CN112002640B - 监控退火工艺稳定性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种监控退火工艺稳定性的方法，其在对待退火处理的膜层进行退火处理之后，对具有所述膜层的晶圆监控片进行应力参数测量,所述应力参数包括应力大小、翘曲度和曲率半径等，显然能够对晶圆监控片在退火前后发生的形变进行监测，进而能够根据应力参数测量结果来判断退火工艺的稳定性是否符合要求，易于实现，且由于应力大小、翘曲度等应力参数可以是对晶圆监控片进行直接测量而获得，因此准确性高。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路制造技术领域，特别涉及一种监控退火工艺稳定性的方法。
背景技术
目前的集成电路制造工艺包括很多道制造工序，例如包括沉积、光刻、刻蚀、离子注入、平坦化等，以基于一晶圆来形成相应的半导体器件。而在这些制造工序中，通常还会为了修复离子注入损伤、激活掺杂离子、使非晶物结晶、形成硅化物、使晶格重排并消除应力等各种原因来对晶圆进行退火处理，退火处理的方法例如快速热退火工艺(rapidthermal annealing，RTA)等。
在集成电路的制作过程中，任何工艺参数的波动都将可能导致形成的半导体器件的失效，显然，各道退火工艺的稳定性（即各道退火工序所使用的退火机台的稳定性）会直接影响半导体器件的性能，因此对退火工艺的稳定性进行监测，是非常必要的。
目前常规的用于监控退火工艺稳定性的方法是：对退火工艺处理后的监控片进行方块电阻量测，且通常使用四探针法来量测方块电阻，准确度低，已经不能满足高性能产品的需要。
因此，亟需改进监控退火工艺稳定性的方法，以满足高性能产品的需要。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种监控退火工艺稳定性的方法，能够满足高性能产品的需要。
为实现上述目的，本发明提供一种监控退火工艺稳定性的方法，包括：
提供晶圆监控片，在所述晶圆监控片的表面上形成待退火处理的膜层；
对所述待退火处理的膜层进行退火处理；
对退火处理后的具有所述膜层的晶圆监控片进行应力参数测量；
根据所述应力参数测量结果，判断所述退火处理的工艺稳定性。
可选地，所述待退火处理的膜层包括掺杂多晶硅薄膜、呈非晶状态且在退火处理后能变为晶态的薄膜、离子注入损伤能通过退火处理修复的膜层、通过退火处理能转变为硅化物的膜层、在退火处理后能发生晶格重排的膜层中的至少一种。
可选地，当所述待退火处理的膜层为掺杂多晶硅薄膜时，在所述晶圆监控片的表面上形成所述待退火处理的膜层的步骤包括：在所述晶圆监控片的正面和背面上形成未掺杂的多晶硅层；对所述未掺杂的多晶硅层进行N型或P型离子注入，以形成掺杂多晶硅薄膜；
或者，当所述待退火处理的膜层为掺杂多晶硅薄膜时，在所述晶圆监控片的表面上形成待退火处理的膜层的步骤包括：通过原位掺杂工艺在所述晶圆监控片的正面和背面上形成掺杂多晶硅薄膜。
可选地，在对所述待退火处理的膜层进行退火处理之后且在进行所述应力参数测量之前，先去除所述晶圆监控片的背面上的未掺杂的多晶硅层或者掺杂多晶硅薄膜。
可选地，在所述晶圆监控片的正面和背面上形成未掺杂的多晶硅层或者掺杂多晶硅薄膜之前，先在所述晶圆监控片的正面和背面上形成氧化层。
可选地，所述的方法还包括：在对所述待退火处理的膜层进行退火处理之前，先对所述待退火处理的膜层进行第一次应力参数测量；在退火处理后进行所述应力测量之后，根据所述第一次应力参数测量和退火处理后的应力参数测量的结果之差，判断所述退火处理的工艺稳定性。
可选地，当所述待退火处理的膜层为掺杂多晶硅薄膜或通过退火处理能转变为硅化物的膜层时，在对所述待退火处理的膜层进行退火处理之后且在进行所述应力参数测量之前或之后，还对退火处理后的晶圆监控片进行方块电阻测量；且在进行所述应力参数测量之后，根据所述应力参数测量和所述方块电阻测量的结果，判断所述退火处理的工艺稳定性。
