CN112185837A - 测试片的筛选方法以及快速热处理工艺的监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种测试片的筛选方法以及快速热处理工艺的监测方法，包括：提供多个测试片，且多个所述测试片的粗糙度和/或光泽度不同。加热每一所述测试片。获取每一所述测试片对应的第一信号和第二信号。选择所述第一信号和所述第二信号均在阈值范围内的所述测试片，并根据经选择的所述测试片对应的粗糙度和光泽度，获得所述测试片的粗糙度范围和光泽度范围。故本发明根据第一信号和第二信号筛选出在阈值范围内的所述测试片，并由此获得符合监测需求的粗糙度范围和光泽度范围。则在制备测试片时，可根据获得的粗糙度范围和光泽度范围制造出符合监测需求的测试片，以使得在监测快速热处理工艺的过程中，获得更为精准的工艺效果参数。

Description

测试片的筛选方法以及快速热处理工艺的监测方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种测试片的筛选方法以及快速热处理工艺的监测方法。
背景技术
快速热处理(Rapid thermal processing，RTP)工艺是一类单片热处理工艺，其目的是通过缩短热处理时间和温度或只缩短热处理时间来获得最小的工艺热预算。快速热处理工艺最早用于离子注入后的退火，后扩展到氧化金属硅化物的形成和快速热化学气相沉积和外延生长的等更宽泛的领域。
目前，常见的快速热处理工艺设备基本上都是采用灯光辐射性热源。灯光辐射性热源采用特定波长辐射热源对晶片进行单片加热，以实现离子激活、扩散或膜层生长的目的。并且，通过监测测试片来获取快速热处理工艺的效果，但是，现有的监测结果的精度往往不高。如何获得较为精准的监测结果成了本领域技术人员需要解决的一个技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测试片的筛选方法以及快速热处理工艺的监测方法，以解决如何精准监测快速热处理工艺效果的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种测试片的筛选方法，包括：
提供多个测试片，且多个所述测试片的粗糙度和/或光泽度不同；
加热每一所述测试片；
获取每一所述测试片对应的第一信号和第二信号；
选择所述第一信号和所述第二信号均在阈值范围内的所述测试片，并根据选择的所述测试片对应的粗糙度和光泽度，获得对应的粗糙度范围和光泽度范围。
可选的，在所述的测试片的筛选方法中，在加热每一所述测试片之前，所述测试片的筛选方法还包括：获取每一所述测试片的粗糙度和光泽度。
可选的，在所述的测试片的筛选方法中，在加热每一所述测试片过程中，采用氮气环境，工艺温度范围为：950℃-980℃，工艺时间范围为：18s-22s。
可选的，在所述的测试片的筛选方法中，所述第一信号为反射率；所述第二信号为方块电阻。
可选的，在所述的测试片的筛选方法中，所述第一信号的阈值范围为：690‰-700‰。
可选的，在所述的测试片的筛选方法中，所述第二信号的阈值范围为：166Ω/sq-170Ω/sq。
可选的，在所述的测试片的筛选方法中，在获取每一所述测试片对应的第一信号和第二信号中，获取每一所述测试片的多个所述第一信号和多个所述第二信号。
基于同一发明构思，本发明还提供一种快速热处理工艺的监测方法，包括：
对测试片执行快速热处理工艺；
获取所述测试片的监测参数；
其中，所述测试片符合如权利要求1-7中任意一项所述的测试片的筛选方法中获得的粗糙度范围和光泽度范围。
可选的，在所述的快速热处理工艺的监测方法中，所述快速热处理工艺采用灯光辐射热源；其中，光束波长范围为0.3μm-0.4μm。
可选的，在所述的快速热处理工艺的监测方法中，所监测参数包括所述测试片的电阻率。
