CN113314434B - 快速热退火设备的腔体的漏氧及温度监控的方法及系统 - Google Patents

快速热退火设备的腔体的漏氧及温度监控的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种快速热退火设备的腔体的漏氧及温度监控的方法及系统，其中方法包括以下步骤：将放入Ti片的腔体升温至723℃～727℃，保持50至70秒；测量Ti片的方块电阻的阻值和方块电阻阻值的均匀性；判断Ti片的方块电阻的阻值是否大于等于3.3Ω/方块且小于等于10Ω/方块，并且判断所述Ti片的方块电阻的阻值的均匀性是否大于等于2.65％且小于等于26％；若是则腔体不漏氧且温度准确。本发明使用一片Ti片SPC快速升温至工艺温度保持短暂时间，测量Ti片的方块电阻的阻值和方块电阻阻值的均匀性即可得出结果；测试时间短，检测工艺简单有效，能够及时发现腔体是否漏氧，准确监控腔体温度，保证工艺质量。

Description

快速热退火设备的腔体的漏氧及温度监控的方法及系统
技术领域
本发明涉及半导体器件制造领域，特别涉及一种快速热退火设备的腔体的漏氧及温度监控的方法及系统。
背景技术
在200mm(毫米)半导体工艺流程中，RTP(快速热工艺)工艺广泛应用于ImplantAnneal(植入退火)，Titanium Silicidation(钛的硅化工艺)，BPSG Reflow ContactAnneal(BPSG回流接触退火)等等高温退火工艺中，在这些高温退火工艺尤其是后道快速高温退火工艺的过程中，对快速热退火设备的腔体的不漏氧及腔体温度的控制要求相当的严格。目前的快速热退火设备的腔体漏氧和腔体温度的监控需要以下步骤：
第1步，离线高温通氧SPC(统计过程控制)监控温度。腔体通氧升温至1050℃(摄氏度)，通过监测腔体内Ti(钛)片的方块电阻的阻值情况和方块电阻的阻值的均匀性可以监控腔体温度控制准确性是否达标。
第2步，腔体去氧步骤。如图1所示，在高温通氧SPC完成后需要通大量的N2(氮气)来净化腔体，保证腔体内的氧气被净化干净；腔体去氧过程需要1小时左右。
第3步，离线Ti片的SPC监控漏氧。使用至少10片Ti的dummy(先导片)将腔体内氧气彻底去除，这个过程需要1.5小时左右；然后测量腔体内Ti片的厚度、方块电阻的阻值和方块电阻的阻值的均匀性，以监控腔体漏氧是否达标，这个过程需要1小时左右。
第4步，腔体释放。对腔体的温度控制准确性和漏氧情况检测完毕后，释放腔体以备工艺流程中使用。
这样的一套检测流程相对复杂，每一次检测要花费4～5个小时，业界迫切需要简洁、可靠的腔体温度控制准确性和漏氧状态的检测方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中快速热退火设备的腔体的漏氧及温度控制的准确度的检测工艺相对复杂、检测时间长的缺陷，提供一种快速热退火设备的腔体的漏氧及温度监控的方法及系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明提供一种快速热退火设备的腔体的漏氧及温度监控的方法，该方法包括以下步骤：
S1、将放入Ti片的所述腔体升温至723℃～727℃，保持50至70秒；
S2、测量所述Ti片的方块电阻的阻值和所述方块电阻的阻值的均匀性；
S3、判断所述Ti片的所述方块电阻的阻值是否大于等于3.3Ω(欧姆)/方块且小于等于10Ω/方块，并且判断所述Ti片的所述方块电阻的阻值的均匀性是否大于等于2.65％且小于等于26％；若是则所述腔体不漏氧且温度准确。
较佳地，步骤S1中将所述腔体升温至725℃，保持60秒。
较佳地，步骤S3中判断所述Ti片的所述方块电阻的阻值是否等于6Ω/方块，并且判断所述Ti片的所述方块电阻的阻值的均匀性是否等于11.6％；若是则所述腔体不漏氧且温度准确。
