一种退火设备的监控方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种退火设备的监控方法。
【背景技术】
[0002]在CMOS器件的制备过程中，很多工艺中会用到热退火。例如，在形成接触时，为了提高源漏的接触效果，一般多采用硅化物工艺降低接触电阻，具体是首先淀积一层金属如，Ti，Ni等等，然后再通过低温快速退火的方法，形成金属与硅的硅化物，在整个过程中，快速退火的温度控制对硅化物的形成十分关键，温度过高或过低都不能满足工艺的要求，因此，退火设备要能够对快速退火的温度进行精确控制。
[0003]目前工业界主要采用方块电阻测量法来监控快速退火设备的状态，具体为，通过对固定条件离子注入后的样品进行高温退火，然后用四探针的方法测量样品的方块电阻来表征杂质的温度，如果退火设备的温度发生漂移，方块电阻也会相应发生变化。
[0004]然而，对于该方法，为了保证注入的杂质被激活且能够测量，退火的温度一般在700度以上，而实际硅化物退火的温度仅为400度左右，因此这种方法不能有效反映退火设备低温工艺的工艺能力，另一方面，注入退火后的样品即报废不能重复使用，成本消耗很大。
【发明内容】
[0005]本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，提供一种直接反映退火设备退火温度和工艺的监控方法。
[0006]为此，本发明提供了如下技术方案:
[0007]一种退火设备的监控方法，包括:
[0008]提供半导体衬底；
[0009]对衬底进行离子注入；
[0010]获得注入后的衬底中非晶半导体层的厚度；
[0011]进行低温热退火，并获得该退火温度下剩余非晶半导体层的厚度；
[0012]得到该退火温度下的固相外延速率；
[0013]判断该固相外延速率是否在阈值范围内。
[0014]可选的，离子注入的为中性离子。
[0015]可选的，所述中性离子为Ge离子、Ar或Xe离子。
[0016]可选的，离子注入的能量范围为150_200KeV，剂量为lE14_lE16cm 2。
[0017]可选的，采用光学膜厚仪进行测量，以获得非晶半导体层的厚度。
[0018]可选的，在获得该退火温度下剩余非晶半导体层的厚度之后，还包括步骤:
[0019]进行高温热退火，以使得非晶半导体层重新结晶为晶态。
[0020]本发明实施例提供的退火设备的监控方法，利用半导体衬底在离子注入后会在表面形成无定型的非晶态的特性，通过获得该非晶态的非晶半导体层的厚度以及在退火后的剩余非晶半导体层的厚度，来得到该退火温度下的固相外延速率，通过判断该固相外延速率是否在阈值范围内，即可得知退火设备是否处于正常状态。
[0021]此外，在进行监控后，进行高温高温热退火，以使得非晶半导体层重新结晶为晶态，可以重复利用该晶片，节约成本。
【附图说明】
[0022]本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0023]图1为根据本发明实施例的退火设备的监控方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0025]在本发明中，提供的退火设备的监控方法，通过获得固相外延速率来判断退火设备是否异常，该方法直观、有效，且可以通过高温退火将晶片重复利用。
[0026]为了更好的理解本发明，以下将结合流程图1对具体的实施例进行详细的描述。
[0027]首先，提供半导体衬底。
[0028]所述半导体衬底具有规则的结晶态。所述半导体衬底可以为Si衬底、Ge衬底、SiGe 衬底、SOI (绝缘体上石圭,Silicon On Insulator)或 GO I (绝缘体上错，Germanium OnInsulator)等。在其他实施例中，所述半导体衬底还可以为包括其他元素半导体或化合物半导体的衬底，例如GaAs、InP或SiC等，还可以为叠层结构，例如Si/SiGe等，还可以其他外延结构，例如SG0I (绝缘体上锗硅)等。在本实施例中，所述半导体衬底为体硅衬底。
[0029]而后，对衬底进行离子注入。
[0030]在未进行离子注入之前，半导体衬底为规则的晶态，在进行离子注入后，在衬底中会形成非晶态的半导体，即非晶半导体层。
[0031]可以采用中性离子进行注入，在本实施例中，采用Ge离子、Ar或Xe等中性离子进行注入，离子注入的能量范围为150-200KeV，剂量为lE14-lE16cm 2，可以在衬底的表面形成大致为100nm的非晶半导体层。采用中性离子进行注入，可以避免在退火工艺时不会因为外扩散对腔体造成污染。
