CN112735966A - 腔室温度监测方法 - Google Patents

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CN112735966A CN202011565026.2A CN202011565026A CN112735966A CN 112735966 A CN112735966 A CN 112735966A CN 202011565026 A CN202011565026 A CN 202011565026A CN 112735966 A CN112735966 A CN 112735966A
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Abstract

本发明提供了一种腔室温度监测方法，包括：首先，提供一晶圆；其次，在所述晶圆上形成氧化层；然后，对形成氧化层后的所述晶圆进行离子注入；下一步，将进行离子注入后的所述晶圆放入腔室中进行高温退火；再下一步，除去所述晶圆上的氧化层；最后，测量所述晶圆的方块电阻，从而获得对所述腔室温度的监测。即通过测量方块电阻能够快速可靠监测腔室温度的准确性，提高监测效率，避免腔室温度偏差导致的风险。

Description

腔室温度监测方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种腔室温度监测方法。
背景技术
通常，在常压外延工艺中，工艺温度是一个非常重要的参数，而工艺温度对应于外延机台腔室的温度，因此监测外延机台腔室温度的准确性具有重要的意义。而外延机台影响工艺温度准确性的主要因素包括两方面：①Pyrometer(高温计)自身是否正常；②Dome(盖板)的影响(盖板上有残留的涂层，会影响高温计的读温)。
对于盖板的影响，目前只能通过定期开腔，观察人员通过裸眼观察来判断盖板上是否有残留的涂层。但通过裸眼观察的这种方法并不可靠，而且不同观察人员之间也有较大的差异，因此，盖板的影响导致的高温计读取温度与腔室实际温度偏差并不能被及时的发现。对于高温计自身异常，可通过其他准确的高温计(例如，热电阻温度计)来验证，但需提前准备好其他准确的高温计，需要较长的时间，而且需要厂商的专业工程师来处理。
因此，目前并没有合适的方法来监测外延腔室温度的准确性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种腔室温度监测方法，以快速可靠的监测腔室温度的准确性，提高监测效率。
为了实现上述目的以及其他相关目的，本发明提供一种腔室温度监测方法，包括：
提供一晶圆；
在所述晶圆上形成氧化层；
对形成氧化层后的所述晶圆进行离子注入；
将进行离子注入后的所述晶圆放入腔室中进行高温退火；
除去所述晶圆上的氧化层；
测量所述晶圆的方块电阻，从而获得对所述腔室温度的监测。
可选的，在所述的腔室温度监测方法中，在所述晶圆上形成氧化层的步骤之前，还包括：通过第一湿法工艺对所述晶圆进行清洗。
可选的，在所述的腔室温度监测方法中，除去所述晶圆上的氧化层的方法包括：第二湿法工艺。
可选的，在所述的腔室温度监测方法中，所述第一湿法工艺的试剂包括DHF，所述第二湿法工艺的试剂包括BOE。
可选的，在所述的腔室温度监测方法中，所述腔室上方设置有盖板、位于所述盖板上的灯模组以及位于所述灯模组中的高温计。
可选的，在所述的腔室温度监测方法中，在将进行离子注入后的所述晶圆放入腔室中进行高温退火的步骤中，采用所述高温计测量所述腔室的读取温度T。
可选的，在所述的腔室温度监测方法中，测量所述晶圆的方块电阻，从而获取对所述腔室温度的监测的具体过程包括：
测量所述晶圆的方块电阻，并根据所述方块电阻获得所述腔室的实际温度T’；
根据所述读取温度T和实际温度T’的比较结果判定所述腔室温度是否准确。
可选的，在所述的腔室温度监测方法中，根据所述读取温度T和实际温度T’的比较结果判定所述腔室温度是否准确的步骤，具体包括：
所述读取温度T和实际温度T’的差值在限定值内，则判定所述腔室温度准确；否则，判定所述腔室温度不准确。
可选的，在所述的腔室温度监测方法中，所述高温退火的温度为1000℃～1400℃。
可选的，在所述的腔室温度监测方法中，所述高温退火的时间为1min～10min。
在本发明提供的腔室温度监测方法，通过测量方块电阻能够快速可靠监测腔室温度的准确性，提高监测效率，从而使得腔室温度监测方法成为一种简便、快速、可靠的手段，避免了腔室温度偏差导致的风险。
附图说明
图1是本发明一实施例中的腔室温度监测方法的流程图；
图2是本发明一实施例中的外延机台的结构示意图；
图3是本发明一实施例中实际温度和方块电阻的关系图；
