一种腔体温度检测方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种腔体温度检测方法。

背景技术：

人类从石器时代、铜器时代、铁器时代步入到现今的硅时代，以硅为原料的半导体行业正引领着一个崭新的历史时期。半导体组件包括存储元件、微处理器件、逻辑组件、光电组件、侦测器等，渗透到电视、电话、计算机、冰箱、汽车等各个领域，已经成为我们生活中不可或缺的部分。

半导体制造包括氧化、光刻、掺杂、淀积、金属化等诸多工艺流程，其中多数工艺流程中会涉及到热处理。通过热处理的方法，可以起到对晶圆表面进行水汽蒸发，加速反应条件等许多用途。在热处理过程中，对温度的控制就显得尤为重要，一旦热处理过程中腔体内的温度控制出现了问题，轻则影响半导体器件的功能、效果，重则会对晶圆产生不可逆的破坏，导致晶圆浪费和经济损失。

目前，对于腔体温度的检测多是通过腔体内的温度探测器来实现，但是使用温度探测器的缺点在于：1)温度探测器是固定在腔体内的，所检测的温度是腔体内某一个点的温度，与温度探测器所放置的位置有关，并且无法反应实际晶圆上所受到的温度情况；2)因为温度探测器只能探测某一点的温度，不能整体反应腔体内的温度，所以当腔体内未设置温度探测器的局部温度发生变化时很难检测出来，晶圆上局部的器件仍存在效果差和报废的危险。对于大规模生产的半导体器件而言，经济损失尤为严重。

因此，如何在热处理过程中严格、全面地控制反应腔体中的温度，进而提高制程中的产品良率、避免生产成本的提高已成为本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种腔体温度检测方法，用于解决现有技术中腔体内温度监测不全面导致的质量问题以及成本问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种腔体温度检测方法，所述腔体温度检测方法至少包括：

提供一测试晶圆，所述测试晶圆上均匀分布有多个测试结构；

对所述测试晶圆上的各测试结构的阻值进行测量，分别记为各测试结构的前值；

将所述测试晶圆放入待测温腔体中进行热处理；

热处理结束后取出所述测试晶圆，并对各测试结构的阻值进行测量，分别记为各测试结构的后值；

分别将各测试结构的前值和后值相减，获得各测试结构的阻值差，若各测试结构的阻值差均小于设定值，则所述待测温腔体的整体温度符合生产要求；若各测试结构的阻值差均大于所述设定值，则所述待测温腔体的整体温度过高；若部分测试结构的阻值差大于所述设定值，则所述待测温腔体的局部温度过高。

优选地，所述测试晶圆包括2个金属接触端以及连接于2个金属接触端之间的金属线。

更优选地，所述金属线以蛇形图形排列。

更优选地，所述金属线的线宽设定为0.19～0.5μm。

更优选地，所述金属线之间的间距设定为0.19～0.5μm。

优选地，所述测试结构的材质为铝。

优选地，所述设定值不小于±5MΩ/□。

优选地，所述热处理包括热扩散、快速热处理、晶圆表面水汽蒸发、热氧化。

如上所述，本发明的腔体温度检测方法，具有以下有益效果：

本发明的腔体温度检测方法采用测试晶圆上的测试结构对晶圆上的各点进行温度检测，该温度直接体现晶圆本身所受到的温度；其次，因为测试结构布满整片晶圆，所以局部温度过热同样可以检测出；因此本发明的腔体温度检测方法对温度的控制更为全面、更到位，可大大提高制程中的产品良率，同时节约成本。

附图说明

图1显示为本发明的腔体温度检测方法的流程示意图。

图2显示为本发明的测试晶圆示意图。

图3显示为本发明的测试结构示意图。

元件标号说明

10 测试晶圆

11 测试结构

111 第一金属接触端

112 第二金属接触端

113 金属线

W1 金属线的线宽

W2 金属线之间的间距

S1～S5 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本发明提供一种腔体温度检测方法，所述腔体温度检测方法至少包括：

步骤S1：提供一测试晶圆10，所述测试晶圆10上均匀分布有多个测试结构11。

具体地，如图2所示，在本实施例中，所述测试晶圆10上均匀分布有40个所述测试结构11，所述测试结构11布满整个所述测试晶圆10的表面，可对所述测试晶圆10上的各局部进行温度检测。

更具体地，介于后段制程所能忍受的温度上限为440℃，在本实施例中，所述测试结构的材质选用铝(Al)，当所述测试结构11检测到的温度超过440℃时，铝线的晶粒(grain size)大小就会发生变化，相应的铝线的阻值也会发生变化，具体表现为铝线的阻值变大。如图3所示，所述测试结构11包括2个金属接触端以及连接于2个金属接触端之间的金属线；其中，2个金属接触端用于电阻测量时的触点，分别为第一金属接触端111和第二金属接触端112；所述金属线113的形状可以是圆形、正方形、长方形或各种多边形，不以本实施例为限。为了使温度检测的效果更好，本实施例中，所述金属线13采用蛇形图形排列，以达到线宽窄和分布面积大的平衡，蛇形图形的绕线方向不限，所述金属线113的线宽W1和所述金属线113之间的间距W2设定为设计规则所规定的最小尺寸，在本实施例中，所述金属线113的线宽W1设定为0.19～0.5μm，所述金属线113之间的间距W2设定为0.19～0.5μm。在相同面积的条件下，蛇形图形排列的金属线能同时满足线宽窄、分布面积大的要求，相较于其他结构(圆 形、正方形、长方形)，蛇形图形排列的金属线对温度的敏感程度高，能从电阻值上直接表现温度变化。