发明人发现，现有技术中对于快速热处理工艺的监测结果的精度不高的原因在于，在灯光辐射性热源下，晶圆的反射率对工艺效果有一定的影响。因此，在监测工艺效果时所采用的测试片，需要考虑到反射率这一因素。但现有的监测方法中往往忽略了反射率的影响，采用的测试片并不能准确地表征执行快速热处理工艺的晶圆，则使得工艺效果的监测不精准，易导致工艺差异，产生残次品。
综上，本发明提供一种测试片的筛选方法以及快速热处理工艺的监测方法。其中，所述测试片的筛选方法包括：提供多个测试片，且多个所述测试片的粗糙度和/或光泽度不同。加热每一所述测试片。获取每一所述测试片对应的第一信号和第二信号。选择所述第一信号和所述第二信号均在阈值范围内的所述测试片，并根据经选择的所述测试片对应的粗糙度和光泽度，获得所述测试片的粗糙度范围和光泽度范围。因快速热处理工艺采用灯光辐射热源的加热方式，所以这种加热方式会使得晶片或测试片产生光反射，不同的晶片或测试片产生的反射率不同。反射率的不同会造成晶片或测试片受热温度不同，则对应的工艺效果也会不同。其中，影响反射率的主要因素在于晶片的粗糙度和光泽度。
因此，在监测快速热处理设备的工艺效果时所使用的测试片应当符合待处理晶片的粗糙度范围和光泽度范围，以使得测试片的反射率接近待处理晶片反射率，才能获得较为精准的监测数据。故本发明通过获取每个所述测试片的所述第一信号和所述第二信号。根据所述第一信号和所述第二信号来筛选在阈值范围内的所述测试片。由此，根据筛选出的各所述测试片对应的粗糙度和光泽度，得到符合监测需求的所述测试片的粗糙度范围和光泽度范围。则在制备所述测试片时，可根据获得的粗糙度范围和光泽度范围制造出符合监测需求的测试片，以使得在监测快速热处理工艺的过程中，获得更为精准的工艺效果参数。
附图说明
图1是本发明实施例中的测试片的筛选方法流程图；
图2是本发明实施例中的测试片1与待处理晶片测试数据图；
图3是本发明实施例中的测试片1与待处理晶片反射率对比图；
图4是本发明实施例中的测试片1与待处理晶片方块电阻对比图；
图5是本发明实施例中的经工艺改善1后的测试片1与待处理晶片测试数据图；
图6是本发明实施例中的经工艺改善2后的测试片1与待处理晶片反射率对比图；
图7是本发明实施例中的经工艺改善3后的测试片1与待处理晶片方块电阻对比图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种测试片的筛选方法以及快速热处理工艺的监测方法作进一步详细说明。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。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
为解决上述技术问题，本实施例提供一种测试片的筛选方法，请参阅图1，所述测试片的筛选方法包括：
步骤一S10：提供多个测试片，且多个所述测试片的粗糙度和/或光泽度不同。
步骤二S20：加热每一所述测试片。
步骤四S40：选择所述第一信号和所述第二信号均在阈值范围内的所述测试片，并根据选择的所述测试片对应的粗糙度和光泽度，获得对应的粗糙度范围和光泽度范围。
以下结合附图2-7，对本实施例提供的所述测试片的筛选方法作出具体阐述：
步骤一S10：提供多个测试片，且多个所述测试片的粗糙度和/或光泽度不同。
在监测快速热处理工艺时，因测试片的粗糙度和光泽度会影响测试片在快速热处理设备中的反射率，进而影响监测快速热处理的工艺效果。如图2-4所示，测试片1与一待处理晶片在同一工艺环境下经快速热处理，所获得的反射率和方块电阻的数值存在一定的差异。所述待处理晶片可为需要执行快速热处理工艺的量产晶片，测试片1可在现有的测试片中任意选取一个进行测试比对。其中，图2所示的测试数据，是分别在机台型号为RTA01A、RTA01B、RTA01D、RTA10A、RTA10B、以及RTA10D中进行的测量，其中对在机台型号为RTA10A、RTA10B、以及RTA10D中的测试片1和待处理晶片做了两次测量。从数据中可以看出，机台型号以及测量次数对测量数据的准确性也具有一定的影响。因此，在筛选所述测试片时，优选在多个机台上进行多次测量以减小机台、测量次数可能引起误差。