图4是本发明一实施例中实际温度为1090℃对应的Rs的49点map图；
图5是本发明一实施例中实际温度为1095℃对应的Rs的49点map图；
图6是本发明一实施例中实际温度为1100℃对应的Rs的49点map图；
图7是本发明一实施例中实际温度为1105℃对应的Rs的49点map图；
图8是本发明一实施例中实际温度为1110℃对应的Rs的49点map图；
11-晶圆，12-腔室，13-盖板，14-灯模组，15-高温计。
具体实施方式
目前，在常压外延工艺中，工艺温度是一个非常重要的参数，而工艺温度对应于外延机台腔室的温度，因此监测外延机台腔室温度的准确性具有重要的意义。而影响腔室温度的准确性的因素主要有：①高温计自身是否正常；②盖板的影响。对于盖板的影响，目前只能通过定期开腔，观察人员通过裸眼观察来判断盖板上是否有残留的涂层。但通过裸眼观察的这种方法并不可靠，而且不同观察人员之间也有较大的差异，因此，盖板的影响导致的高温计读取温度与腔室实际温度偏差并不能被及时的发现，而且裸眼观察的方法对于半导体器件的批量生产会是不利的，这是因为其耗用更长的时间并且成本较高。对于高温计自身异常，可通过其他准确的高温计来验证，但需提前准备好其他准确的高温计，需要较长的时间，而且需要厂商的专业工程师来处理。
为了能够快速可靠监测腔室温度的准确性，提高监测效率，本发明提供了一种腔室温度监测方法。
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的腔室温度监测方法作进一步详细说明。根据下面说明书，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。
本发明通过测量方块电阻能够快速可靠监测腔室温度的准确性，提高监测效率，从而使得腔室温度监测方法成为一种简便、快速、可靠的手段，而不必担心腔室温度偏差导致的风险。
参见图1，所述腔室温度监测方法包括：
首先，提供一晶圆；
其次，在所述晶圆上形成氧化层；
然后，对形成氧化层后的所述晶圆进行离子注入；
下一步，将进行离子注入后的所述晶圆放入腔室中进行高温退火；
再下一步，除去所述晶圆上的氧化层；
最后，测量所述晶圆的方块电阻，从而获得对所述腔室温度的监测。
其中，所述晶圆可以为N型晶圆或者P型晶圆，优选为P型晶圆。所述晶圆的体电阻率优选为8ohm·cm～12ohm·cm。
在所述晶圆上形成氧化层的步骤之前还包括：
通过第一湿法工艺对所述晶圆进行清洗。
其中，所述第一湿法工艺清洗的试剂优选为DHF(稀氟氢酸),DHF是HF(氢氟酸)与H2O(水)按照不同比例混合而成，例如HF:H2O＝1:100。所述第一湿法工艺清洗的作用是除去晶圆上的杂质。
而在清洗后的所述晶圆上形成一层氧化层，所述氧化层的材料优选为氧化硅。所述氧化层的形成可以利用本领域公知的沉积或外延生长技术，包括但不限于物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)。例如，采用炉管工艺形成所述氧化层。所述氧化层形成在整个晶圆上，但在实际应用中，氧化层在所述晶圆上形成的区域是可预先限定的，比如仅形成在部分晶圆上。此外，本实施例中，所述氧化层的厚度为优选为
Figure BDA0002861569010000041
但实际应用中，该厚度可依据需要而定，比如为
Figure BDA0002861569010000042
等。
采用离子注入工艺对形成氧化层后的晶圆进行离子注入，所述离子注入工艺中注入的能量范围为60kv～90kv,所述离子注入工艺中注入的剂量范围为1E10atom/cm2～1E15atom/cm2。
待所述晶圆进行离子注入之后，将所述晶圆放入腔室中进行高温退火。所述腔室优选为外延机台(AMAT Centura ATM EPI)的腔室。参阅图2，示出了外延机台的结构。所述外延机台的结构包括：腔室12、所述腔室12上方的盖板13、位于所述盖板13上的灯模组14以及位于所述灯模组14中的高温计15，所述晶圆11放置在所述腔室12中。所述灯模组14包括灯泡以及用于固定所述灯泡的固定结构，所述高温计15设置在所述固定结构上，且所述高温计用于检测所述腔室12的温度。
在所述腔室上设置有盖板13，所述盖板13可附着于所述腔室12的上表面以有限地封闭腔室12中的反应空间。所述盖板13可由可有效地将辐射热能从设置在腔室12上方的灯模组14传递至腔室12中的反应空间的材料形成。例如，盖板13可由半透明材料或透明材料(诸如对于紫外线(UV)、可见光和红外线(IR)透明的石英)形成。当然，所述盖板13的材料不限于石英。例如，所述盖板13可由半透明陶瓷形成。例如，所述盖板13的至少一部分可由非半透明材料形成。例如，所述盖板13的一部分可由不透明材料形成。由于所述盖板13由半透明材料或者透明材料形成，因此来自灯模组14的辐射热能可通过所述盖板13传输并且传递至腔室12中的反应空间。
