技术要求的同时，兼顾监控金属前和金属后500~1000℃的温度范围，起到有效监控的目的；防止因机台温度的波动和漂移导致晶圆加工工艺异常及晶圆报废，具有良好的市场应用价值。

Description

一种晶圆快速热处理机台的监控方法
技术领域
本发明涉及半导体芯片制作领域，尤其涉及一种晶圆快速热处理机台的监控方法。
背景技术
随着集成电路工艺技术的不断发展，半导体芯片集成度的一再提高，工艺特征尺寸也随之减小，其对工艺技术要求有更低的热预算、更陡的杂质分布，来满足低的漏电流、高迁移率、短沟道长度的需求。目前芯片的热预算主要取决于晶圆生产过程中的高温工艺，而高温工艺分为高温炉管和快速热处理两种工艺方式，高温炉管有着很长的升降温时间（约1～2小时）、进出舟时间（约1小时）和高温稳定时间（0.2～0.5小时）等，会大大增加芯片不必要的热预算，而快速热处理具有短时间内（5～300秒）将单个晶圆加热至500～1250℃的范围及迅速降温（30～200秒）的优势，可以大大减少芯片的热预算，得到陡峭的杂质分布。
晶圆的生产机台分为金属前和金属后，这样区分的目的是防止金属后的晶圆进入金属前的机台，导致金属前的机台和晶圆金属污染，所以金属前的快速热处理机台为了避免此问题，机台采取快速热氧化的方式来进行监控，监控温度范围为500～1250℃，由于低于1000℃时，生长的氧化层厚度小于5纳米，非常薄，不能起到监控作用，故选取1150℃为代表进行监控,采用60秒,通氧气15L/Min,使光硅片在高温下生长一定厚度的氧化层来监控，但这种方式的监控温度偏高，不能兼顾到1000℃以下的温度，所以此监控方式对低于1000℃的温度波动和漂移，对于金属前的监控是有所缺失的。金属后的快速热处理机台的温度使用范围在500～1000℃，监控方式为800℃,采用20秒,通氮气15L/Min,对生长一定厚度的金属及金属化合物（如Ti/TiN，Co/CoSi2）后再进行热处理，使金属和硅在高温下形成硅化物的方式来测试电阻进行监控，然而此方法得到的电阻对温度并不敏感，不能很好的通过阻值的变化来判断机台温度的波动和漂移。为了更好的对金属前和金属后500～1000℃进行有效监控，需要一种切实可行的监控方法来监控机台的温度变化情况。
如图1所示，现有技术中，金属前500~1000℃监控方式缺失，金属后500~1000℃范围的监控方式如下：
1.选取P型电阻率15-25ohm/cm3 光硅片；
2.对光硅片进行清洗；
3.生长钛和氮化钛，钛厚度为40纳米，氮化钛厚度为20纳米；此步必须在上一步骤完成之后2小时内进行生长，否则需要重新清洗一次。生长完钛和氮化钛的光硅片需放入氮气柜中保存，以防止钛和氮化钛表面氧化，需进行监控时拿出使用。
4.在800℃,20秒,氮气15L/Min条件下进行快速热处理；
5.采用测试机台进行电阻测试，确认电阻稳定性即可。
6.监控频次一般为每天一次。
由图2可知，温度变化50℃，电阻变化只有2欧姆左右，电阻对温度的敏感度不够，同时其随温度变化的线性度并不好，不能有效监控快速热处理机台的温度波动与漂移，从而导致晶圆加工工艺异常，严重时会导致晶圆报废。
现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
为了解决现在技术存在的缺陷，本发明提供了一种晶圆快速热处理机台的监控方法。
本发明提供的技术文案，一种晶圆快速热处理机台的监控方法，对光硅片进行离子注入，形成监控片，且离子注入的杂质在不被完全激活时，进行监控片的电阻值测试。
优选地，具体包括以下步骤：
S1、选取P型电阻率15-25ohm/cm3 光硅片；
S2、依次采用50：1 氢氟酸溶液、1号标准清洗液、2号标准清洗液进行光硅片清洗，分别去除光硅片的自然氧化层、表面颗粒及金属离子；
S3、对光硅片进行离子注入，离子注入条件为：注入杂质为P31+，能量为60～70KeV，剂量为8.0 E13～1.0E14ion/cm2；
S4、在800℃,20秒,氮气15L/Min条件下进行快速热处理；
S5、采用测试机台对监控片进行电阻值测试，确认电阻值稳定性；
S6、以一定的监控频次对监控片进行电阻值测试。
优选地，步骤S3中，离子注入的条件为：注入杂质P31+, 能量为65KeV，剂量为9.0E13ion/cm2。
优选地，步骤S2中，50：1 氢氟酸溶液为去离子水：49%氢氟酸原溶液按体积比50：1配制，1号标准清洗液为氢氧化氨：过氧化氢：去离子水按体积比1：2：10配制，2号标准清洗液为盐酸：过氧化氢：去离子水按体积比1：2：10配制。