可选地，所述的方法还包括：
对所述待退火处理的膜层进行退火处理之前， 对所述晶圆监控片进行第一次颗粒水平测量；
在对所述晶圆监控片进行退火处理之后且在进行所述应力参数测量之前或之后，对所述退火处理后的所述晶圆监控片进行第二次颗粒水平测量；
根据所述第二次颗粒水平测量和第一次颗粒水平测量的结果，判断所述退火处理的机台内部的洁净度是否合格。
可选地，所述的方法还包括：
对所述待退火处理的膜层进行退火处理之前， 对所述晶圆监控片上的待退火处理的膜层进行第一次厚度测量；
在对所述晶圆监控片进行退火处理之后且在进行所述应力参数测量之前或之后，对所述晶圆监控片上的所述膜层进行第二次厚度测量；
根据所述应力参数测量、所述第一次厚度测量和所述第二次厚度测量的结果，判断所述退火处理的工艺稳定性。
可选地，所述的方法还包括：根据判断结果，调整所述退火处理的工艺条件，以满足后续退火处理需求，所述工艺条件包括退火温度、退火功率、退火时间、退火气体种类和退火气体流量中的至少一种。
与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有以下有益效果之一：
1、在对待退火处理的膜层进行退火处理之后，对具有所述膜层的晶圆监控片进行应力参数测量, 所述应力参数包括应力大小、翘曲度和曲率半径等，显然能够对晶圆监控片在退火前后发生的形变进行监测，进而能够根据应力参数测量结果来判断退火工艺的稳定性是否符合要求，易于实现，且由于应力大小、翘曲度等应力参数可以是对晶圆监控片进行直接测量而获得，因此准确性高。
2、该方法无需破坏晶圆监控片，因此可以使得晶圆监控片可回收利用，由此降低了退火工艺监控成本。
3、可以进一步结合应力参数测量结果以及颗粒水平、方块电阻和薄膜厚度中的至少一种参数的测量结果，来判断退火工艺的稳定性是否符合要求，进一步提高监控准确度。
4、该监控方法不仅能用于监控RTA机台或RTA工艺的稳定性，还能用于监控RTA以外的常规退火机台或常规退火工艺的稳定性监控。
附图说明
图1是现有的退火工艺稳定性监控方法中的器件结构剖面示意图。
图2是本发明具体实施例的监控退火工艺稳定性的方法流程图。
图3至图6是本发明具体实施例的监控退火工艺稳定性的方法中的器件结构剖面示意图。
具体实施方式
正如背景技术中所述，在集成电路的制作过程中，退火工艺稳定性会直接影响产品的性能。例如在红外感温产品、麦克风等MEMS(Microelectro Mechanical Systems，微机电系统)产品中，掺杂多晶硅薄膜作为产品中的基本结构材料尤其得到广泛的应用，请参考图1，该掺杂多晶硅薄膜的具体制作过程包括：在晶圆100上沉积多晶硅薄膜101后，对沉积的多晶硅薄膜101进行N型离子或P型离子掺杂，此时在多晶硅薄膜101中形成离子注入层102，进行快速热退火处理（RTA）后，掺杂后的多晶硅薄膜101的掺杂离子被激活，形成位于上层的离子掺杂层101a以及位于下层的未掺杂多晶硅层101b，由此获得掺杂多晶硅薄膜。
该掺杂多晶硅薄膜的主要工艺指标有厚度、造成污染的颗粒水平、方块电阻(RS)和应力(Stress)，而目前常规的用于监控RTA工艺稳定性的方法中，请参考图1，通常只会通过探针103对RTA工艺处理后的掺杂多晶硅薄膜进行方块电阻进行监测，并根据监测结果调整RTA工艺参数（工艺温度/工艺压力/退火气体流量/退火时间等），以满足产品的方块电阻(RS) 需求（例如要求方块电阻265Ω~292Ω之间）。这种方法具有以下缺陷：
1、虽然能使用方块电阻来监控RTA机台的稳定性，以间接反应产品稳定性，但是监控方法单一，且不能对晶圆的形变进行监测，而目前MEMS产品对形变要求非常高，显然，这种方法不能满足MEMS产品的性能进一步提高的要求。