本发明还提供一种快速热退火设备的腔体的漏氧及温度监控的系统，该系统包括升温模块、测量模块和判断模块；
所述升温模块用于将放入Ti片的所述腔体升温至723℃～727℃，保持50至70秒；
所述测量模块用于测量所述Ti片的方块电阻的阻值和所述方块电阻的阻值的均匀性；
所述判断模块用于判断所述Ti片的所述方块电阻的阻值是否大于等于3.3Ω/方块且小于等于10Ω/方块，并且判断所述Ti片的所述方块电阻的阻值的均匀性是否大于等于2.65％且小于等于26％；若是则所述腔体不漏氧且温度准确。
较佳地，所述升温模块用于将所述腔体升温至725℃，保持60秒。
较佳地，所述判断模块用于判断所述Ti片的所述方块电阻的阻值是否等于6Ω/方块，并且判断所述Ti片的所述方块电阻的阻值的均匀性是否等于11.6％；若是则所述腔体不漏氧且温度准确。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：本发明使用一片Ti片SPC既能够有效的监控腔体温度的变化，又能够及时的反映腔体漏氧的状况，快速升温至工艺温度保持短暂时间，测量Ti片的方块电阻的阻值和方块电阻的阻值的均匀性即可得出结果；本发明测试时间短，检测工艺简单，能够及时发现腔体是否漏氧，准确监控腔体温度，以便做相应调整，保证工艺产品不受影响。
附图说明
图1为现有技术的腔体去氧步骤的示意图。
图2为本发明实施例1的快速热退火设备的腔体的漏氧及温度监控的方法的流程图。
图3为本发明实施例1的快速热退火设备的腔体的漏氧及温度监控的方法的Ti片温度与方块电阻的阻值、方块电阻的阻值的均匀性的关系示意图。
图4为本发明实施例1的快速热退火设备的腔体的漏氧及温度监控的方法的不同工艺时间下Ti片温度与方块电阻的阻值、方块电阻的阻值的均匀性的关系示意图。
图5为本发明实施例1的快速热退火设备的腔体的漏氧及温度监控的方法的不同氧气含量下Ti片温度与方块电阻的阻值、方块电阻的阻值的均匀性的关系示意图。
图6为本发明实施例2的快速热退火设备的腔体的漏氧及温度监控的方法的流程图。
图7为本发明实施例3和实施例4的快速热退火设备的腔体的漏氧及温度监控的系统的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例提供一种快速热退火设备的腔体的漏氧及温度监控的方法，如图2所示，该方法包括以下步骤：
S11、将放入Ti片的腔体升温至723℃～727℃，保持50至70秒。
经测试，发现放入快速热退火设备的腔体内的Ti片的方块电阻的阻值及方块电阻的阻值的均匀性呈现随温度不同而变化速率不同的特性，如图3所示，机台2与机台4均为相同设备的不同机台，每个机台均有A和B两个通道，每个通道中均有进行快速热退火操作的腔体，分别测量机台2通道A、机台4通道A和机台4通道B在700℃～750℃范围内的Ti片的方块电阻的阻值Rs和方块电阻的阻值的均匀性U％，可以看出所有曲线均在720℃～730℃区间的斜率最陡，表示该温度范围内Ti片的方块电阻的阻值及方块电阻的阻值的均匀性对温度的变化最敏感。大量测试后发现723℃～727℃为Ti片对温度最为敏感的区域。
同时经测试发现，不同的工艺时间下，放入快速热退火设备的腔体内的Ti片的方块电阻的阻值及方块电阻的阻值的均匀性亦呈现随温度不同而变化速率不同的特性。如图4所示，无论工艺时间是60秒还是30秒，无论是Ti片的方块电阻的阻值Rs还是Ti片方块电阻的阻值的均匀性U％，都是在720℃～730℃区间的斜率最陡；表示不同的工艺时间下、该温度范围同样是Ti片的方块电阻的阻值及方块电阻的阻值的均匀性对温度的变化最敏感的范围。测试过程中发现不同的工艺时间下，同样地723℃～727℃为Ti片对温度最为敏感的区域。
本实施例以723℃～727℃为快速热退火设备的漏氧及温度监控SPC的工艺温度范围。
