CN116564845A - 一种外延生长工艺调优方法 - Google Patents

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黄宋平
张斌
林志鑫
余航波
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Abstract

本发明提供一种外延生长工艺调优方法，包括：S1：提供多个实验片，并测量各所述实验片的平坦度数据；S2：对多个所述实验片分别在不同工作参数下生长外延层，并测量各所述实验片生长外延层后的平坦度数据；S3：计算各所述实验片生长外延层前后平坦度数据的差值，并将使得生长外延层前后平坦度数据的差值最小的工作参数作为所述外延生长工艺调优方法当前的最优工作参数。采用本发明提供的外延生长工艺调优方法，使得无需工艺人员现场观察每片基片的形变并做调整直至最佳工艺设定，节省了人力和时间。

Description

一种外延生长工艺调优方法
技术领域
本发明涉及芯片测试技术领域，特别涉及一种外延生长工艺调优方法。
背景技术
在半导体行业中，外延层的形成在外延炉中进行，基片传片方式基于伯努利原理，以“丢片”状态(机械手臂传片方式是使基片悬浮在手臂下方)使得基片进入外延炉，在基片进入外延炉的承载台时，会由于温差及基片自身应力而产生边缘翘曲。另外，在外延炉每次复机或更换零部件(如加热灯)后反应腔温场不均衡，基片极易形变，表面平坦度较差，为把基片丢片状态调整到最优状态，需工艺人员现场借助摄像头肉眼观察反应腔内基片在接触基座时边缘的形变，然后调整工作参数的大小，直至确认外延炉最佳的工作参数，这浪费大量人力、时间调试，也会导致产能降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种外延生长工艺调优方法，以解决现有技术中外延生长工艺调试需浪费大量人力，时间，导致产能降低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种外延生长工艺调优方法，包括：
S1：提供多个实验片，并测量各所述实验片的平坦度数据；
S2：对多个所述实验片分别在不同工作参数下生长外延层，并测量各所述实验片生长外延层后的平坦度数据；
S3：计算各所述实验片生长外延层前后平坦度数据的差值，并将使得生长外延层前后平坦度数据的差值最小的工作参数作为所述外延生长工艺调优方法当前的最优工作参数。
可选的，在所述的外延生长工艺调优方法中，所述工作参数包括：外延炉的加热功率大小和气体延时关闭时间。
可选的，在所述的外延生长工艺调优方法中，所述外延生长工艺调优方法还包括利用如下方法获取不同的所述工作参数：确认外延炉当前的加热功率大小和气体延时关闭时间，作为基准工作参数；
改变所述基准工作参数中的所述加热功率大小和/或所述气体关闭延时时间的取值以得到不同的所述工作参数。
可选的，在所述的外延生长工艺调优方法中，根据所述基准工作参数得到不同的所述工作参数的方法包括：
按设定步长改变所述基准工作参数中所述加热功率大小和/或所述气体延时关闭时间的大小。
可选的，在所述的外延生长工艺调优方法中，所述设定步长为1，所述改变包括增大和减小。
可选的，在所述的外延生长工艺调优方法中，所述工作参数中所述加热功率的取值范围为60F～64F，所述气体延时关闭时间的取值范围为11s～14s。
可选的，在所述的外延生长工艺调优方法中，在测量平坦度数据时，对各所述实验片的中心区域进行测量。
可选的，在所述的外延生长工艺调优方法中，每一所述实验片按行和列划分为多个子区域，所述中心区域为最接近中心位置的四个所述子区域。
可选的，在所述的外延生长工艺调优方法中，对所述实验片的中心区域进行测量的方法包括：对最接近中心位置的四个所述子区域的平坦度数据分别进行检测，并取平均值，以得到相应所述实验片的平坦度数据。
可选的，在所述的外延生长工艺调优方法中，所述外延生长工艺调优方法在所述外延炉每次复机或者更换零部件后执行。
综上所述，本发明提供一种外延生长工艺调优方法，包括：S1：提供多个实验片，并测量各所述实验片的平坦度数据；S2：对多个所述实验片分别在不同工作参数下生长外延层，并测量各所述实验片生长外延层后的平坦度数据；S3：计算各所述实验片生长外延层前后平坦度数据的差值，并将使得生长外延层前后平坦度数据的差值最小的工作参数作为所述外延生长工艺调优方法当前的最优工作参数。采用本发明提供的外延生长工艺调优方法，使得无需工艺人员现场观察每片基片的形变并做调整直至最佳工艺设定，节省了人力和时间。
附图说明
图1是本发明实施例提供的外延生长工艺调优方法的流程图。
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外延生长工艺调优方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，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。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。
如图1所示，本发明实施例提供一种外延生长工艺调优方法，包括：
S1：提供多个实验片，并测量各所述实验片的平坦度数据；
S2：对多个所述实验片分别在不同工作参数下生长外延层，并测量各所述实验片生长外延层后的平坦度数据；
S3：计算各所述实验片生长外延层前后平坦度数据的差值，并将使得生长外延层前后平坦度数据的差值最小的工作参数作为所述外延生长工艺调优方法当前的最优工作参数。