2、通常采用四探针法测试方块电阻，该四探针法是一种破坏性量测，不能直接在产品上进行，只能量测控片来间接反映出产品指标，控片在使用后会作报废处理，由此造成监控成本难以降低的问题，已经不能满足快速发展的工艺需要。
3、使用方块电阻来监控RTA机台的稳定性，在RTA工艺条件波动时，方块电阻反应不够灵敏，监控结果准确度低。
且发明人研究发现，在同样的监控条件下，应力参数（例如应力大小）相对方块电阻，能更灵敏、更准确地反馈RTA工艺稳定性。具体地，例如在RTA工艺的退火温度、退火时间等退火工艺条件均相同时，1号样品用氧气退火，2号样品用氮气退火，退火后对两个样品进行方块电阻和应力测量，1号样品的方块电阻值为17.76*1个电阻单位，应力大小为 19.93*1个应力单位，2号样品的方块电阻值为36.18*1个电阻单位，应力大小为 68.42*1个应力单位，显然，在退火气体改变时，应力大小的变化，相对方块电阻的变化更加明显。再例如，例如在RTA工艺的退火气体种类、退火时间等退火工艺条件均相同时，对另外两个样品采用不同的退火温度退火，退火后对这两个样品进行方块电阻和应力测量，同样发现，在退火温度改变时，应力大小的变化，相对方块电阻的变化更加明显。又例如，在RTA工艺的退火气体种类、退火温度等退火工艺条件均相同时，对其他两个样品进行不同时间的退火，退火后对这两个样品进行方块电阻和应力测量，同样发现，在退火时间改变时，应力大小的变化，相对方块电阻的变化更加明显。
基于此，本发明提出一种监控退火工艺稳定性的方法，至少对退火处理后且具有掺杂多晶硅薄膜的晶圆监控片进行应力参数测量，以根据应力参数测量结果，来判断退火工艺稳定性，即能判断退火机台的稳定性。
以下结合附图2至附图6和具体实施例对本发明提出的技术方案作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参考图2，本发明一实施例提供一种监控退火工艺稳定性的方法，包括以下步骤：
S1，提供晶圆监控片，在所述晶圆监控片的表面上形成待退火处理的膜层；
S2，对所述待退火处理的膜层进行退火处理；
S3，对退火处理后的具有所述膜层的晶圆监控片进行应力参数测量；
S4，根据所述应力参数测量结果，判断所述退火处理的工艺稳定性。
在步骤S1中，请参考图3和图4，可以提供晶圆裸片作为晶圆监控片200，然后通过合适的工艺方法，在晶圆监控片200上形成待退火处理的膜层201’。其中，所述待退火处理的膜层201’可以包括掺杂多晶硅薄膜、呈非晶状态且在退火处理后能变为晶态的薄膜、离子注入损伤能通过退火处理修复的膜层、通过退火处理能转变为硅化物的膜层、在退火处理后能发生晶格重排的膜层以及掺杂离子在退火后能被激活的掺杂层（不同于掺杂多晶硅薄膜）等中的至少一种。
作为一种示例，请参考图3至图4，当所述待退火处理的膜层201’为掺杂多晶硅薄膜时，步骤S1中在所述晶圆监控片200的表面上形成所述待退火处理的膜层201’的步骤包括：首先，可以采用低压化学气相沉积（LPCVD）工艺在所述晶圆监控片200的正面和背面上同时形成未掺杂的多晶硅层201、202，未掺杂的多晶硅层201、202的沉积厚度例如是400nm±4nm；仅对所述晶圆监控片200的正面上的未掺杂的多晶硅层201进行N型或P型离子注入，以在未掺杂的多晶硅层201中形成离子注入层203，继而获得待退火处理的膜层201’，待退火处理的膜层201’即需要退火处理且包含离子注入层203的掺杂多晶硅薄膜，此时晶圆监控片200背面上仍保留有未掺杂的多晶硅层202。在本发明的其他实施例中，在步骤S1中，在对所述晶圆监控片200的正面上的未掺杂的多晶硅层201进行N型或P型离子注入的同时，可以对所述晶圆监控片200的背面上的未掺杂的多晶硅层202也进行N型或P型离子注入，以在未掺杂的多晶硅层202中也形成相应的离子注入层，在后续的步骤S2中未掺杂的多晶硅层202及位于未掺杂的多晶硅层202中的离子注入层也会被退火处理为两层结构：一层是紧挨晶圆监控片200背面的未掺杂的多晶硅层以及位于该未掺杂的多晶硅层背面上的离子掺杂层（即掺杂多晶硅层）。