[0032]接着，获得注入后的衬底中非晶半导体层的厚度。
[0033]由于晶体和非晶的折射率不同，可以采用光学膜厚仪进行测量，来获得衬底中非晶半导体层的厚度。
[0034]而后，进行低温热退火，并获得该退火温度下剩余非晶半导体层的厚度。
[0035]在本发明中，低温热退火是指退火温度低于600°C。在本实施例中，退火的温度为400°C，退火时间为30s。在低温热退火之后，部分的非晶半导体层恢复为晶体层。接着，获得该退火温度下退火后剩余部分的非晶半导体层的厚度，同样地，可以采用光学膜厚仪进行测量，来获得衬底中剩余的非晶半导体层的厚度。
[0036]接着，得到该退火温度下的固相外延速率。
[0037]固相外延速率，即单位时间内非晶层在低于该材料的熔点或共晶点温度下外延再结晶的厚度，在本发明中，即为离子注入后的非晶半导体层的厚度与退火后剩余非晶半导体层的厚度之差与退火时间的比值。
[0038]固相外延是低温作用下非晶材料再结晶的过程，固相外延速率与退火的温度和时间相关，温度越高，固相外延的速率越快，因此可以通过固相外延的速率直接反映退火的温度，从而实现对低温退火工艺及其设备的监控。
[0039]而后，判断该固相外延速率是否在阈值范围内。
[0040]通过判断该固相外延速率是否在阈值范围内，从而确认退火设备是否出现异常，需要重新进行校正。通常地，可以通过计算得到的固相外延速率与固相外延速率参考值进行对比，当二者的偏差大于一定比例时，即认为该固相外延速率超出阈值范围，退火设备的温度可能发生偏移，需要重新校正，当二者的偏差小于一定比例时，即认为该固相外延速度在阈值范围之内，退火设备处于正常状态。
[0041]在本实施例中，固相外延速率参考值Vref可以通过实验的经验值获得，阈值为Vref ±3%，在计算得到的固相外延速率与固相外延速率参考值的偏差超过3%时，认为设备异常。
[0042]而后，可以进一步对该衬底进行高温热退火，以使得非晶半导体层重新结晶为晶
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[0043]在本发明中，高温热退火是指退火温度高于900°C。
[0044]在本实施例中，采用1000°C的高温热退火，直到非晶半导体层重新结晶，这样，该晶片可以重新利用，节约成本。
[0045]虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，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方法和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。
【主权项】
1.一种退火设备的监控方法，其特征在于，包括: 提供半导体衬底； 对衬底进行离子注入； 获得注入后的衬底中非晶半导体层的厚度； 进行低温热退火，并获得该退火温度下剩余非晶半导体层的厚度； 得到该退火温度下的固相外延速率； 判断该固相外延速率是否在阈值范围内。2.根据权利要求1所述的监控方法，其特征在于，离子注入的为中性离子。3.根据权利要求2所述的监控方法，其特征在于，所述中性离子为Ge离子、Ar或Xe离子。4.根据权利要求3所述的监控方法，其特征在于，离子注入的能量范围为150-200KeV，剂量为 lE14-lE16cm2。5.根据权利要求1所述的监控方法，其特征在于，采用光学膜厚仪进行测量，以获得非晶半导体层的厚度。6.根据权利要求1所述的监控方法，其特征在于，在获得该退火温度下剩余非晶半导体层的厚度之后，还包括步骤: 进行高温热退火，以使得非晶半导体层重新结晶为晶态。
【专利摘要】本发明提供一种退火设备的监控方法，包括：提供半导体衬底；对衬底进行离子注入；获得注入后的衬底中非晶半导体层的厚度；进行低温热退火，并获得该退火温度下剩余非晶半导体层的厚度；得到该退火温度下的固相外延速率；判断该固相外延速率是否在阈值范围内。该方法直观、有效，且可以通过高温退火将晶片重复利用。
【IPC分类】H01L21/324, H01L21/67
【公开号】CN105244272
【申请号】CN201410274033
【发明人】刘金彪, 王垚, 李俊峰
【申请人】中国科学院微电子研究所
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2014年6月18日