專利名稱：監(jiān)測(cè)退火過程溫度的方法
監(jiān)測(cè)退火過程溫度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體過程，尤其涉及機(jī)臺(tái)溫度變化監(jiān)測(cè)。
背景技木在半導(dǎo)體過程中，快速退火因其能夠在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)完成熱過程從而具有較低的熱預(yù)算，所以非常適用于必須控制摻雜的擴(kuò)散與輪廓的半導(dǎo)體過程?？焖贌嵬嘶疬^程中，通常會(huì)對(duì)快速熱退火步驟設(shè)定一定的溫度范圍，并在快速退火步驟中監(jiān)測(cè)其過程溫度，當(dāng)監(jiān)測(cè)到的過程溫度超出該范圍時(shí)，就會(huì)對(duì)退火裝置采取相應(yīng)的措施，比如將退火裝置停機(jī)等，從而避免晶圓報(bào)廢。在此所述的溫度范圍指的是快速退火步驟的主要支撐溫度加減ー預(yù)定數(shù)值所形成的范圍。對(duì)于上述退火裝置的溫度的監(jiān)測(cè)，現(xiàn)有技術(shù)的ー種做法是采用15_200Q/cm2的電阻樣片結(jié)合離子注入來實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)。這種做法的不足之處在于所用的樣片僅能使用一次，造成較大的浪費(fèi)。另ー種監(jiān)測(cè)溫度的方法是用非晶硅(Amorphous Ploy)做為材質(zhì)，通過雜質(zhì)注入及后續(xù)的高溫的退火、激活里面的雜質(zhì)、然后測(cè)電阻，從而通過電阻的變化來監(jiān)測(cè)溫度變化。盡管這種方法可以重復(fù)使用，但其不足在于對(duì)機(jī)臺(tái)的要求較高、退火爐中會(huì)有污染
坐寸ο因此，上述現(xiàn)有的快速熱退火過程中的溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)仍存在缺陷，且亟待改進(jìn)。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明提出一種監(jiān)測(cè)退火過程中溫度的方法，以解決上述問題。本發(fā)明所述的監(jiān)測(cè)退火過程中溫度的方法，包括通過低溫化學(xué)氣相沉積方式在晶圓上生長(zhǎng)第一厚度的未摻雜的多晶硅層；以第一高溫退火的方式高溫氧化具有多晶硅層的晶圓；對(duì)高溫氧化后的晶圓進(jìn)行離子植入，并對(duì)其進(jìn)行第二次退火處理；以及測(cè)量所述晶圓的電阻變化，從而獲得對(duì)第一高溫退火過程溫度的監(jiān)測(cè)。本發(fā)明所述的溫度監(jiān)測(cè)方法，優(yōu)選地，離子植入是植入硼、磷、神元素中的ー種；而在硼、磷、神元素中，更優(yōu)選植入硼。本發(fā)明所述的溫度監(jiān)測(cè)方法，優(yōu)選地，包括在生長(zhǎng)第一厚度的未摻雜的多晶硅層之前，在所述晶圓上形成第二厚度的ニ氧化硅層，而所述未摻雜的多晶硅層形成在所述ニ氧化硅層之上。本發(fā)明所述的溫度監(jiān)測(cè)方法，優(yōu)選地，所述第二厚度為800埃到1000埃；所述第一厚度為2100埃到2200埃。
本發(fā)明所述的溫度監(jiān)測(cè)方法，優(yōu)選地，在所述半導(dǎo)體晶圓上形成第二厚度的ニ氧化硅層是通過干氧生長(zhǎng)所述第二厚度的ニ氧化硅層。本發(fā)明所述的溫度監(jiān)測(cè)方法，優(yōu)選地，以第一高溫退火的方式高溫氧化具有多晶硅層的晶圓是在第一退火裝置中進(jìn)行的。本發(fā)明所述的溫度監(jiān)測(cè)方法，優(yōu)選地，所述氧化是在1000°C到1050°C之間以5slm(標(biāo)準(zhǔn)升/分鐘)到IOslm向所述第一退火裝置中注入02，以及以20slm向所述第一退火裝置注入N2來進(jìn)行的。優(yōu)選地，所述離子植入是以約4_6Kev的植入能量植入約2X IO15離子/平方米到3X IO15離子/平方米的離子；所述晶圓偏轉(zhuǎn)角度約為7度。本發(fā)明所述的方法，不僅可降低污染，而且可以重復(fù)利用該監(jiān)測(cè)用晶圓，從而節(jié)約成本。

在參照附圖閱讀了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
以后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)更清楚地了解本發(fā)明的各個(gè)方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是這些附圖僅僅用于配合具體實(shí)施方式
說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而并非意在對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍構(gòu)成限制。其中，圖1是根據(jù)本發(fā)明的監(jiān)測(cè)用晶圓的示意圖；以及圖2給出了使用本發(fā)明所述的監(jiān)測(cè)用晶圓來監(jiān)測(cè)退火過程中晶圓電阻與溫度的關(guān)系。