可选地，在所述晶圆监控片200的正面和背面上形成未掺杂的多晶硅层201、202之前，还可以先通过热氧化工艺或者气相沉积等工艺，在所述晶圆监控片200的正面和背面上形成氧化层（未图示）。
作为一种示例，请参考图3至图4，当所述待退火处理的膜层201’为掺杂多晶硅薄膜时，步骤S1中在所述晶圆监控片200的表面上形成所述待退火处理的膜层201’的步骤包括：通过原位掺杂工艺在所述晶圆监控片200的正面上形成待退火处理的膜层201’ （实质上也是一种掺杂多晶硅薄膜），即在形成未掺杂的多晶硅层201的过程中对未掺杂的多晶硅层201进行原位掺杂，使得该待退火处理的膜层201’整体厚度内均掺杂有相应的离子。此外，该原位掺杂工艺可以同时在所述晶圆监控片200的背面上也对未掺杂的多晶硅层202进行原位掺杂，以在晶圆监控片200的正面上形成待退火处理的膜层201’的同时，在晶圆监控片200的背面上也形成掺杂多晶硅薄膜。可选地，在所述晶圆监控片200的正面和背面上，通过原位掺杂工艺形成掺杂多晶硅薄膜之前，还可以先通过热氧化工艺或者气相沉积等工艺，在所述晶圆监控片200的正面和背面上形成氧化层（未图示）。
请参考图4和图5，在步骤S2中，采用要求监控的退火工艺（例如RTA等），对所述待退火处理的膜层201’进行退火处理，退火工艺条件根据待退火处理的膜层201’的退火需求来设定，例如该退火处理能够对待退火处理的膜层201’起到以下功能中的至少一种：修复离子注入损伤、激活掺杂离子、使非晶物结晶、形成硅化物、使晶格重排并消除应力等。当待退火处理的膜层201’为掺杂多晶硅薄膜时，退火温度例如为1000℃~1200℃，退火时间为30s~60s，退火气体包括氮气、惰性气体、氧气和氢气中的至少一种。本示例中，图4中的离子注入深度较浅，退火处理后掺杂多晶硅薄膜中的掺杂离子被激活，形成位于上层的离子掺杂层201b以及位于下层的未掺杂多晶硅层201a，如图5所示。作为一种示例，步骤S2中，要求快速热退火的最佳温度为950℃，在退火处理的过程中，先通入氧气稳定30s，然后再通入氮气，并在氮气氛围下进行退火处理，退火时间为60s，最终结束退火。
请参考图4和图5，在本实施例中，在步骤S1中形成待退火处理的膜层201’之后且在执行步骤S2之前，对具有所述待退火处理的膜层201’的晶圆监控片200进行第一次应力参数测量，其中第一次应力参数测量所测量的应力参数包括待退火处理的膜层201’的应力（stress）大小、翘曲度、曲率半径等等。即在退火处理之前，进行第一次应力参数测量。在步骤S3中，对步骤S2退火处理后的具有所述膜层（即离子掺杂层201b和未掺杂多晶硅层201a堆叠形成的膜层）的晶圆监控片200进行第二次应力参数测量，其中第二次应力参数测量所测量的应力参数与步骤S1中的第一次应力参数所测量的应力参数相同，可以包括退火处理后的膜层（即离子掺杂层201b和未掺杂多晶硅层201a堆叠形成的膜层）的应力（stress）大小、翘曲度、曲率半径等等，也可以说是退火后晶圆控片200正面的应力（stress）大小、翘曲度、曲率半径。例如第一次应力参数测量和第二次应力参数测量均测量膜层的应力大小，即第二次应力参数测量可以直接测量退火处理后的膜层（即离子掺杂层201b和未掺杂多晶硅层201a堆叠形成的膜层）中的应力（stress）大小。
请参考图5，在本实施例的步骤S4中，根据步骤S1中的第一次应力参数测量和步骤S3中的第二次应力参数测量的结果之间的差值，来判断步骤S2中的退火处理的工艺稳定性。例如，将当前得到的所述差值，与历史得到的差值相比较，若当前得到的所述差值相对历史得到的差值出现较大波动或者异常，则判定步骤S2中的退火处理的工艺稳定性较差，反之，则判定步骤S2中的退火处理的工艺稳定性较好。再例如，预设一合理的差值参考范围，若当前得到的所述差值属于所述差值参考范围，则判定步骤S2中的退火处理的工艺稳定性较好，否则，则判定步骤S2中的退火处理的工艺稳定性较差。
