CN113281304A - 一种退火炉降温速率校准的方法 - Google Patents

一种退火炉降温速率校准的方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种退火炉降温速率校准的方法,所述方法包括:在所述第一退火炉中对多个第一晶圆进行加热;将多个所述第一晶圆在所述第一退火炉中在不同的降温时间内分别降温至预设温度;测量多个第一晶圆的表面参数;建立表面参数和所述降温时间的第一对应关系;在第二退火炉中对多个第二晶圆进行加热和降温,以建立表面参数和降温时间的第二对应关系,其中第二晶圆的加热和降温的条件与所述第一晶圆的加热和降温条件相同;以所述第一对应关系为参照,调节所述第二退火炉中的降温速率,以将所述第一对应关系和所述第二对应关系中相同降温时间下的表面参数校准到同一水平。通过所述方法在高温退火过程中发现降温速率的差异,并实现降温速率的校准。

Description

一种退火炉降温速率校准的方法
技术领域
本申请涉及退火领域,具体而言涉及一种退火炉降温速率校准的方法。
背景技术
退火是一种热处理工艺,在半导体工艺中,是将硅片加热到一定温度,保持一定时间,然后以适宜温度冷却,目的是改善硅片体内缺陷,改变硅片应力,同时对硅片的电阻率及少子寿命有一定影响。
在退火过程中,当降温速率不同时,会影响硅片的缺陷分布以及应力,不同的降温速率可以使体内有不同的空穴分布,进而影响硅片的吸杂效果。对于高温热处理过程,不同的降温速率会影响表面质量,影响后续氧化层的成长质量。
因此,控制降温过程中降温速率非常重要。然而在实际的工艺过程中,由于机台本身的差异或者环境差异的影响,导致不同机台在相同工艺参数下硅片的降温速率存在差异,从而导致生产出硅片产品的差异。现行的通过温度传感器得到温度随时间变化大致估计降温速率的方法并不能准确反映产品降温速率的差异。针对上述问题,有必要提出一种精确校准降温速率的方法。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本申请提供了一种退火炉降温速率校准的方法,所述方法包括:
在所述第一退火炉中对多个第一晶圆进行加热;
将多个所述第一晶圆在所述第一退火炉中在不同的降温时间内分别降温至预设温度;
测量多个所述第一晶圆的表面参数;
建立所述表面参数和所述降温时间的第一对应关系;
在所述第二退火炉中对多个第二晶圆进行加热和降温,以建立表面参数和降温时间的第二对应关系,其中所述第二晶圆的加热和降温的条件与所述第一晶圆的加热和降温条件相同;
以所述第一对应关系为参照,调节所述第二退火炉中的降温速率,以将所述第一对应关系和所述第二对应关系中相同降温时间下的表面参数校准到同一水平。
可选地,以所述第一对应关系为参照,调节所述第二退火炉中的降温速率,以使相同降温时间下的所述第二晶圆的表面参数与所述第一晶圆的表面参数相同。
可选地,所述表面参数包括所述第一晶圆表面的雾度值和所述第二晶圆表面的雾度值。
可选地,所述雾度值为所述第一晶圆表面的选定位置的雾度值和第二晶圆表面的选定位置的雾度值或所述第一晶圆表面的平均雾度值和第二晶圆表面的平均雾度值。
可选地,在所述第一退火炉中对多个所述第一晶圆进行加热的温度为1000℃~1300℃,加热时间为30s~100s。
可选地,所述预设温度为1100℃~900℃。
可选地,降温时向所述第一退火炉和所述第二退火炉中通入降温气体,以用于降温。
可选地,所述降温气体包括氢气、氮气、氩气中的一种或几种。
可选地,通过调节降温过程中通入所述第二退火炉中的降温气体的流量来调节所述第二退火炉中的降温速率。
可选地,建立所述第一退火炉中的所述表面参数和所述降温时间之间的第一关系曲线;以及
建立所述第二退火炉中的所述表面参数和所述降温时间之间的第二关系曲线。
为了解决目前存在的技术问题,本申请提供了一种退火炉降温速率校准的方法,在所述方法中通过在不同的退火炉中对晶圆进行退火,以得到不同退火炉中晶圆的所述表面参数和所述降温时间的对应关系,以其中一个对应关系为参照对其他退火炉进行调整,以使不同退火炉中的对应关系在同一水平下校准。通过所述方法在高温退火过程中发现降温速率的差异,并实现降温速率的校准。
附图说明
通过结合附图对本发明实施例进行更详细的描述,本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中,相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。在附图中,
图1为本申请一实施例中所述退火炉降温速率校准的方法的工艺流程图;
图2A为本申请一实施例中调节之前所述第一对应关系和第二对应关系的示意图;
图2B为本申请一实施例中调节之后所述第一对应关系和第二对应关系的示意图。
具体实施方式
在下文的描述中,给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而,对于本领域技术人员而言显而易见的是,本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中,为了避免与本申请发生混淆,对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是,本申请能够以不同形式实施,而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地,提供这些实施例将使公开彻底和完全,并且将本申请的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中,为了清楚,层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白,尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分,这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此,在不脱离本申请教导之下,下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等,在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白,除了图中所示的取向以外,空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时,单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式,除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”,当在该说明书中使用时,确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在,但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时,术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
这里参考作为本申请的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例。这样,可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的从所示形状的变化。因此,本申请的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状,而是包括由于例如制造导致的形状偏差。因此,图中显示的区实质上是示意性的,它们的形状并不意图显示器件的区的实际形状且并不意图限定本申请的范围。
为了解决本申请存在的技术问题,本发明提供了退火炉降温速率校准的方法,如图1所示,所述方法包括:
步骤S1:在所述第一退火炉中对多个第一晶圆进行加热;
步骤S2:将多个所述第一晶圆在所述第一退火炉中在不同的降温时间内分别降温至预设温度;
步骤S3:测量多个所述第一晶圆的表面参数;
步骤S4:建立所述表面参数和所述降温时间的第一对应关系;
步骤S5:在所述第二退火炉中对多个第二晶圆进行加热和降温,以建立表面参数和降温时间的第二对应关系,其中所述第二晶圆的加热和降温的条件与所述第一晶圆的加热和降温条件相同;
步骤S6:以所述第一对应关系为参照,调节所述第二退火炉中的降温速率,以将所述第一对应关系和所述第二对应关系中相同降温时间下的表面参数校准到同一水平。
在所述方法中通过在不同的退火炉中对晶圆进行退火,以得到不同退火炉中晶圆的所述表面参数和所述降温时间的对应关系,以其中一个对应关系为参照对其他退火炉进行调整,以使不同退火炉中的对应关系在同一水平下校准。通过所述方法在高温退火过程中发现降温速率的差异,并实现降温速率的校准。
下面结合附图对本申请所述方法进行详细的说明,图1为本申请一实施例中所述退火炉降温速率校准的方法的工艺流程图;图2A为本申请一实施例中调节之前所述第一对应关系和第二对应关系的示意图;图2B为本申请一实施例中调节之后所述第一对应关系和第二对应关系的示意图。
在本申请所述退火炉降温速率校准的方法中所述第一晶圆和所述第二晶圆可以是如下晶圆的任意一种,包括单晶硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)。
在本申请的一实施例中,所述第一晶圆和所述第二晶圆选用单晶硅。
在本申请中,所述第一晶圆和所述第二晶圆的参数相同,处理工艺相同,以保证除了退火炉不同之外其他的退火条件和参数相同,以消除其他因素的影响,从而对退火炉进行调节。
在本申请的一实施例中,例如,所述第一晶圆和所述第二晶圆的尺寸包括但不限于6寸、8寸、12寸,使用提拉法制成的单晶棒切割成多个晶圆,之后进行机械加工,如研磨,抛光,清洗,蚀刻,当然也可以通过其他方法制备在此不再赘述。
在本申请的所述方法中所述第一晶圆和所述第二晶圆的退火步骤中的各个参数相同,区别仅在于第一退火炉和第二退火炉的机台不同,下面对所述第一晶圆在所述第一退火炉中进行退火的具体方法进行详细的说明。
其中,将所述第一晶圆在所述第一退火炉中进行退火的步骤包括:
将一组所述第一晶圆放置于所述第一退火炉中,其中所述第一晶圆的数目并不局限于某一种,其中将该组所述第一晶圆以同样的条件进行热处理,然后以不同的降温时间和降温速率进行降温,其中所述降温速率和所述降温时间呈反比,即降温时间越长,降温速率越小,反之降温时间越短,降温速率越大。
在本申请所述第一晶圆的热处理包括:
在所述第一退火炉中在温度1000℃到1300℃的范围内对所述第一晶圆进行加热,在本申请的一实施例中,所述加热温度选择1200℃。其中,热处理时间的范围为30s~100s,在本申请的一实施例中,所述热处理时间选择80s。
在加热完成之后,将多个所述第一晶圆以不同的降温速率和降温时间对所述第一晶圆进行降温,以将所述第一晶圆以不同的预设时间降温至相同的预设温度。
在一示例中,所述第一晶圆的数目为n,每一所述第一晶圆的降温时间不同,如:t1、t2、t3、…tn,其中n为大于2的自然数,其中n的数目越大后续得到的关系曲线越准确。
在本申请的一实施例中,将所述第一晶圆均降温至预设温度1100℃~900℃
在降温时,向所述第一退火炉中通入降温气体,并通过通入所述降温气体的流量来控制降温时间。
可选地,所述降温气体包括氢气、氮气、氩气中的一种或几种,但所述降温气体并不局限于上述列举。