优选地，步骤S2为，依次采用50：1 氢氟酸溶液、去离子水、1号标准清洗液、去离子水、2号标准清洗液进行光硅片清洗，分别去除光硅片的自然氧化层、表面颗粒及金属离子。
优选地，步骤S6中，监控频次设置为每天一次。
相对于现有技术的有益效果，本发明在制作监控片时，对清洗后的光硅片进行处理没有时间限制，同时不需要保存于氮气柜中，简化了监控片制作步骤及技术要求，本发明在简化监控片制作步骤及技术要求的同时，兼顾监控金属前和金属后500~1000℃的温度范围，起到有效监控的目的,防止因机台温度的波动和漂移导致晶圆加工工艺异常及晶圆报废，具有良好的市场应用价值。
附图说明
图1为现有技术的流程示意图；
图2为现有技术中电阻变化与温度关系图；
图3为本发明的流程示意图；
图4为本发明电阻变化与温度关系图；
图5为本发明电阻重复性监控数据图。
具体实施方式
需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。
下面结合附图对本发明作详细说明。
如图3所示，实施例一，一种晶圆快速热处理机台的监控方法，具体包括以下步骤：
S1、选取P型电阻率15-25ohm/cm3 光硅片；
S2、依次采用50：1 氢氟酸溶液、1号标准清洗液、2号标准清洗液进行光硅片清洗，分别去除光硅片的自然氧化层、表面颗粒及金属离子；
S3、对光硅片进行离子注入，离子注入条件为：注入杂质为P31+，能量为60～70KeV，剂量为8.0 E13～1.0E14ion/cm2；此步与上一步清洗中间没有时间限制，同时不需要保存在氮气柜中，简化监控片的制作步骤，同时由于是金属前的机台进行制作，所以可以在金属前和金属后机台上同时使用，确保金属后使用过不能进入金属前机台即可。
S4、在800℃,20秒,氮气15L/Min条件下进行快速热处理；
S5、采用测试机台对监控片进行电阻值测试，确认电阻稳定性即可；
S6、以每天一次的监控频次对监控片进行电阻值测试。
实施例二，与实施例一不同之处在于，步骤3中，离子注入的条件为，优选地，注入条件为：注入杂质P31+，能量为65KeV，剂量为9.0E13ion/cm2，在此注入条件下，不完全激活状态的电阻变化与温度的线性关系最好。
由图4所示，温度变化1度，对应的电阻值变化约1欧姆，可以准确反应机台的温度波动和漂移；
由图5所示，图5为收集10天的电阻值波动数据，从数据可以看出电阻值稳定在+/-3℃以内，可以准确的反映温度的波动和漂移，从而可以有效的达到监控快速热处理机台的目的。
本发明选择一种具有代表性的条件说明了本发明的要点，但实际监控条件多种多样，凡是涉及采用离子注入杂质在不完全激活的状态下的电阻值与温度的对应关系来监控机台的，均在本发明专利的保护范围下。
需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种晶圆快速热处理机台的监控方法，其特征在于，对光硅片进行离子注入，形成监控片，且离子注入的杂质在不被完全激活时，进行监控片的电阻值测试；该监控方法，具体包括以下步骤：
S1、选取P型电阻率15-25ohm/cm3光硅片；
S2、依次采用50：1氢氟酸溶液、1号标准清洗液、2号标准清洗液进行光硅片清洗，分别去除光硅片的自然氧化层、表面颗粒及金属离子；
S3、对光硅片进行离子注入，离子注入条件为：注入杂质为P31+，能量为60～70KeV，剂量为8.0E13～1.0E14ion/cm2；
S4、在800℃,20秒,氮气15L/Min条件下进行快速热处理；
S5、采用测试机台对监控片进行电阻值测试，确认电阻值稳定性；
S6、以一定的监控频次对监控片进行电阻值测试；
步骤S3中，离子注入的条件为：注入杂质P31+,能量为65KeV，剂量为9.0E13ion/cm2 ；
步骤S2中，50：1氢氟酸溶液为去离子水：49%氢氟酸原溶液按体积比50：1配制，1号标准清洗液为氢氧化氨：过氧化氢：去离子水按体积比1：2：10配制，2号标准清洗液为盐酸：过氧化氢：去离子水按体积比1：2：10配制；
步骤S2为，依次采用50：1氢氟酸溶液、去离子水、1号标准清洗液、去离子水、2号标准清洗液进行光硅片清洗，分别去除光硅片的自然氧化层、表面颗粒及金属离子；
步骤S6中，监控频次设置为每天一次。
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