需要说明的是，虽然上述实施例中举例了应用退火前后两次的应力参数测量结果之差，来监控RTA工艺稳定性的方法，但是本发明的技术方案也不仅仅限定于此，在本发明的其他实施例中，也可以在步骤S1中省略第一次应力参数测量，在步骤S4中利用步骤S3中得到的应力测量结果来判断退火工艺的稳定性。
具体地作为一种示例，先根据建立退火处理后的膜层所对应的应力参数与其退火工艺参数之间的相关性的步骤需求，在生产线上历时0.5个月~3个月，甚至更长时间段，以在相应的大量晶圆监控片上分别制造待退火处理的膜层并对其进行退火处理，在各个晶圆控片上形成所需的退火处理后的膜层，收集退火工艺参数，并对每片晶圆监控片上制作出的所述退火处理后的膜层进行应力参数测量，以获得所需的退火工艺参数数据和应力参数数据。然后对这些退火工艺参数数据和应力参数数据进行相关性分析，以建立所述退火处理后的膜层对应的应力参数与退火工艺参数之间的相关性，进而在步骤S4中，根据预先建立的相关性以及当前在步骤S3中测得的应力参数值，来判断当前步骤S2中的退火处理的工艺稳定性。例如，之前先建立了相应的应力大小与退火温度之间的相关性，该相关性可以是一种退火温度关于应力大小的函数公式，也可以是通过曲线拟合方法拟合出来的一条退火温度随应力大小变化的曲线，当在步骤S3中测得相应的应力大小后，在步骤S4中可以将步骤S3中测得的应力大小代入到之前建立的应力大小与退火温度之间的相关性中，得到一计算出的退火温度区间，由此可以进一步判断该计算出的退火温度区间是否在规定温度范围内，由此判断当前步骤S2中的退火处理的工艺稳定性。再例如，之前先建立了相应的应力大小与退火时间之间的相关性，该相关性可以是一种退火时间关于应力大小的函数公式，或者是通过曲线拟合方法拟合出来的一条退火时间随应力大小变化的曲线，在步骤S4中可以根据该先前建立的相关性确定与步骤S3中测得的应力大小相对应的退火时间区间（即一个计算出来的退火时间区间），并判断该计算出来的退火时间区间是否在规定退火时间范围内，由此判断当前步骤S2中的退火处理的工艺稳定性。又例如，之前先建立了相应的应力大小与退火气体流量之间的相关性，该相关性可以是一种退火气体流量关于应力大小的函数公式或者是通过曲线拟合方法拟合出来的一条退火气体流量随应力大小变化的曲线，在步骤S4中根据该相关性确定与步骤S3中测得的应力大小相对应的退火气体流量（即一个计算出来的退火气体流量），并判断该计算出来的退火气体流量是否在规定气体流量范围内，由此判断当前步骤S2中的退火处理的工艺稳定性。
作为另一种示例，在步骤S4中直接判断步骤S3测得的应力参数值是否符合要求，若符合要求，则判定步骤S2中的退火处理的工艺稳定性符合要求，若不符合要求，则判定步骤S2中的退火处理的工艺稳定性不符合要求。
本发明的监控方法进一步还包括，当在步骤S4中判定步骤S2中的退火处理的工艺稳定性不符合要求时，调整步骤S2中的退火处理的工艺条件，并利用该调整的退火处理的工艺条件，对后续批次的具有待退火处理的膜层的晶圆监控片进行退火处理和退火工艺稳定性监控，直至最终监控到退火工艺稳定性符合要求为止。其中调整包括退火温度、退火功率、退火时间、退火气体种类和退火气体流量中的至少一种条件，来调整退火处理的工艺条件。