具體實(shí)施方式以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行示意性的描述。為了更為清楚地闡述本發(fā)明，本申請(qǐng)僅描述了半導(dǎo)體制造中與本發(fā)明相關(guān)的部分，而且其中所提及的術(shù)語，除非上下文另有定義，否則與本領(lǐng)域技術(shù)人員的通常理解一致。根據(jù)本發(fā)明首先提供一個(gè)監(jiān)測(cè)用晶圓。該監(jiān)測(cè)用晶圓可被用于退火エ藝處理，通過監(jiān)測(cè)該晶圓在退火過程中的電阻變化進(jìn)而監(jiān)測(cè)退火過程的溫度；且根據(jù)本發(fā)明所提供的監(jiān)測(cè)用晶圓，可以重復(fù)使用。如圖I所不意，監(jiān)測(cè)用晶圓包括娃襯底100。基于娃襯底100,可通過一系列半導(dǎo)體制造步驟形成半導(dǎo)體器件，其中該半導(dǎo)體制造步驟就包括退火過程。作為被用來監(jiān)測(cè)退火過程中溫度變化的器件，所述監(jiān)測(cè)用晶圓與用來制造半導(dǎo)體器件的晶圓是相同的，也就是說，它具有與后者相同的特性，比如厚度、晶體定向等等。監(jiān)測(cè)用晶圓具有以干氧生長(zhǎng)的方式形成在硅襯底100上的第二厚度的ニ氧化硅層101。本例中，該ニ氧化硅層101形成在整個(gè)硅襯底上，但實(shí)際應(yīng)用中，ニ氧化硅層101在所述硅襯底100上形成的區(qū)域是可預(yù)先限定的，比如僅形成在部分硅襯底上。此外，本例中，ニ氧化硅層101的厚度(亦即第二厚度)為800-100埃，但實(shí)際應(yīng)用中，該厚度可依據(jù)需要而定，比如為Iio埃等。監(jiān)測(cè)用晶圓具有生長(zhǎng)在ニ氧化硅層101上的第一厚度的未摻雜的多晶硅層102。根據(jù)本示例，多晶硅層102是通過低壓化學(xué)氣相沉積(LD-CVD)的方式形成的，所形成的厚度(即，第一厚度)優(yōu)選為2100-2200埃。實(shí)際應(yīng)用中，該厚度也可以為其它數(shù)值，比如2210埃等。將上述已具有ニ氧化硅層101和多晶硅層102的監(jiān)測(cè)用晶圓放入第一退火裝置中，對(duì)其進(jìn)行高溫氧化處理。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在此所描述的高溫是在1000°C到1050°C之間，并使用O2和N2作為氧化反應(yīng)氣體來進(jìn)行的，優(yōu)選地，O2以5slm到IOslm的流速注入到第一退火裝置中，而N2 W20slm的流速注入到第一退火裝置中。在該退火裝置中的高溫氧化過程中，多晶硅中的晶粒會(huì)流動(dòng)從而填補(bǔ)到空穴處，進(jìn)而使得多晶硅的表面變的平整，從而使得監(jiān)測(cè)用晶圓材質(zhì)穩(wěn)定，避免了后續(xù)電阻測(cè)量不準(zhǔn)的問題。對(duì)監(jiān)測(cè)用晶圓進(jìn)行硼摻雜的離子植入。優(yōu)選地，摻雜劑量為大約2X IO15離子/平方米到3X IO15離子/平方米之間，離子植入的能量?jī)?yōu)選在4-6Kev，而晶圓的偏轉(zhuǎn)角度約為7度。需要說明的是，盡管本示例中進(jìn)行的是硼摻雜，但并不以此為限，也可以是其他合適的元素，比如神、磷等隨后，該晶圓被放置到第二退火裝置中，進(jìn)行第二次退火處理，需要說明的是，該第二退火裝置為ー個(gè)標(biāo)準(zhǔn)退火裝置。在該第二退火裝置進(jìn)行了退火處理之后，例如通過四點(diǎn)探針技術(shù)測(cè)量監(jiān)測(cè)用晶圓的平面電阻，從而獲知該監(jiān)測(cè)用晶圓在第一退火裝置中的溫度變化。圖2給出了所測(cè)量的本發(fā)明所述的監(jiān)測(cè)用晶圓的電阻與溫度的關(guān)系，其反應(yīng)了第一退火裝置中的溫度變化。如圖所示，晶圓的平面電阻與溫度基本呈線性關(guān)系，所以可以方便地根據(jù)電阻的變化獲知溫度的變化。在進(jìn)行了電阻測(cè)量之后，便可獲知第一退火裝置中的溫度變化。隨后，如果需要，可以將測(cè)試晶圓上的ニ氧化硅和已注入離子的多晶硅移除，比如通過氫氟酸來化學(xué)去除，從而可以使的該測(cè)試用晶圓再次被利用。也即，去除了ニ氧化硅和多晶硅的晶圓可以再次如以上所述生長(zhǎng)ニ氧化硅、多晶硅、在第一退火裝置中進(jìn)行氧化、然后硼雜質(zhì)注入、最后再進(jìn)入第二退火裝置退火以便測(cè)量電阻。實(shí)際應(yīng)用中，一般是將在多個(gè)第二退火裝置中分別放入測(cè)試用晶圓，而將所有已經(jīng)過氧化、硼雜質(zhì)注入的測(cè)試用晶圓放入比如同一個(gè)第二退火裝置中進(jìn)行退火，進(jìn)而測(cè)量電阻。需要說明的是，退火裝置中針對(duì)監(jiān)測(cè)用晶圓而設(shè)置的退火エ藝條件，與針對(duì)形成半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體晶圓的退火エ藝條件相同。 根據(jù)本發(fā)明，在無需對(duì)現(xiàn)有裝置進(jìn)行改進(jìn)的情況下，通過引入O2進(jìn)行退火，彌補(bǔ)了未摻雜多晶硅表面的缺陷，從而使得監(jiān)測(cè)用晶圓材質(zhì)穩(wěn)定，減少了測(cè)量誤差。而且測(cè)試用的晶圓還可以重復(fù)利用，節(jié)約了成本。最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上具體實(shí)施方式
僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其進(jìn)行限制。盡管參照上述具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或?qū)Σ糠旨夹g(shù)特征進(jìn)行等同替換，而在不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的精神下，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)測(cè)退火過程溫度的方法，所述方法包括 通過低溫化學(xué)氣相沉積方式在晶圓上生長(zhǎng)第一厚度的未摻雜的多晶硅層； 以第一高溫退火的方式高溫氧化具有多晶硅層的晶圓； 對(duì)高溫氧化后的晶圓進(jìn)行離子植入，并對(duì)其進(jìn)行第二次退火處理；以及 測(cè)量所述晶圓的電阻變化，從而獲得對(duì)第一高溫退火過程溫度的監(jiān)測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的監(jiān)測(cè)退火過程溫度的方法，其中所述離子植入是植入硼、磷、砷中的任一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的監(jiān)測(cè)退火過程溫度的方法，其中，進(jìn)一步包括在生長(zhǎng)第一厚度的未摻雜的多晶硅層之前，在所述晶圓上形成第二厚度的二氧化硅層，而所述未摻雜的多晶硅層形成在所述二氧化硅層之上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的監(jiān)測(cè)退火過程溫度的方法，其中，所述第二厚度為800埃-1000埃。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的監(jiān)測(cè)退火過程溫度的方法，其中，在所述半導(dǎo)體晶圓上形成的第二厚度的二氧化硅層是通過干氧生長(zhǎng)形成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一個(gè)所述的監(jiān)測(cè)退火過程溫度的方法，其中，所述第一厚度為 2100-2200 埃。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的監(jiān)測(cè)退火過程溫度的方法，其中，以第一高溫退火的方式高溫氧化具有多晶硅層的晶圓是在第一退火裝置中進(jìn)行的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的監(jiān)測(cè)退火過程溫度的方法，其中，在1000°C到1050°C之間以5slm到IOslm向所述第一退火裝置中注入O2,以及以20slm向所述第一退火裝置注入N2。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的監(jiān)測(cè)退火過程溫度的方法，其中，所述離子植入是以約4-6Kev的植入能量植入約2X IO15離子/平方米到3X IO15離子/平方米的離子。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的監(jiān)測(cè)退火過程溫度的方法，其中，所述晶圓偏轉(zhuǎn)角度約為7度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種監(jiān)測(cè)退火過程溫度的方法，其包括通過低溫化學(xué)氣相沉積方式在晶圓上生長(zhǎng)第一厚度的未摻雜的多晶硅層；以第一高溫退火的方式高溫氧化具有多晶硅層的晶圓；對(duì)高溫氧化后的晶圓進(jìn)行離子植入，并對(duì)其進(jìn)行第一次退火處理；以及測(cè)量所述晶圓的電阻變化，從而獲得對(duì)第一高溫退火過程溫度的監(jiān)測(cè)。通過本方法，所用的測(cè)試晶圓可重復(fù)利用，有效地節(jié)約了成本。
文檔編號(hào)H01L21/66GK102623366SQ20111003745
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者張偉, 陽厚國(guó) 申請(qǐng)人:無錫華潤(rùn)上華半導(dǎo)體有限公司, 無錫華潤(rùn)上華科技有限公司