在所述盖板13上设置有灯模组14，所述灯模组14包括灯以及固定结构。灯可将在工艺过程中使用的辐射热能供应至腔室12中。例如，灯可为例如卤素灯。多个灯可布置在腔室12的上方。也可将多个灯反射板布置在固定结构上，因此从灯发射的光可有效地供应至腔室12中。
在特定示例中，灯可包括UV灯。UV灯可为例如基于Hg的弧光灯。UV灯可用于充分激活硅源气、HCl、H2气等而不是使腔室12中的温度升高。
高温计15优选为非接触式光学高温计。光学高温计可通过将测量对象的亮度与灯的标准亮度进行比较和/或通过分析从测量对象发射的光的光谱来用于测量测量对象的温度。光学高温计可用于测量温度超过700℃的高温体的温度，例如，温度计不可直接插入其中的高温体的温度。然而，高温计15不限于光学高温计。例如，高温计15可为利用辐射热的辐射高温计，或者利用通过辐射产生的光电流的光电高温计。
当高温计15使用来自腔室12内的光时，腔室12内的光透过盖板13传输，并且精确地传递至高温计15。然而，当盖板13的内表面残留有涂层时，涂层阻碍了光的传输，因此在高温计15的温度测量中会导致错误。例如，残留在盖板13的内表面上的涂层会减弱或妨碍光的传输，并且高温计15不能精确地测量腔室12中的测量对象的温度。由于高温计15的温度测量的错误，不能精确保持工艺过程中的温度条件，因此会发生工艺处理失败。例如，因为高温计15不能测量精确温度，所以不能合适地控制腔室12中的温度，因此腔室12不能执行合适的处理。所以，需要通过合适的方法监测外延腔室温度的准确性。
在将所述晶圆放入腔室中进行高温退火的过程中，采用高温计测量所述腔室的读取温度T。即将离子注入后的晶圆放入腔室12中，高温退火一段时间。所述高温退火的温度优选为1000℃～1400℃，高温退火的时间为1min～10min。
待所述晶圆进行高温退火之后，将所述晶圆从所述腔室12中取出，并采用第二湿法工艺除去所述晶圆上的氧化层。所述第二湿法工艺的试剂优选为BOE(氟化铵腐蚀液),BOE是HF(氢氟酸)与NH4F(氟化铵)按照不同比例混合而成，例如，NH4F(氟化铵):HF(氢氟酸)＝50:1。HF为主要的蚀刻液，NH4F则作为缓冲剂使用。利用NH4F固定H+的浓度，使之保持一定的蚀刻率。HF会浸蚀玻璃及任何含硅的物质。
待清洗完所述氧化层之后，将所述晶圆放入测量机台中，所述测量机台可以为Rs测量机台(方块电阻测量机台)。通过所述测量机台得到所述晶圆的方块电阻Rs。通过所述方块电阻Rs与实际温度的对应关系得到所述腔室的实际温度T'。而所述方块电阻与实际温度的对应关系的获取方法包括：
收集至少三组不同实际温度对应的方块电阻Rs数据；
根据所述实际温度和对应的方块电阻Rs进行分析拟合得到所述对应关系。
例如，收集5组不同的实际温度，且所述实际温度需要满足条件：1)高温计无本身异常；2)盖板上无残留的涂层。满足上述两个条件时，收集到的高温计的读取温度近似为实际温度。
而获取不同实际温度对应的方块电阻Rs数据的方法与本实施例的腔室温度监测方法中获取方块电阻Rs的方法相同，具体为:首先，将晶圆进行第一次湿法工艺清洗；其次，在清洗后的晶圆上生长一层适当厚度的氧化层；接着，经过离子注入工艺对所述晶圆进行离子注入；下一步，将生成氧化层的晶圆放入外延机台的腔室中，高温退火一段时间，所述高温退火的温度为T’1，即高温退火的过程中，通过高温计测量所述腔室的读取温度(近似为实际温度T’1)；再下一步，将高温退火后的晶圆进行第二湿法工艺，清洗掉晶圆上的氧化层；最后，将清洗掉氧化层的晶圆放入测量机台，量测出方块电阻Rs1，即得到实际温度T’1对应的方块电阻Rs1。通过调整高温退火的温度，即调整腔室的实际温度，分别获取腔室的实际温度T’2、T’3、T’4和T’5，其他步骤不变。分别得实际温度T’2、T’3、T’4和T’5对应的方块电阻Rs2、Rs3、Rs4和Rs5。作为示例性的，所述T’1为1090℃，所述T’2为1095℃，所述T’3为1100℃，所述T’4为1105℃和所述T’5为1110℃。
参阅图3，示出了实际温度与方块电阻Rs的关系图，通过实际温度与方块电阻分析拟合，可知，实际温度与方块电阻Rs存在很明显的线性关系，即Rs＝-1.13T’+1843.6，且R(线性相关系数)平方达到0.98。从图3中可以发现，温度越高对应的方块电阻Rs越低。