在选择了快速热退火设备的漏氧及温度监控的工艺温度范围后，进一步地选择725℃为工艺温度，通过实验测试不同工艺时间下腔体漏氧的敏感度。如图5所示，无论是Ti片的方块电阻的阻值Rs还是Ti片方块电阻的阻值的均匀性U％，均是60秒的工艺时间时的变化幅度大于其在30秒工艺时间时的变化幅度。工艺时间取一时间范围50～70秒。
本实施例中，快速热退火设备的漏氧及温度监控SPC的温度范围设置为723℃～727℃，工艺时间设置为50～70秒。
快速热退火设备的漏氧及温度监控SPC中，将放入Ti片的腔体升温至723℃～727℃，保持50至70秒。
S12、测量Ti片的方块电阻的阻值和方块电阻的阻值的均匀性。
腔体升温至723℃～727℃后，通过监测腔体内Ti片的方块电阻的阻值情况和方块电阻的阻值的均匀性可以监控腔体温度控制准确性是否达标及腔体是否漏氧。快速热退火设备的腔体升温到预设的工艺温度后，测量腔体内Ti片的方块电阻的阻值和方块电阻的阻值的均匀性。
S13、判断Ti片的方块电阻的阻值是否大于等于3.3Ω/方块且小于等于10Ω/方块，并且判断Ti片的方块电阻的阻值的均匀性是否大于等于2.65％且小于等于26％；若是则进入步骤S14，若否则进入步骤S15。
经过大量实验测试，放入快速热退火设备的腔体内Ti片的方块电阻的阻值大于等于3.3Ω/方块且小于等于10Ω/方块、并且方块电阻的阻值的均匀性大于等于2.65％且小于等于26％时，快速热退火设备的腔体不漏氧且温度控制准确。判断Ti片的方块电阻的阻值和方块电阻的阻值的均匀性是否落入上述范围，可以确定快速热退火设备的腔体的漏氧与否和温度控制是否准确。
S14、确定腔体不漏氧且温度控制准确。
当步骤S13判断为是时，即可确定快速热退火设备的腔体不漏氧且温度控制准确，流程结束。
S15、确定腔体漏氧或温度控制不准确。
当步骤S13判断为否时，即可确定快速热退火设备的腔体漏氧或温度控制不准确。
本实施例使用一片Ti片SPC既能够有效的监控腔体温度的变化，又能够及时的反映腔体漏氧的状况，快速升温至工艺温度保持短暂时间，测量Ti片的方块电阻的阻值和方块电阻的阻值的均匀性即可得出结果；本发明测试时间短，检测工艺简单，能够及时发现腔体是否漏氧，准确监控腔体温度，以便做相应调整，保证工艺产品不受影响。
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上进一步优化而得。如图6所示，该快速热退火设备的腔体的漏氧及温度监控的方法包括以下步骤：
S21、将放入Ti片的腔体升温至725℃，保持60秒。
在大量的放入快速热退火设备的腔体内的Ti片的方块电阻的阻值及方块电阻的阻值的均匀性与温度的关系的实验中，发现725℃为Ti片对温度最敏感的温度；在大量的不同工艺时间下、放入快速热退火设备的腔体内的Ti片的方块电阻的阻值及方块电阻的阻值的均匀性与温度的关系的实验中，725℃同样是各个工艺时间下Ti片对温度最敏感的温度，60秒是Ti片的方块电阻的阻值和方块电阻的阻值的均匀性变化幅度最大的工艺时间。本实施例中，快速热退火设备的漏氧及温度监控SPC的温度设置为725℃，工艺时间设置为60秒。
快速热退火设备的漏氧及温度监控SPC中，将放入Ti片的腔体升温至725℃，保持60秒。
S22、测量Ti片的方块电阻的阻值和方块电阻的阻值的均匀性。
本步骤与实施例1的步骤S12相同，此处不再赘述。
S23、判断Ti片的方块电阻的阻值是否等于6Ω/方块，并且判断Ti片的方块电阻的阻值的均匀性是否等于11.6％；若是则进入步骤S24，若否则进入步骤S25。
经过大量实验测试，放入快速热退火设备的腔体内Ti片的方块电阻的阻值等于6Ω/方块、并且方块电阻的阻值的均匀性等于11.6％时，快速热退火设备的腔体不漏氧且温度控制准确效果更佳。判断Ti片的方块电阻的阻值和方块电阻的阻值的均匀性是否等于上述值，可以确定快速热退火设备的腔体的漏氧与否和温度控制是否准确。
S24、确定腔体不漏氧且温度控制准确。