其中，在机台型号为RTA01D中，测试片1的方块电阻为165.8Ω/sq，待处理晶片的方块电阻为167.7Ω/sq，二者相差1.9Ω/sq。测试片1的反射率为694‰，待处理晶片的反射率为677‰，二者相差17‰。且从整体的数据以及对比图(图3-4)来看，方块电阻的差值范围比较均衡基本在-1.5Ω/sq至-1.9Ω/sq内，但反射率的差值就比较大，其中差值最小值为-1‰，最大值为27‰。因此，为能更加精准的监测快速热处理工艺效果，应缩小测试片与待处理晶片直接的数值差，需要对测试片进行筛选。
其中，本实施例对测试片的数量不做具体限定，可根据精度要求和成本计划，选择50片、100片或200片测试片，但每个测试片的反射率不同，相应的其粗糙度和/或光泽度不同，以备后续获取符合监测标准的粗糙度范围和光泽度范围。其中，筛选前提供的各测试片对应的粗糙度范围和粗糙度的范围可估量待处理晶片的粗糙度和光泽度，并由此确定范围。
步骤二S20：加热每一所述测试片。
在快速热处理设备中，对所述测试片进行加热处理。其中，每一所述测试片的加热条件相同。可选为：采用氮气环境，工艺温度范围为：950℃-980℃，工艺时间范围为：18s-22s。为获得较优的检测效果，工艺温度优选为966℃，工艺时间优选为20s。
其中，在加热每一所述测试片之前，所述测试片的筛选方法还包括：获取每一所述测试片的粗糙度和光泽度，以备筛选后及时获得所述测试片对应的粗糙度和光泽度。
步骤三S30：获取每一所述测试片对应的第一信号和第二信号。
在半导体器件的制备过程中需多次对晶片进行快速热处理，每次执行快速热处理的晶片的粗糙度和光泽度并不容易检测。因此，直接检测晶片的粗糙度和光泽度，并以此为标准制备测试片的方式很难实现。所以本实施例通过易检测的反射率和方块电阻为替代值，来表征粗糙度和光泽度。所以，所述第一信号为反射率。所述第二信号为方块电阻。其中，快速热处理设备可直接检测出反射率，方块电阻可通过电阻测量设备进行检测。获取所述方块电阻能够获得所述测试片单位面积内的电阻平均值以及所述测试片上电阻的均匀性，以此了解快速热处理的工艺效果。
此外，为避免设备的测量差异性以及单次测量的特殊性会影响数据的准确度，本实施例利用多个快速热处理设备重复测量，并获取每一所述测试片的多个反射率和多个方块电阻。
步骤四S40：选择所述第一信号和所述第二信号均在阈值范围内的所述测试片，并根据选择的所述测试片对应的粗糙度和光泽度，获得对应的粗糙度范围和光泽度范围。
进一步的，根据快速热处理工艺效果的需要，所述第一信号的阈值范围为：690‰-700‰。所述第二信号的阈值范围为：166Ω/sq-170Ω/sq。因此，满足所述第一信号和所述第二信号的阈值要求的，所述测试片对应的粗糙度和光泽度是符合监测需求的，则经统计可得到符合监测要求的所述测试片的粗糙度范围和光泽度范围。
请参阅图5-7，在制备符合监测要的所述测试片中，可根据本实施例获取的所述测试片的粗糙度范围和光泽度范围来制备。当然，为了监测更加精准，可以经过多次工艺改善，逐步缩小粗糙度范围和光泽度范围，以更加接近待处理晶片的真实工艺数据。例如，改变化学机械研磨的工艺参数来改善粗糙度和光泽度，进一步的，改变研磨过程中的化学剂、研磨时间或者去离子水清洗工序中的压力及清洗时间等。