本发明实施例提供的外延生长工艺调优方法，使得无需工艺人员现场观察每片基片的形变并做调整，可极大缩短工艺调试时间及人力成本，增加产能。
以下对上述各步骤作进一步详细描述。
首先，执行步骤S1，提供多个实验片，并测量各所述实验片的平坦度数据。所述实验片为未执行外延层生长工艺的基片或模拟片，这里所述基片可理解为晶圆，但也不排除也可为硅片等。对于不同基片而言，其可能会存在原本平坦度不同的情况，因此，本步骤中，对各所述实验片的平坦度数据进行测量，以得到各自的平坦度基准值。
其次，执行步骤S12，对多个所述实验片分别在不同工作参数下生长外延层，并测量各所述实验片生长外延层后的平坦度数据。
发明人研究发现，基片以“丢片”状态进入外延炉时，由于温差及基片自身应力而容易边缘翘曲，另外，随着外延层生长的进行，基片的翘曲程度逐渐减小，由此可见，外延炉的加热功率大小影响基片在进入外延炉时的翘曲程度，而气体关闭延时时间影响基片由翘曲状态恢复的程度。
有鉴于上述发现，本实施例中，所述工作参数包括外延炉的加热功率大小和气体延时关闭时间。通过在不同的加热功率大小和气体延时关闭时间下生长外延层，以得到能够保证形变量最小的加热功率大小和气体延时关闭时间作为所述外延生长工艺调优方法的最优工作参数。
因此，所述外延生长工艺调优方法还包括利用如下方法获取不同的所述工作参数确认外延炉当前的加热功率大小和气体延时关闭时间，作为基准工作参数；改变所述基准工作参数中的所述加热功率大小和/或所述气体关闭延时时间的取值以得到不同的所述工作参数。该获取不同的所述工作参数的步骤在步骤S2之前执行即可。
较佳的，可按设定步长改变所述基准工作参数中所述加热功率大小和/或所述气体延时关闭时间的大小。所述加热功率大小和所述气体延时关闭时间改变时所采用的步长可以相同或不同。进一步较佳的，本实施例中，所述加热功率大小和所述气体延时关闭时间均按步长为1进行改变。另外，所述改变包括增大和减小，以增大找到最优工作参数的概率。
通过研究发现，对于外延炉而言，加热功率在60F～64F的取值范围内变化以及气体延时关闭时间在11s～14s的取值范围内变化，所生长的所述外延层的厚度，不影响最终器件性能或影响很小。
有鉴于此，若经确认基准工作参数为：加热功率为62F，气体关闭延时时间为12S，可在此基础上，按步长1改变加热功率和气体关闭延时时间，得到如下表1所示的9组工作参数。
表1
如此，在步骤S2中，可以利用上述9组工作参数在9个实验片上生长外延层，得到9个生长了外延层的实验片。除了所述加热功率大小和所述气体关闭延时时间，各实验片表面生长外延层的工艺条件(如气体流速等)应保持相同。
需要说明的是，本申请对于所述外延炉不作特别限定，在执行外延层的生长时，基片进入时容易发生边缘翘曲的外延炉均在本申请的保护范围之内。
最后，执行步骤S13，计算各所述实验片生长外延层前后平坦度数据的差值，并将使得生长外延层前后平坦度数据的差值最小的工作参数作为所述外延生长工艺调优方法当前的最优工作参数。对于外延炉而言，基于机械手臂传片方式是伯努利原理，基片背面中心位置容易出现砸痕，该砸痕的存在影响产品表面平坦度，也就是说，在基片生长外延层后，其中心位置的平坦度会因基片背面的砸痕而受到影响。
有鉴于此，步骤S13中，在检测每一所述实验片的平坦度数据时，对所述实验片的中心区域进行检测。且较佳的，每一所述实验片按行和列划分为多个子区域，所述中心区域为最接近中心位置的四个所述子区域进行检测。具体而言，对所述实验片的中心区域进行检测的方法包括：对最接近中心位置的四个所述子区域的平坦度数据分别进行检测，并取平均值，以得到相应所述实验片的平坦度数据。
本实施例中，对于平坦度的检测设备及检测方法不作限制，任何可以检测平坦度的设备及方法均可适用于本申请，作为示例，在进行平坦度检测时，可利用晶片测试仪(WaferSight)来进行检测，原理是向实验片上入射光，根据由实验片的反射光与标准面的反射光的光学干扰所产生的干扰条纹的数量与宽度，来测量实验片表面的位移量。。
利用表1所示的9组工作参数值进行外延层生长，得到实验片在生长外延层前后平坦度数据的差值ΔNT如表2所示。从表2中可以看出，编号为7的实验片具有最小ΔNT，因此将加热功率为63F，气体延时关闭时间为11S作为外延炉当前的最优工作参数。其中，对于最优工作参数的分析可通过计算机软件来实现，因此可以节省人力和时间。
表2
编号 实验参数值 ΔNT
1 61F/11s 11.58
2 61F/12s 7.36
3 61F/13s 8.98
4 62F/11s 4.96
5 62F/12s 8.25
6 62F/13s 8.58
7 63F/11s 3.77
8 63F/12s 7.85
9 63F/13s 10.25
综上所述，本发明实施例提供的外延生长工艺调优方法包括：S1：提供多个实验片，并测量各所述实验片的平坦度数据；S2：对多个所述实验片分别在不同工作参数下生长外延层，并测量各所述实验片生长外延层后的平坦度数据；S3：计算各所述实验片生长外延层前后平坦度数据的差值，并将使得生长外延层前后平坦度数据的差值最小的工作参数作为所述外延生长工艺调优方法当前的最优工作参数。采用本发明提供的外延生长工艺调优方法，使得无需工艺人员现场观察每片基片的形变并做调整直至最佳工艺设定，节省了人力和时间。
此外还应该认识到，虽然本发明申请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做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。