另外，上述实施例中，在步骤S3中进行应力测量时，晶圆控片200的背面上仍保留有未掺杂的多晶硅层或者退火处理后的掺杂多晶硅薄膜，但是本发明的技术方案并不仅仅限定于此，在本发明的其他实施例中，请参考图3、图4和图6，当在步骤S1中，在晶圆控片200的正面上形成待退火处理的膜层201’（其材质为掺杂多晶硅薄膜）的同时，还在晶圆监控片200的背面上形成了未掺杂的多晶硅层202或者掺杂多晶硅薄膜，这种情况下，为了能够在步骤S3中准确测得离子掺杂层201b中的应力大小以提高监控退火工艺的稳定性的监控准确性，当后续仅在步骤S3中进行一次应力参数测量时，则在步骤S2之后且在步骤S3之前，可以先通过背面减薄或者湿法腐蚀等工艺去除所述晶圆监控片200的背面上的未掺杂的多晶硅层202或者掺杂多晶硅薄膜；当需要在步骤S1中进行退火处理前的第一次应力参数测量以及在步骤S3中进行退火处理后的第二次应力参数测量时，则可以在步骤S1中形成待退火处理的膜层201’之后且在进行第一次应力参数测量之前，或者，在步骤S2之后且在步骤S3之前，先通过背面减薄或者湿法腐蚀等工艺去除所述晶圆监控片200的背面上的未掺杂的多晶硅层202或者掺杂多晶硅薄膜，如图6所示。
需要说明的是，为了进一步增强对退火工艺稳定性监控的准确性，还可以将上述通过应力参数测量来监控退火工艺稳定性的方法和本领域中常规通过方块电阻、颗粒水平和膜层厚度等参数测量来监控退火工艺稳定性的方法进行结合。
作为一种示例，当所述待退火处理的膜层为掺杂多晶硅薄膜或通过退火处理能转变为硅化物的膜层时，在上述步骤S2之前，对所述待退火处理的膜层进行第一次方块电阻测量，在步骤S3中还对退火处理后的晶圆监控片进行第二次方块电阻测量，在步骤S4中，根据退火前后的应力参数测量结果之差和所述方块电阻测量结果之差，判断步骤S2中的退火处理的工艺稳定性。或者，先分别建立应力参数测量与退火工艺参数相关性以及建立方块电阻与退火工艺参数相关性，然后在步骤S4中利用这些相关性以及当前步骤S3中的应力参数测量结果和方块电阻测量结果，来判断步骤S2中的退火处理的工艺稳定性。亦或者，在步骤S4中，直接将测量得到的方块电阻和要求的方块电阻比较，将测量得到的应力参数值与要求的应力参数值比较，只要当测量得到的方块电阻和应力参数值均符合要求时，才判定步骤S2中的退火处理的工艺稳定性符合要求，否则需要调整退火处理的工艺条件，继续进行监控，例如调整退火处理的退火温度、退火时间、退火气体流量等至少一项。
作为另一种示例，在本发明的监控退火工艺稳定性的方法中，在步骤S1之后且在步骤S2之前，即对所述待退火处理的膜层进行退火处理之前，对所述晶圆监控片进行第一次颗粒水平测量；在步骤S2之后且在步骤S3之前或之后，即在对所述晶圆监控片进行退火处理之后且在进行所述应力参数测量之前或之后，对所述退火处理后的所述晶圆监控片进行第二次颗粒水平测量。在步骤S4中，根据所述第二次颗粒水平测量和第一次颗粒水平测量的结果，判断所述退火处理的机台内部的洁净度是否合格，并进一步根据退火前后的两次应力参数测量结果之差或者退火后的应力测量结果，判断退火工艺稳定性，只有当判定所述退火处理的机台内部的洁净度合格且应用应力参数来监控到退火工艺稳定性符合要求时，才最终判定步骤S2中的退火处理的工艺稳定性符合要求，否则需要调整退火处理的工艺条件，继续进行监控，例如调整退火处理的退火温度、退火时间、退火气体流量等至少一项。
作为又一种示例，在本发明的监控退火工艺稳定性的方法中，在步骤S1之后且在步骤S2之前，即对所述待退火处理的膜层进行退火处理之前，对所述晶圆监控片上的待退火处理的膜层进行第一次厚度测量；在步骤S2之后且在步骤S3之前或之后，即在对所述晶圆监控片进行退火处理之后且在进行所述应力参数测量之前或之后，对所述晶圆监控片上的所述膜层进行第二次厚度测量；在步骤S4中，根据所述第一次厚度测量和所述第二次厚度测量的结果之差，以及退火前后的两次应力参数测量结果之差（或者退火后的应力测量结果），来判断所述退火处理的工艺稳定性。例如，在步骤S4中，将步骤S3中测量得到的应力参数值与要求的应力参数值比较，将所述第二次厚度测量值与所述第一次厚度测量值的差值与要求差值范围比较，只有当所述第二次厚度测量值与所述第一次厚度测量值的差值符合要求，且应用应力参数来监控到退火工艺稳定性符合要求时，才最终判定步骤S2中的退火处理的工艺稳定性符合要求，否则需要调整退火处理的工艺条件，继续进行监控，例如调整退火处理的退火温度、退火时间、退火气体流量等至少一项。
