一种快速退火装置的监控方法
【专利摘要】本发明提供一种快速退火装置的监控方法，包括：提供一晶圆衬底；于所述晶圆衬底的形成若干有源区结构，且相邻的所述有源区结构之间通过沟槽隔开；继续于所述沟槽中填充氧化物，并进行平坦化工艺；由于负载效应，所述有源区结构的部分侧壁暴露；将有源区结构部分表面暴露的晶圆衬底放入快速退火装置，以进行快速退火处理；继续对完成所述快速退火工艺的晶圆衬底进行缺陷检测，根据缺陷检测的结果监控所述快速退火装置的加热效果。利用本发明技术，通过有源区损伤的缺陷分布来确定快速退火装置加热效果发生衰减的区域，从而能及时地进行更换，进而避免对后续制备的产品造成影响。
【专利说明】一种快速退火装置的监控方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种快速退火装置的监控方法。
【背景技术】
[0002]先进的集成电路制造工艺一般都包含几百步的工序，包括光刻、刻蚀、清洗、薄膜生长和离子注入等几大主要的工艺模块，从开始的原料投入到最后产品的出货要经过2到3个月的生产周期。芯片上一个器件的基本结构，包括有源区、栅极和接触孔，但是要使得这个器件能够正常的工作，必须在其有源区中注入一定量的载流子，在生产过程中是通过离子注入的方式引入多种不同剂量和类型的离子。但是，只是在晶圆上注入离子还不能使器件正常工作，必须通过快速退火工艺激活注入到硅晶格中的离子。快速退火工艺是用极快的速度升温达到目标温度(1000°C左右)后，并在目标温度下短暂地持续，快速的升温过程和短暂的持续时间能够在晶格缺陷的修复、激活杂质和最小化杂质扩散三者之间取得优化。如图1所示为快速退火装置的图形，其工作原理是在腔体的上面有几百个可以加热的小灯泡，通过将热量辐射到下面的晶圆来进行退火工艺。但是，加热的灯泡在经过一段的时间之后，其加热的效果会衰减或有的由于质量问题可能会提前失效，造成器件最终电学性能的失效。目前并没有一个很好的方法来监控加热装置中灯泡衰减，而是规定一定的使用寿命进行更换。
[0003]中国专利(CN1548591A)公开了一种快速热退火的方法，其制程是在快速热退火装置中对一晶圆进行第一快速热退火步骤，并监测一制程参数，判断该制程参数的实测值是否超出一第一制程参数范围，其中第一制程参数范围是为第一快速热退火制程正常进行时的制程参数加减一第一预 定数值，接着进行一第二快速热退火步骤，并监测该制程参数，判断制程参数的实测值是否超出一第二制程参数范围，其中该第二制程参数范围是为此制程参数加减一第二预定数值，且第一制程参数范围大于第二制程参数范围。该发明制程能够在快速热退火步骤的初期检测出该快速热退火制程的制程稳定性；并能够在热退火制程不稳定时，在快速热退火步骤的初期就停止快速热退火制程，而可避免晶圆报废。
[0004]中国专利(CN102912448A)公开了一种用于半导体硅片快速退火的装置，包括承接热处理炉出来半导体硅片的支撑支架，与支撑支架固定相连的移动滑板，与移动滑板配合的滑动导轨，该装置还包括一设于滑动导轨上的接触式开关及受该接触式开关控制开关的冷却风扇，当半导体硅片随移动滑板移动到处于冷却风扇风流中部位置时，接触式开关控制冷却风扇开启。本发明提供的半导体硅片快速退火装置能够有效实现快速退火，能够用于实际半导体硅片的加工和制造过程中的热处理退火环节，具有结构简单，操作简便，效率较高的优点。
[0005]上述两项专利均未能解决如何有效监控晶圆生产中快速退火装置中灯泡老化的问题。
【发明内容】
[0006]鉴于上述问题，本发明提供一种快速退火装置的监控方法。
[0007]本发明解决技术问题所采用的技术方案为:
[0008]提供一晶圆衬底；
[0009]于所述晶圆衬底上形成若干有源区结构，且相邻的所述有源区结构之间通过沟槽隔开;
[0010]继续于所述沟槽中填充氧化物，并进行平坦化工艺； [0011]由于负载效应，所述有源区结构的部分侧壁暴露；
[0012]将有源区结构部分侧壁暴露的晶圆衬底放入快速退火装置，以进行快速退火处理；
[0013]继续对完成所述快速退火工艺的晶圆衬底进行缺陷检测，根据缺陷检测的结果监控所述快速退火装置的加热效果。
[0014]上述的快速退火装置的监控方法，其中，所述晶圆衬底上所述相邻有源区结构之间的最小间隔距离为100 μ m。
[0015]上述的快速退火装置的监控方法，其中，所述有源区结构的线宽为最小线宽。