在本申请中在对不同降温时间进行降温后得到的所述第一晶圆进行测量,其中测量的参数为所述第一晶圆的表面参数,所述表面参数为所述第一晶圆表面的雾度值(haze)。
其中,雾度值(haze)是偏离入射光2.5°角以上的透射光强占总透射光强的百分数,雾度越大意味着薄膜光泽以及透明度尤其成像度下降。用标准“c”光源的一束平行光垂直照射到所述第一晶圆的薄片上上,由于材料内部和表面造成散射,使部分平行光偏离入射方向大于2.5°的散射光通量Td与透过材料的光通量T2之比的百分率,即:第一晶圆光学透明性的重要参数。
其中,可以通过光散射测量装置的垂直入射窄收集角通道(DNN channel)测量热处理后所述第一晶圆表面的雾度值。
可选地,所述雾度值为所述第一晶圆的表面选定位置的雾度值或则所述第一晶圆表面的平均雾度值。例如在本申请的一实施例中,所述雾度值为某一固定点的雾度值。
在本申请中测量在不同降温速率的下雾度值(haze),得出降温时间与雾度值的关系,即建立所述第一晶圆的所述表面参数和所述降温时间的第一对应关系。
其中,所述第一对应关系为基于所述表面参数和所述降温时间建立的关系曲线,即第一关系曲线。
在本申请的一实施例中,其中所述第一晶圆的数目为4个,然后对所述4个第一晶圆以不同的降温时间进行降温,然后测量4个第一晶圆的雾度值,进而建立所述降温时间和所述雾度值之间的第一对应关系,如图2A中位于上方的曲线所示。
以同样的方法,将所述第二晶圆置于所述第二退火炉中以与所述第一晶圆的加热和降温条件相同的参数对所述第二晶圆进行退火,具体地:
在所述第二退火炉中在温度1000℃到1300℃的范围内对所述第二晶圆进行加热,在本申请的一实施例中,所述加热温度选择1200℃。其中,热处理时间的范围为30s~100s,在本申请的一实施例中,所述热处理时间选择80s。
在加热完成之后,将多个所述第二晶圆以不同的降温速率和降温时间对所述第二晶圆进行降温,以将所述第二晶圆以不同的预设时间降温至相同的预设温度。
在一示例中,所述第二晶圆的数目为n,每一所述第二晶圆的的降温时间不同,如:t1、t2、t3、…tn,其中n为大于2的自然数,其中n的数目越大后续得到的关系曲线越准确。
在本申请的一实施例中,将所述第二晶圆均降温至预设温度1100℃~900℃
在降温时,向所述第一退火炉中通入降温气体,并通过通入所述降温气体的流量来控制降温时间。
可选地,所述降温气体包括氢气、氮气、氩气中的一种或几种,但所述降温气体并不局限于上述列举。
在本申请中在对不同降温时间进行降温后得到的所述第二晶圆进行测量,其中测量的参数为所述第二晶圆的表面参数,所述表面参数为所述第二晶圆表面的雾度值(haze)。
其中,可以通过光散射测量装置的垂直入射窄收集角通道(DNN channel)测量热处理后所述第二晶圆表面的雾度值值。
可选地,所述雾度值为所述第二晶圆的表面选定位置的雾度值或则所述第二晶圆表面的平均雾度值。例如所述雾度值为某一固定点的雾度值。
在本申请中测量在不同降温速率下雾度值(haze),得出降温时间与雾度值的关系,即建立所述第二晶圆的所述表面参数和所述降温时间的第二对应关系。
其中,所述第二对应关系为基于所述表面参数和所述降温时间建立的关系曲线,即第二关系曲线。
在本申请的一实施例中,其中所述第二晶圆的数目为4个,然后对所述4个第二晶圆以不同的降温时间进行降温,然后测量4个第二晶圆的雾度值,进而建立所述降温时间和所述雾度值之间的第二对应关系,如图2A中位于下方的曲线所示。
通过比较图2A中的所述第一对应关系和所述第二对应关系可以看出,所述第一退火炉和所述第二退火炉存在差异,为了消除所述差异,以第一退火炉作为基准,调整第二退火炉,使两退火炉在相同降温时间下的雾度值一致,如图2B所示,调整后的所述第一对应关系和所述第二对应关系基本重合。
具体地,以所述第一对应关系为参照,调节所述第二退火炉中的降温速率,以使所述第二退火炉中的所述第二晶圆的表面参数与所述第一晶圆的表面参数校准到同一水平。
在一实施例中,以所述第一对应关系为参照,调节所述第二退火炉中的降温速率,以使相同降温时间下的所述第二晶圆的表面参数与所述第一晶圆的表面参数相同。
在本申请中,通过调节改变降温过程中通入所述第二退火炉中的降温气体的流量来调节所述第二退火炉中的降温速率。
在本申请的一实施例中,所述方法包括:
1、选取(3~5)片第一晶圆依次在第一热退火炉中进行热处理,热处理方法为:将第一晶圆放置于第一退火炉,将第一退火炉升温至(1000~1300)℃,该实施例中升温至1200℃,加热(30~100)s,该实施例中选择80S,调整
2、在第一退火炉中加热,降温时采用不同的降温时间进行处理,测量在不同降温时间的雾度值,该实施例中降温时间测量范围为1100~900℃,测得的雾度值(Haze)数据采用KLA-Tencor公司的SP3光散射测量装置的垂直入射窄收集角通道(DNN channel)。
3、根据第一退火炉的实验数据得出降温时间雾度值(Haze)的关系曲线,线性关系式为y=-0.004x+1.7641,如图2A中曲线A所示。
4、在第二退火炉中做同样的实验,降温时采用不同的降温时间进行处理,测量在不同降温时间的雾度值,得出降温时间雾度值(Haze)的关系曲线,线性关系式为y=-0.0035x+1.629,如图2A中曲线B所示。
5、通过改变降温过程中第二退火炉中降温气体的流量将两个退火炉同样条件下处理的晶圆表面的雾度值校准到同一水平。
在所述方法中通过在不同的退火炉中对晶圆进行退火,以得到不同退火炉中晶圆的所述表面参数和所述降温时间的对应关系,以其中一个对应关系为参照对其他退火炉进行调整,以使不同退火炉中的对应关系在同一水平下校准。通过所述方法在高温退火过程中发现降温速率的差异,并实现降温速率的校准。