作为再一种示例，在步骤S1之后且在步骤S2之前，对所述晶圆监控片进行第一次颗粒水平测量，并对所述晶圆监控片上的待退火处理的膜层进行第一次厚度测量；在步骤S2之后且在步骤S3之前或之后，对所述退火处理后的所述晶圆监控片进行第二次颗粒水平测量，并对所述晶圆监控片上的所述膜层进行第二次厚度测量，还对退火处理后的晶圆监控片进行方块电阻测量。在步骤S4中，根据所述第二次颗粒水平测量和第一次颗粒水平测量的结果，判断所述退火处理的机台内部的洁净度是否合格，并分别根据测量得到的应力参数值、测量得到的方块电阻以及将所述第二次厚度测量值与所述第一次厚度测量值的差值，来判断步骤S2中的退火处理的工艺稳定性符合要求，例如将测量得到的应力参数值与要求的应力参数值比较，将测量得到的方块电阻和要求的方块电阻比较，将所述第二次厚度测量值与所述第一次厚度测量值的差值与要求差值范围比较。只有当判定所述退火处理的机台内部的洁净度合格且其余比较结果均符合要求时，才判定步骤S2中的退火处理的工艺稳定性符合要求，否则需要调整退火处理的工艺条件，继续进行监控，例如调整退火处理的退火温度、退火时间、退火气体流量等至少一项。
需要说明的是，上述各实施例中的晶圆监控片可以是不用于制作实际产品的测试片，也可以是用于制作实际产品的晶圆片。当晶圆监控片是是用于制作实际产品的晶圆片时，本发明的方法，相对传统的应用方块电阻来监控退火工艺稳定性的方法，可实现直接在产品上进行监控的效果，即直接监测产品退火制程的稳定性，由此能直接反映出产品指标，且这种情况下，步骤S3中的测量结果可以加入集成电路制造的SPC（Statistical ProcessControl，统计过程控制）系统，以快速抓到产品退火制程中的不稳定因素，并及时报警（alarm），并进行异常处理，产品低良回查，进而避免损失。
综上所述，通过本发明的技术方案，能够监控退火工艺（或者说退火机台）的稳定性，且该监控方法由于主要是采用应力参数测量来监控退火工艺稳定性，因此监控结果准确，不会因退火机台保养，而导致监控结果变化。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种监控退火工艺稳定性的方法，其特征在于，用于判断退火机台在保养后的稳定性，所述方法包括：
提供晶圆监控片，在所述晶圆监控片的表面上形成待退火处理的膜层；
对所述待退火处理的膜层进行退火处理；
对退火处理后的具有所述膜层的晶圆监控片进行应力参数测量；
将所述应力参数测量的结果加入到集成电路制造的统计过程控制系统，以根据所述应力参数测量的结果，判断所述退火处理的工艺稳定性，以确定所述退火机台因保养而产生的不稳定因素，并确定所述不稳定因素所导致的退火工艺条件相对规定工艺条件的波动是否影响所要制造的产品性能的稳定性，进而及时报警并进行异常处理和产品低良回查，其中，所述不稳定因素所导致的所述波动包括退火温度、退火功率、退火时间、退火气体种类和退火气体流量中的至少一种工艺参数相对规定的工艺参数范围的波动。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待退火处理的膜层包括掺杂多晶硅薄膜、呈非晶状态且在退火处理后能变为晶态的薄膜、离子注入损伤能通过退火处理修复的膜层、通过退火处理能转变为硅化物的膜层、在退火处理后能发生晶格重排的膜层中的至少一种。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述待退火处理的膜层为掺杂多晶硅薄膜时，在所述晶圆监控片的表面上形成所述待退火处理的膜层的步骤包括：在所述晶圆监控片的正面和背面上形成未掺杂的多晶硅层；对所述未掺杂的多晶硅层进行N型或P型离子注入，以形成掺杂多晶硅薄膜；