[0016]上述的快速退火装置的监控方法，其中，采用化学机械研磨进行所述平坦化的工艺。
[0017]上述的快速退火装置的监控方法，其中，当所述快速退火装置的部分加热效果衰减时，完成所述快速退火工艺的晶圆衬底的对应位置的有源区结构侧壁的硅发生气化，以使得该有源区结构产生损伤形成缺陷。
[0018]上述的快速退火装置的监控方法，其中，对完成所述快速退火工艺的晶圆衬底进行缺陷检测的步骤包括:采用光学缺陷检测设备对所述完成快速退火工艺的晶圆衬底上横向排列的芯片进行行扫描得到第一信号数据，通过比对所述第一信号数据来确定缺陷的位置。
[0019]上述的快速退火装置的监控方法，其中，对完成所述快速退火工艺的晶圆衬底进行缺陷检测的步骤包括:采用光学缺陷检测设备对所述完成快速退火工艺的晶圆衬底上纵向排列的芯片进行列扫描得到第二信号数据，通过比对所述第二信号数据来确定缺陷的位置。
[0020]上述的快速退火装置的监控方法，其中，所述根据缺陷检测的结果监控所述快速退火装置的加热效果的步骤包括:在确定所述缺陷的位置后，通过电子显微镜观察所述缺陷的形貌，根据所述缺陷的位置和形貌监控所述快速退火装置的加热效果。
[0021]上述技术方案具有如下优点或有益效果:
[0022]综上所述，本发明提供的一种快速退火装置的监控方法，将带有特定设计的晶圆衬底放入到快速退火装置进行快速退火工艺，再利用光学缺陷检测设备对完成快速退火工艺的晶圆衬底进行缺陷检测，并通过有源区结构上的缺陷分布来确定快速退火装置中加热灯泡衰减的区域，通过本发明的技术，可以比较准确的判断快速退火装置上对应的灯泡的加热效果，并可以及时的更换快速退火装置中出现问题的灯泡，进而避免对后续产品造成更多的影响。同时在大规模集成电路生产过程中，可以对快速退火装置加热偏低的情况进行在线的监控，从而提高产品的质量。【专利附图】
【附图说明】
[0023]参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
[0024]图1是本发明快速退火装置的结构示意图；
[0025]图2是本发明实施例中晶圆衬底上有源区结构的俯视不意图；
[0026]图3是本发明实施例中晶圆衬底上有源区结构的剖面示意图；
[0027]图4是本发明实施例中晶圆衬底上的芯片横向方向缺陷检测的示意图；
[0028]图5是本发明实施例中晶圆衬底上的芯片纵向方向缺陷检测的示意图。
[0029]图6是本发明实施例中晶圆衬底上的缺陷分布的示意图。
【具体实施方式】
[0030]本发明提供一种光刻胶侧墙角度的预测及改善方法，可应用于技术节点为90nm、65/55nm、45/40nm、32/28nm、大于等于130nm以及小于等于22nm的工艺中；可应用于以下技术平台中:Logic、Memory、RF、HV、Analog/Power、MEMS、CIS、Flash 以及 eFlash。
[0031]本发明的核心思想是将带 有特定设计的晶圆放入到快速退火装置，再利用现有的光学缺陷检测设备来扫描以检测缺陷，然后通过有源区结构上缺陷的分布来确定快速退火装置加热效果发生衰减的区域，从而能及时地进行更换，进而避免了对后续制备的产品造成影响。
[0032]下面结合附图对本发明方法进行详细说明。
[0033]如图1-图6所示，本发明涉及一种快速退火装置的监控方法，包括如下步骤:
[0034]步骤SI，提供一晶圆衬底11，于上述晶圆衬底11上刻蚀形成若干沟槽，相邻的沟槽之间形成有源区结构，即在该晶圆衬底11的每个芯片上形成有源区结构，如图2所示，在上述晶圆衬底11上形成若干有源区结构21，相邻的有源区结构21之间通过沟槽隔开。
[0035]优选的，可采用干法刻蚀或湿法刻蚀工艺于上述晶圆衬底11上刻蚀形成若干沟槽。
[0036]优选的，有源区的最小孤立范围22设置为100微米，如图2所示，即相邻有源区彼此间的间隔距离最小为100微米。
[0037]步骤S2，于上述沟槽中填充入氧化物以形成沟槽结构31。
[0038]优选的，上述氧化物的材质为二氧化硅。
[0039]步骤S3，采用化学机械抛光法对上述形成沟槽结构31的晶圆衬底11进行平坦化处理，即将上述沟槽结构31的上表面抛光至有源区结构21平面。
[0040]步骤S4，在完成平坦化处理后，即延长化学机械抛光法的作业时间，由于上述沟槽结构31尺寸的设计使得沟槽中氧化物会均匀地消耗，即负载效应。从而使得源区结构21的部分侧壁暴露在外，最终使有源区结构21的顶部会高于沟槽结构31的顶部，使有源区结构21的部分侧壁暴露在外，其结构如图3所示。