尽管这里已经参考附图描述了示例实施例,应理解上述示例实施例仅仅是示例性的,并且不意图将本申请的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改,而不偏离本申请的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本申请的范围之内。
本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的设备和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备,或一些特征可以忽略,或不执行。
在此处所提供的说明书中,说明了大量具体细节。然而,能够理解,本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中,并未详细示出公知的方法、结构和技术,以便不模糊对本说明书的理解。
类似地,应当理解,为了精简本申请并帮助理解各个发明方面中的一个或多个,在对本申请的示例性实施例的描述中,本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而,并不应将该本申请的方法解释成反映如下意图:即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说,如相应的权利要求书所反映的那样,其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此,遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式,其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。
本领域的技术人员可以理解,除了特征之间相互排斥之外,可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述,本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。
此外,本领域的技术人员能够理解,尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征,但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如,在权利要求书中,所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制,并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中,不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中,这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (10)

1.一种退火炉降温速率校准的方法,其特征在于,所述方法包括:
在所述第一退火炉中对多个第一晶圆进行加热;
将多个所述第一晶圆在所述第一退火炉中在不同的降温时间内分别降温至预设温度;
测量多个所述第一晶圆的表面参数;
建立所述表面参数和所述降温时间的第一对应关系;
在所述第二退火炉中对多个第二晶圆进行加热和降温,以建立表面参数和降温时间的第二对应关系,其中所述第二晶圆的加热和降温的条件与所述第一晶圆的加热和降温条件相同;
以所述第一对应关系为参照,调节所述第二退火炉中的降温速率,以将所述第一对应关系和所述第二对应关系中相同降温时间下的表面参数校准到同一水平。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,以所述第一对应关系为参照,调节所述第二退火炉中的降温速率,以使相同降温时间下的所述第二晶圆的表面参数与所述第一晶圆的表面参数相同。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述表面参数包括所述第一晶圆表面的雾度值和所述第二晶圆表面的雾度值。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述雾度值为所述第一晶圆表面的选定位置的雾度值和第二晶圆表面的选定位置的雾度值或所述第一晶圆表面的平均雾度值和第二晶圆表面的平均雾度值。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述第一退火炉中对多个所述第一晶圆进行加热的温度为1000℃~1300℃,加热时间为30s~100s。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述预设温度为1100℃~900℃。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,降温时向所述第一退火炉和所述第二退火炉中通入降温气体,以用于降温。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述降温气体包括氢气、氮气、氩气中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,通过调节降温过程中通入所述第二退火炉中的降温气体的流量来调节所述第二退火炉中的降温速率。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,建立所述第一退火炉中的所述表面参数和所述降温时间之间的第一关系曲线;以及
建立所述第二退火炉中的所述表面参数和所述降温时间之间的第二关系曲线。
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