图4～图8示出了通过测量机台得到的5组不同实际温度下的Rs的49点map图。在图4中，R1表示1090℃对应的Rs的49点map图中的红色区域，R1之外为蓝色区域；图5中，R2表示1095℃对应的Rs的49点map图中的红色区域，R2之外为蓝色区域；图6中，R3表示1100℃对应的Rs的49点map图中的红色区域，R3之外为蓝色区域；图7中，R4表示1105℃对应的Rs的49点map图中的红色区域，R4之外为蓝色区域；图8中，R5表示1110℃对应的Rs的49点map图中的红色区域，R5之外为蓝色区域。通过分析Rs的49点map图，可清晰观察到晶圆表面温度的分布，红色越深表示Rs越大，对应的温度越低；反之，蓝色越深表示Rs越小，对应的温度越高。
因此，通过测量机台得到方块电阻Rs，再通过图3中的线性关系可以得到腔室的实际温度T’。然后，根据所述读取温度T和实际温度T’的比较结果判定所述腔室温度是否准确。
而根据所述读取温度T和实际温度T’的比较结果判定所述腔室温度是否准确的步骤，具体包括：
所述读取温度T和实际温度T’的差值在所述限定值内，则判定所述腔室温度准确；否则，判定所述腔室温度不准确。所述限定值根据工艺要求设定。因此，可以通过方块电阻Rs快速判断腔室温度是否准确。
综上可见，本发明实施例提供的腔室温度监测方法，包括：首先，提供一晶圆；其次，在所述晶圆上形成氧化层；然后，对形成氧化层后的所述晶圆进行离子注入；下一步，将进行离子注入后的所述晶圆放入腔室中进行高温退火；再下一步，除去所述晶圆上的氧化层；最后，测量所述晶圆的方块电阻，从而获得对所述腔室温度的监测。即通过测量方块电阻能够快速可靠监测腔室温度的准确性，提高监测效率，从而使得腔室温度监测方法成为一种简便、快速、可靠的手段，而不必担心腔室温度偏差导致的风险。
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
而且还应该理解的是，本发明并不限于此处描述的特定的方法、化合物、材料、制造技术、用法和应用，它们可以变化。还应该理解的是，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本发明的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”、“一种”以及“该”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。因此，例如，对“一个步骤”或“一个装置”的引述意味着对一个或多个步骤或装置的引述，并且可能包括次级步骤以及次级装置。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。因此，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。此处描述的结构将被理解为还引述该结构的功能等效物。可被解释为近似的语言应该被那样理解，除非上下文明确表示相反意思。

Claims (10)

1.一种腔室温度监测方法，其特征在于，包括：
提供一晶圆；
在所述晶圆上形成氧化层；
对形成氧化层后的所述晶圆进行离子注入；
将进行离子注入后的所述晶圆放入腔室中进行高温退火；
除去所述晶圆上的氧化层；
测量所述晶圆的方块电阻，从而获得对所述腔室温度的监测。
2.如权利要求1所述的腔室温度监测方法，其特征在于，在所述晶圆上形成氧化层的步骤之前，还包括：通过第一湿法工艺对所述晶圆进行清洗。
3.如权利要求2所述的腔室温度监测方法，其特征在于，除去所述晶圆上的氧化层的方法包括：第二湿法工艺。
4.如权利要求3所述的腔室温度监测方法，其特征在于，所述第一湿法工艺的试剂包括DHF，所述第二湿法工艺的试剂包括BOE。
5.如权利要求1所述的腔室温度监测方法，其特征在于，所述腔室上方设置有盖板、位于所述盖板上的灯模组以及位于所述灯模组中的高温计。
6.如权利要求5所述的腔室温度监测方法，其特征在于，在将进行离子注入后的所述晶圆放入腔室中进行高温退火的步骤中，采用所述高温计测量所述腔室的读取温度T。
7.如权利要求6所述的腔室温度监测方法，其特征在于，测量所述晶圆的方块电阻，从而获取对所述腔室温度的监测的具体过程包括：
测量所述晶圆的方块电阻，并根据所述方块电阻获得所述腔室的实际温度T’；
根据所述读取温度T和实际温度T’的比较结果判定所述腔室温度是否准确。
8.如权利要求7所述的腔室温度监测方法，其特征在于，根据所述读取温度T和实际温度T’的比较结果判定所述腔室温度是否准确的步骤，具体包括：
所述读取温度T和实际温度T’的差值在限定值内，则判定所述腔室温度准确；否则，判定所述腔室温度不准确。
9.如权利要求1所述的腔室温度监测方法，其特征在于，所述高温退火的温度为1000℃～1400℃。
10.如权利要求1所述的腔室温度监测方法，其特征在于，所述高温退火的时间为1min～10min。
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