步骤S23判断为是时，即可确定快速热退火设备的腔体不漏氧且温度控制准确，流程结束。
S25、确定腔体漏氧或温度控制不准确。
当步骤S23判断为否时，即可确定快速热退火设备的腔体漏氧或温度控制不准确。
本实施例使用一片Ti片SPC既能够有效的监控腔体温度的变化，又能够及时的反映腔体漏氧的状况，快速升温至工艺温度保持短暂时间，测量Ti片的方块电阻的阻值和方块电阻的阻值的均匀性即可得出结果；本发明测试时间短，检测工艺简单，能够及时发现腔体是否漏氧，准确监控腔体温度，以便做相应调整，保证工艺产品不受影响。
实施例3
本实施例提供一种快速热退火设备的腔体的漏氧及温度监控的系统，如图7所示，该系统包括升温模块1、测量模块2和判断模块3。
经测试，发现放入快速热退火设备的腔体内的Ti片的方块电阻的阻值及方块电阻的阻值的均匀性呈现随温度不同而变化速率不同的特性，如图3所示，机台2与机台4均为相同设备的不同机台，每个机台均有A和B两个通道，每个通道中均有进行快速热退火操作的腔体，分别测量机台2通道A、机台4通道A和机台4通道B在700℃～750℃范围内Ti片的方块电阻的阻值Rs和方块电阻的阻值的均匀性U％，可以看出所有曲线均在720℃～730℃区间的斜率最陡，表示该温度范围内Ti片的方块电阻的阻值及方块电阻的阻值的均匀性对温度的变化最敏感。大量测试后发现723℃～727℃为Ti片对温度最为敏感的区域。
同时，经测试发现，不同的工艺时间下，放入快速热退火设备的腔体内的Ti片的方块电阻的阻值及方块电阻的阻值的均匀性亦呈现随温度不同而变化速率不同的特性，如图4所示，无论工艺时间是60秒还是30秒，无论是Ti片的方块电阻的阻值Rs还是Ti片方块电阻的阻值的均匀性U％，都是在720℃～730℃区间的斜率最陡，表示不同的工艺时间下、该温度范围同样是Ti片的方块电阻的阻值及方块电阻的阻值的均匀性对温度的变化最敏感的范围。测试过程中发现不同的工艺时间下，同样地723℃～727℃为Ti片对温度最为敏感的区域。
本实施例以723℃～727℃为快速热退火设备的漏氧及温度监控SPC的工艺温度范围。
在选择了快速热退火设备的漏氧及温度监控的工艺温度范围后，进一步地选择725℃为工艺温度，通过实验测试不同工艺时间下腔体漏氧的敏感度。如图5所示，无论是Ti片的方块电阻的阻值Rs还是Ti片方块电阻的阻值的均匀性U％，均是60秒的工艺时间时的变化幅度大于其在30秒工艺时间时的变化幅度。工艺时间亦取一时间范围50～70秒。
本实施例中，快速热退火设备的漏氧及温度监控SPC的温度范围设置为723℃～727℃，工艺时间设置为50～70秒。
快速热退火设备的漏氧及温度监控SPC中，升温模块1用于将放入Ti片的腔体升温至723℃～727℃，保持50至70秒。
腔体升温至723℃～727℃后，通过监测腔体内Ti片的方块电阻的阻值情况和方块电阻的阻值的均匀性可以监控腔体温度控制准确性是否达标及腔体是否漏氧。快速热退火设备的腔体升温到预设的工艺温度后，测量模块2用于测量Ti片的方块电阻的阻值和方块电阻的阻值的均匀性。
经过大量实验测试，放入快速热退火设备的腔体内Ti片的方块电阻的阻值大于等于3.3Ω/方块且小于等于10Ω/方块、并且方块电阻的阻值的均匀性大于等于2.65％且小于等于26％时，快速热退火设备的腔体不漏氧且温度控制准确。判断模块3用于判断Ti片的方块电阻的阻值和方块电阻的阻值的均匀性是否落入上述范围，若是就可以确定快速热退火设备的腔体不漏氧并且温度控制准确，若否则表明腔体漏氧或温度控制不准确。
本实施例使用一片Ti片SPC既能够有效的监控腔体温度的变化，又能够及时的反映腔体漏氧的状况，快速升温至工艺温度保持短暂时间，测量Ti片的方块电阻的阻值和方块电阻的阻值的均匀性即可得出结果；本发明测试时间短，检测工艺简单，能够及时发现腔体是否漏氧，准确监控腔体温度，以便做相应调整，保证工艺产品不受影响。