其中，图5为经过三次工艺改善后的测试片与待处理晶片的测试数据。在光泽度均为100Gs-120Gs的情况下，经工艺改善1后的测试片粗糙度为0.21um-0.23um，对应的反射率差值为-5‰，方块电阻差值为-1.1Ω/sq；经工艺改善2后的测试片粗糙度为0.18um-0.2um，对应的反射率差值为-6‰，方块电阻差值为-0.6Ω/sq；经工艺改善3后的测试片粗糙度为0.15um-0.16um，对应的反射率差值为-5‰，方块电阻差值为-0.2Ω/sq。由此可见，经不同程度的工艺改善，粗糙度不断降低，对应的反射率和方块电阻的值更加接近待处理晶圆，则在快速热处理监测时，使用经改善的测试片能够获取更加精准的监测数据。
基于同一发明构思，本实施例还提供一种快速热处理工艺的监测方法，包括：
步骤一：对测试片执行快速热处理工艺。
其中，所述快速热处理工艺采用灯光辐射热源。可选的，光束波长范围为0.3μm-0.4μm。此外，所述测试片满足上述测试片的筛选方法中获得的粗糙度范围和光泽度范围。且对所述测试片执行的快速热处理的工艺条件与待处理晶片所需的工艺条件相同，例如加热时间、温度范围等。
步骤二：获取所述测试片的监测参数。其中，监测快速热处理工艺效果的参数根据执行目的来决定。如快速干氧化，可检测生长的所述氧化层的厚度；如离子扩散，可检测电阻率。
综上所述，本实施例提供一种测试片的筛选方法以及快速热处理工艺的监测方法。其中，所述测试片的筛选方法通过获取每个所述测试片的所述第一信号和所述第二信号。根据所述第一信号和所述第二信号来筛选在阈值范围内的所述测试片。由此，根据筛选出的各所述测试片对应的粗糙度和光泽度，得到符合监测需求的所述测试片的粗糙度范围和光泽度范围。则在制备所述测试片时，可根据获得的粗糙度范围和光泽度范围制造出符合监测需求的测试片，以使得在监测快速热处理工艺的过程中，获得更为精准的工艺效果参数。
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，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种测试片的筛选方法，其特征在于，包括：
提供多个测试片，且多个所述测试片的粗糙度和/或光泽度不同；
加热每一所述测试片；
获取每一所述测试片对应的第一信号和第二信号；
选择所述第一信号和所述第二信号均在阈值范围内的所述测试片，并根据选择的所述测试片对应的粗糙度和光泽度，获得对应的粗糙度范围和光泽度范围。
2.根据权利要求1所述的测试片的筛选方法，其特征在于，在加热每一所述测试片之前，所述测试片的筛选方法还包括：获取每一所述测试片的粗糙度和光泽度。
3.根据权利要求1所述的测试片的筛选方法，其特征在于，在加热每一所述测试片过程中，采用氮气环境，工艺温度范围为：950℃-980℃，工艺时间范围为：18s-22s。
4.根据权利要求1所述的测试片的筛选方法，其特征在于，所述第一信号为反射率；所述第二信号为方块电阻。
5.根据权利要求4所述的测试片的筛选方法，其特征在于，所述第一信号的阈值范围为：690‰-700‰。
6.根据权利要求4所述的测试片的筛选方法，其特征在于，所述第二信号的阈值范围为：166Ω/sq-170Ω/sq。
7.根据权利要求1所述的测试片的筛选方法，其特征在于，在获取每一所述测试片对应的第一信号和第二信号中，获取每一所述测试片的多个所述第一信号和多个所述第二信号。
8.一种快速热处理工艺的监测方法，其特征在于，包括：
对测试片执行快速热处理工艺；
获取所述测试片的监测参数；
其中，所述测试片符合如权利要求1-7中任意一项所述的测试片的筛选方法中获得的粗糙度范围和光泽度范围。
9.根据权利要求8所述的快速热处理工艺的监测方法，其特征在于，所述快速热处理工艺采用灯光辐射热源；其中，光束波长范围为0.3μm-0.4μm。
10.根据权利要求8所述的快速热处理工艺的监测方法，其特征在于，所监测参数包括所述测试片的电阻率。
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