步骤S2：对所述测试晶圆10上的各测试结构11的阻值进行测量，分别记为各测试结构11的前值。

具体地，如图3所示，将2根探针分别接触所述第一金属接触端111和所述第二金属接触端112，以此获取单个测试结构的阻值。各测试结构11的阻值分别记为第1前值、第2前值……第n前值，对应于各测试结构11，在本实施例中，n取值为40。

步骤S3：将所述测试晶圆10放入待测温腔体中进行热处理。

具体地，将所述测试晶圆10放入腔体中，然后对腔体中的所述测试晶圆10进行热处理，所述热处理包括热扩散、快速热处理、晶圆表面水汽蒸发、热氧化以及加速反应条件等，任何涉及加热处理的工艺均包括在内，不以本实施例所列举的工艺为限。在本实施例中，通过加热对晶圆表面进行水汽蒸发。

步骤S4：热处理结束后取出所述测试晶圆10，并对各测试结构11的阻值进行测量，分别记为各测试结构11的后值。

具体地，待所述测试晶圆10表面水汽蒸发结束后，将所述测试晶圆10从腔体中取出，然后将2根探针分别接触所述第一金属接触端111和所述第二金属接触端112，以此获取单个测试结构的阻值。各测试结构11的阻值分别记为第1后值、第2后值……第n后值，对应于各测试结构11，在本实施例中，n取值为40。

步骤S5：分别将各测试结构11的前值和后值相减，获得各测试结构11的阻值差，若各测试结构11的阻值差均小于设定值，则所述待测温腔体的整体温度符合生产要求；若各测试结构11的阻值差均大于所述设定值，则所述待测温腔体的整体温度过高；若部分测试结构11的阻值差大于所述设定值，则所述待测温腔体的局部温度过高。

具体地，分别将各测试结构11的后值减去前值，即第1后值减去第1前值，第2后值减去第2前值……第n后值减去第n前值。各测试结构11的阻值差即体现了晶圆上的该点温度是否符合要求。若所述测试结构11的阻值差小于设定值，则所述测试晶圆10上对应于所述测试结构11的区域的温度未超出温度上限，符合生产要求。所述温度上限为后段制程能忍受的温度上限440℃，所述设定值不小于±5MΩ/□，在本实施例中，所述设定值为±5MΩ/□。若所述测试结构11的阻值差大于所述设定值，则所述测试晶圆10上对应于所述测试结构11的区域的温度超出温度上限，不符合生产要求。

更具体地，当各测试结构11的阻值差均小于所述设定值，则所述待测温腔体的整体温度 符合生产要求。在本实施例中，40个测试结构11的阻值差均小于±5MΩ/□，则认为腔体中的各点温度均未超出温度上限440℃，所述腔体中的温度符合要求，即可将产品放入所述腔体中进行批量热处理。

当各测试结构11的阻值差均大于所述设定值，则所述待测温腔体的整体温度过高，不符合生产要求，需要停机进行进一步检查，以排除故障，然后进行下一次的腔体温度检测，直至腔体温度符合生产要求。在本实施例中，40个测试结构11的阻值差均大于±5MΩ/□，则认为腔体中的各点温度均超出温度上限440℃，所述腔体中的温度整体过高，不符合要求，会对晶圆上的器件造成损坏，因此，需要对机器进行检查。

当部分测试结构11的阻值差大于所述设定值，则所述待测温腔体的局部温度过高，不符合生产要求，需要有针对性地进行检修，以排出局部温度过高的情况，保证产品的正常生产。表一为如图2所示的各测试结构11的前值，表二为如图2所示的各测试结构11的后值。

表一

表二

通过表一、表二的对比可知，所述测试晶圆10的左上部分的10个测试结构11的阻值差大于±5MΩ/□，其余30个测试结构11的阻值差小于±5MΩ/□，表明所述测试晶圆10的左上部分局部温度过高，在生产过程中，位于晶圆左上部分的器件仍会遭受到不可逆的破坏，因此不符合要求，需要进行有正对性的检查。

本发明的腔体温度检测方法采用测试晶圆上的测试结构对晶圆上的各点进行温度检测，该温度直接体现晶圆本身所受到的温度；其次，因为测试结构布满整片晶圆，所以局部温度过热同样可以检测出；因此本发明的腔体温度检测方法对温度的控制更为全面、更到位，可大大提高制程中的产品良率，同时节约成本。

综上所述，本发明提供一种腔体温度检测方法，包括：提供一均匀分布有多个测试结构的测试晶圆；对所述测试晶圆上的各测试结构的阻值进行测量，分别记为各测试结构的前值；将所述测试晶圆放入待测温腔体中进行热处理；热处理结束后取出所述测试晶圆，并对各测试结构的阻值进行测量，分别记为各测试结构的后值；分别将各测试结构的前值和后值相减，获得各测试结构的阻值差，若各测试结构的阻值差均小于设定值，则所述待测温腔体的整体温度符合生产要求；若各测试结构的阻值差均大于所述设定值，则所述待测温腔体的整体温度过高；若部分测试结构的阻值差大于所述设定值，则所述待测温腔体的局部温度过高。本发明的腔体温度检测方法采用测试晶圆上的测试结构对晶圆上的各点进行温度检测，该温度直接体现晶圆本身所受到的温度；其次，因为测试结构布满整片晶圆，所以局部温度过热同样可以检测出；因此本发明的腔体温度检测方法对温度的控制更为全面、更到位，可大大提高制程中的产品良率，同时节约成本。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。