实施例4
本实施例是在实施例3的基础上进一步优化而得。如图7所示，该快速热退火设备的腔体的漏氧及温度监控的系统包括升温模块1、测量模块2和判断模块3。
在大量的放入快速热退火设备的腔体内的Ti片的方块电阻的阻值及方块电阻的阻值的均匀性与温度的关系的实验中，发现725℃为Ti片对温度最敏感的温度；在大量的不同工艺时间下、放入快速热退火设备的腔体内的Ti片的方块电阻的阻值及方块电阻的阻值的均匀性与温度的关系的实验中，725℃同样是各个工艺时间下Ti片对温度最敏感的温度，60秒是Ti片的方块电阻的阻值和方块电阻的阻值的均匀性变化幅度最大的工艺时间；本实施例中，快速热退火设备的漏氧及温度监控SPC的温度设置为725℃，工艺时间设置为60秒。
快速热退火设备的漏氧及温度监控SPC中，升温模块1用于将放入Ti片的腔体升温至725℃，保持60秒。
腔体升温至725℃并保持60秒后，通过监测腔体内Ti片的方块电阻的阻值情况和方块电阻的阻值的均匀性可以监控腔体温度控制准确性是否达标及腔体是否漏氧。快速热退火设备的腔体升温到预设的工艺温度后，测量模块2用于测量Ti片的方块电阻的阻值和方块电阻的阻值的均匀性。
经过大量实验测试，放入快速热退火设备的腔体内Ti片的方块电阻的阻值等于6Ω/方块、并且方块电阻的阻值的均匀性等于11.6％时，快速热退火设备的腔体不漏氧且温度控制准确效果更佳。判断模块3用于判断Ti片的方块电阻的阻值和方块电阻的阻值的均匀性是否等于上述值，若是就可以确定快速热退火设备的腔体不漏氧并且温度控制准确，若否则表明腔体漏氧或温度控制不准确。
本实施例使用一片Ti片SPC既能够有效的监控腔体温度的变化，又能够及时的反映腔体漏氧的状况，快速升温至工艺温度保持短暂时间，测量Ti片的方块电阻的阻值和方块电阻的阻值的均匀性即可得出结果；本发明测试时间短，检测工艺简单，能够及时发现腔体是否漏氧，准确监控腔体温度，以便做相应调整，保证工艺产品不受影响。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种快速热退火设备的腔体的漏氧及温度监控的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将放入Ti片的所述腔体升温至723℃～727℃，保持50至70秒；
S2、测量所述Ti片的方块电阻的阻值和所述方块电阻的阻值的均匀性；
S3、判断所述Ti片的所述方块电阻的阻值是否大于等于3.3Ω/方块且小于等于10Ω/方块，并且判断所述Ti片的所述方块电阻的阻值的均匀性是否大于等于2.65％且小于等于26％；若是则所述腔体不漏氧且温度准确；
步骤S1中将所述腔体升温至725℃，保持60秒；
和/或，
步骤S3中判断所述Ti片的所述方块电阻的阻值是否等于6Ω/方块，并且判断所述Ti片的所述方块电阻的阻值的均匀性是否等于11.6％；若是则所述腔体不漏氧且温度准确。
2.一种快速热退火设备的腔体的漏氧及温度监控的系统，其特征在于，包括升温模块、测量模块和判断模块；
所述升温模块用于将放入Ti片的所述腔体升温至723℃～727℃，保持50至70秒；
所述测量模块用于测量所述Ti片的方块电阻的阻值和所述方块电阻的阻值的均匀性；
所述判断模块用于判断所述Ti片的所述方块电阻的阻值是否大于等于3.3Ω/方块且小于等于10Ω/方块，并且判断所述Ti片的所述方块电阻的阻值的均匀性是否大于等于2.65％且小于等于26％；若是则所述腔体不漏氧且温度准确；
所述升温模块用于将所述腔体升温至725℃，保持60秒；
和/或，
所述判断模块用于判断所述Ti片的所述方块电阻的阻值是否等于6Ω/方块，并且判断所述Ti片的所述方块电阻的阻值的均匀性是否等于11.6％；若是则所述腔体不漏氧且温度准确。
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