或者，当所述待退火处理的膜层为掺杂多晶硅薄膜时，在所述晶圆监控片的表面上形成待退火处理的膜层的步骤包括：通过原位掺杂工艺在所述晶圆监控片的正面和背面上形成掺杂多晶硅薄膜。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在对所述待退火处理的膜层进行退火处理之后且在进行所述应力参数测量之前，先去除所述晶圆监控片的背面上的未掺杂的多晶硅层或者掺杂多晶硅薄膜。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述晶圆监控片的正面和背面上形成未掺杂的多晶硅层或者掺杂多晶硅薄膜之前，先在所述晶圆监控片的正面和背面上形成氧化层。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在对所述待退火处理的膜层进行退火处理之前，先对所述待退火处理的膜层进行第一次应力参数测量；在退火处理后进行所述应力测量之后，根据所述第一次应力参数测量和退火处理后的应力参数测量的结果之差，判断所述退火处理的工艺稳定性。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，当所述待退火处理的膜层为掺杂多晶硅薄膜或通过退火处理能转变为硅化物的膜层时，在对所述待退火处理的膜层进行退火处理之后且在进行所述应力参数测量之前或之后，还对退火处理后的晶圆监控片进行方块电阻测量；且在进行所述应力参数测量之后，根据所述应力参数测量和所述方块电阻测量的结果，判断所述退火处理的工艺稳定性。
8.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
对所述待退火处理的膜层进行退火处理之前，对所述晶圆监控片进行第一次颗粒水平测量；
在对所述晶圆监控片进行退火处理之后且在进行所述应力参数测量之前或之后，对所述退火处理后的所述晶圆监控片进行第二次颗粒水平测量；
根据所述第二次颗粒水平测量和第一次颗粒水平测量的结果，判断所述退火处理的机台内部的洁净度是否合格。
9.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
对所述待退火处理的膜层进行退火处理之前，对所述晶圆监控片上的待退火处理的膜层进行第一次厚度测量；
在对所述晶圆监控片进行退火处理之后且在进行所述应力参数测量之前或之后，对所述晶圆监控片上的所述膜层进行第二次厚度测量；
根据所述应力参数测量、所述第一次厚度测量和所述第二次厚度测量的结果，判断所述退火处理的工艺稳定性。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：根据判断结果，调整所述退火处理的工艺条件，以满足后续退火处理需求。
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPS59194430A (ja) * | 1983-04-19 | 1984-11-05 | Oki Electric Ind Co Ltd | レ−ザビ−ムアニ−ル方法 |
| JP2006351871A (ja) * | 2005-06-16 | 2006-12-28 | Toshiba Corp | 熱処理装置、熱処理方法および半導体装置の製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59194430A (ja) * | 1983-04-19 | 1984-11-05 | Oki Electric Ind Co Ltd | レ−ザビ−ムアニ−ル方法 |
| JP2006351871A (ja) * | 2005-06-16 | 2006-12-28 | Toshiba Corp | 熱処理装置、熱処理方法および半導体装置の製造方法 |
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