Claims (10)

1.一种外延生长工艺调优方法，其特征在于，包括：
S1：提供多个实验片，并测量各所述实验片的平坦度数据；
S2：对多个所述实验片分别在不同工作参数下生长外延层，并测量各所述实验片生长外延层后的平坦度数据；
S3：计算各所述实验片生长外延层前后平坦度数据的差值，并将使得生长外延层前后平坦度数据的差值最小的工作参数作为所述外延生长工艺调优方法当前的最优工作参数。
2.如权利要求1所述的外延生长工艺调优方法，其特征在于，所述工作参数包括：外延炉的加热功率大小和气体延时关闭时间。
3.如权利要求2所述的处延生长工艺调优方法，其特征在于，所述外延生长工艺调优方法还包括利用如下方法获取不同的所述工作参数：
确认外延炉当前的加热功率大小和气体延时关闭时间，作为基准工作参数；
改变所述基准工作参数中的所述加热功率大小和/或所述气体关闭延时时间的取值以得到不同的所述工作参数。
4.如权利要求3所述的外延生长工艺调优方法，其特征在于，根据所述基准工作参数得到不同的所述工作参数的方法包括：
按设定步长改变所述基准工作参数中所述加热功率大小和/或所述气体延时关闭时间的大小。
5.如权利要求4所述的外延生长工艺调优方法，其特征在于，所述设定步长为1，所述改变包括增大和减小。
6.如权利要求2所述的外延生长工艺调优方法，其特征在于，所述工作参数中所述加热功率的取值范围为60F～64F，所述气体延时关闭时间的取值范围为11s～14s。
7.如权利要求1所述的外延生长工艺调优方法，其特征在于，在测量平坦度数据时，对各所述实验片的中心区域进行测量。
8.如权利要求7所述的外延生长工艺调优方法，其特征在于，每一所述实验片按行和列划分为多个子区域，所述中心区域为最接近中心位置的四个所述子区域。
9.如权利要8所述的外延生长工艺调优方法，其特征在于，对所述实验片的中心区域进行测量的方法包括：对最接近中心位置的四个所述子区域的平坦度数据分别进行检测，并取平均值，以得到相应所述实验片的平坦度数据。
10.如权利要求1所述的外延生长工艺调优方法，其特征在于，所述外延生长工艺调优方法在所述外延炉每次复机或者更换零部件后执行。
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