[0041]步骤S5，将上述有源区结构部分侧壁暴露的晶圆衬底放入到快速退火装置中进行快速退火工艺处理，该快速退火装置的结构如图1所示，若快速退火装置中的灯泡12中的部分灯泡发生老化，会导致加热效果出现衰减而使完成快速退火工艺的晶圆衬底的11对应位置的有源区结构的侧壁的硅发生气化而产生损伤形成缺陷，在本发明的实施例中，该有源区结构暴露部分的侧壁的硅发生气化而形成缺陷。
[0042]步骤S6，当完成快速退火工艺处理后，将晶圆衬底11取出，对其表面的每个芯片进行检测。
[0043]优选的，缺陷的检测是通过光学缺陷检测设备扫描先获得几个芯片的信号数据，然后再对信号数据进行比对来确定缺陷的位置。
[0044]优选的，信号数据的扫描方式可采用如下方式:
[0045]如图4表示的采用光学缺陷检测设备对所述完成快速退火工艺的晶圆衬底上横向排列的芯片进行行扫描得到第一信号数据，通过比对所述第一信号数据来确定缺陷的位置。
[0046]如图5表示的采用光学缺陷检测设备对所述完成快速退火工艺的晶圆衬底上纵向排列的芯片进行列扫描得到第二信号数据，通过比对所述第二信号数据来确定缺陷的位置。
[0047]如图6所示，若发现晶圆衬底11边缘芯片分布大量的缺陷41，通过对有源区结构进一步的使用电子显微镜观察，发现缺陷41为有源区形貌损伤，即确定该处对应位置的快速退火装置的加热灯泡存在老化与加热效果偏低问题。
[0048]综上所述，本发明的快速退火装置的监控方法通过将设计有有源区结构的晶圆衬底放入快速退火装置中进行 退火测试后，利用光学缺陷检测设备检测退火测试后的晶圆衬底上的有源区结构的缺陷并采用电子显微镜观察有源区结构上缺陷的形貌，从而判断快速退火装置加热灯泡是否老化，进而判断是否需要更换灯泡以防止后续大规模的产品问题的发生。
[0049]对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。
【权利要求】
1.一种快速退火装置的监控方法，其特征在于，所述方法包括: 提供一晶圆衬底； 于所述晶圆衬底上形成若干有源区结构，且相邻的所述有源区结构之间通过沟槽隔开； 继续于所述沟槽中填充氧化物，并进行平坦化工艺； 由于负载效应，所述有源区结构的部分侧壁暴露； 将有源区结构部分侧壁暴露的晶圆衬底放入快速退火装置，以进行快速退火处理； 继续对完成所述快速退火工艺的晶圆衬底进行缺陷检测，根据缺陷检测的结果监控所述快速退火装置的加热效果。
2.如权利要求1所述的快速退火装置的监控方法，其特征在于，所述晶圆衬底上所述相邻有源区结构之间的最小间隔距离为100 μ m。
3.如权利要求1所述的快速退火装置的监控方法，其特征在于，所述有源区结构的线宽为最小线宽。
4.如权利要 求1所述的快速退火装置的监控方法，其特征在于，采用化学机械研磨进行所述平坦化的工艺。
5.如权利要求1所述的快速退火装置的监控方法，其特征在于，当所述快速退火装置的部分加热效果衰减时，完成所述快速退火工艺的晶圆衬底的对应位置的有源区结构侧壁的硅发生气化，以使得该有源区结构产生损伤形成缺陷。
6.如权利要求1所述的快速退火装置的监控方法，其特征在于，对完成所述快速退火工艺的晶圆衬底进行缺陷检测的步骤包括:采用光学缺陷检测设备对所述完成快速退火工艺的晶圆衬底上横向排列的芯片进行行扫描得到第一信号数据，通过比对所述第一信号数据来确定缺陷的位置。
7.如权利要求1所述的快速退火装置的监控方法，其特征在于，对完成所述快速退火工艺的晶圆衬底进行缺陷检测的步骤包括:采用光学缺陷检测设备对所述完成快速退火工艺的晶圆衬底上纵向排列的芯片进行列扫描得到第二信号数据，通过比对所述第二信号数据来确定缺陷的位置。
8.如权利要求6或7所述的快速退火装置的监控方法，其特征在于，所述根据缺陷检测的结果监控所述快速退火装置的加热效果的步骤包括:在确定所述缺陷的位置后，通过电子显微镜观察所述缺陷的形貌，根据所述缺陷的位置和形貌监控所述快速退火装置的加热效果。
【文档编号】C30B33/02GK104018228SQ201410164077
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】倪棋梁, 陈宏璘, 龙吟 申请人:上海华力微电子有限公司