多晶硅炉管沉积厚度监控装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种多晶硅炉管沉积膜厚监控装置及方法，可以在现有的三片控片监控方式下，将顶部控片、中部控片替换为表面经过退火处理后的控片，能够避免产品晶圆表面膜厚不一致的问题，同时保障控片监测数据的真实性和稳定性，提高产品良率。
【专利说明】
多晶硅炉管沉积厚度监控装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种多晶硅炉管沉积厚度监控装置及方法。
【背景技术】
[0002]多晶硅薄膜作为一种重要的半导体薄膜材料早已引起人们的重视，目前已广泛应用于集成电路和各种电子器件的制造，且由于其特有的导电特性、优良的力学性能、良好的半导体工艺兼容性，是较为理想的结构层材料，作为微机电系统(MEMS)中的基本结构材料尤其得到广泛的应用。
[0003]在现有技术中，对于半导体结构中的多晶硅淀积通常采用低压化学气相沉积的垂直炉管(Poly Furnace)进行工艺，而炉管工艺与其它单片作业的工艺不同，为批次作业，SP有多个批次的产品晶圆同时在炉管内作业，对于不同规格的产品晶圆，批次作业的产品晶圆的数量为50?300片不等。为了保证多晶硅炉管的工艺质量，通常在装载产品晶圆的晶舟(wafer boat)的上、中、下位置各摆放一片控片(monitor wafer或control wafer)，以用于检测炉管内产品晶圆(product wafer)表面上沉积的多晶硅膜厚是否符合制程标准。具体地，现有的一种多晶硅炉管沉积厚度监控装置如图1A所示，其中包括一晶舟10、若干挡片(dummy wafer) 11、顶部控片TOP C/W、中部控片CTR C/W、底部控片BTM C/W以及分别装载在晶舟装载区P1、P2、P3、P4、P5、P6的若干产品晶圆20。
[0004]由于在多晶硅炉管工艺中，存在负载效应(loadingeffect)，紧邻顶部控片TOPC/W下方的产品晶圆20以及紧邻中部控片CTR C/W下方的产品晶圆20表面上形成的多晶硅厚度要比其余位置的产品晶圆表面上的多晶硅厚度低，这种厚度差别可能的原因是顶部控片TOP C/W以及中部控片CTR C/W的背面与其上表面相比，对热量的吸收和反射存在差异，从而使得紧邻顶部控片TOP C/W下方的产品晶圆20以及紧邻中部控片CTR C/W下方的产品晶圆20表面所处的反应气体浓度与其他位置有所不同，反应程度有所差异，最终造成这两处的产品晶圆与同一腔室内的产品晶圆存在较大的多晶硅膜厚差异，引起监控数据异常。后续对晶舟上的产品晶圆进行多晶硅刻蚀时，紧邻顶部控片TOP C/W下方的产品晶圆20以及紧邻中部控片CTR C/W下方的产品晶圆20表面的多晶硅薄膜的干法刻蚀速率也要快于其他位置的晶圆表面的多晶硅薄膜的干法刻蚀速率，容易形成如图1B所示的凹坑缺陷(pits)，使得产品的良率下降。
[0005]因此，需要一种多晶硅炉管沉积膜厚监控装置及方法，能够避免产品晶圆表面膜厚不一致的问题，同时保障控片监测数据的真实性和稳定性，提供产品良率。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种多晶硅炉管沉积膜厚监控装置及方法，能够避免产品晶圆表面膜厚不一致的问题，同时保障控片监测数据的真实性和稳定性，提高产品良率。
[0007]为解决上述问题，本发明提出一种多晶硅炉管沉积膜厚监控装置，包括:一晶舟、一片或两片顶部控片、一片或两片中部控片、一片底部控片以及若干待多晶硅沉积的产品晶圆；其中，所述晶舟顶部装载所述顶部控片，中部装载所述中部控片，底部装载所述底部控片，所述待多晶硅沉积的产品晶圆相应地填充在所述顶部控片和所述中部控片之间的晶舟装载区以及所述中部控片与所述底部控片之间的晶舟装载区中，所述顶部控片和中部控片的表面均经过退火处理，所述退火处理包括氮气退火处理、氩气退火处理、氦气退火处理中的至少一种。
[0008]进一步的，所述顶部控片由上顶部控片、下顶部控片两片上、下紧邻放置组成。
[0009]进一步的，所述中部控片由上中部控片、下中部控片两片上、下紧邻放置组成。
[0010]进一步的，所述顶部控片、中部控片、底部控片的正面为氧化硅层、氮化硅层或由氧化硅和氮化硅交替堆叠而成的复合层;所述顶部控片、中部控片、底部控片的背面为氧化硅层、氮化硅层或由氧化硅和氮化硅交替堆叠而成的复合层。
[0011]进一步的，所述顶部控片、中部控片、底部控片均为一次性利用晶圆。
[0012]进一步的，所述晶舟能够安装于垂直炉管或水平炉管中。
[0013]进一步的，所述晶舟顶部与所述顶部控片之间以及所述晶舟底部与所述底部控片之间均设有一段虚拟区，所述虚拟区中填充有多片挡片。
[0014]进一步的，所述挡片的正面为氧化硅层、氮化硅层或由氧化硅和氮化硅交替堆叠而成的复合层;所述挡片的背面为氧化硅层、氮化硅层或由氧化硅和氮化硅交替堆叠而成的复合层。
[0015]进一步的，所述氮气退火工艺处理的退火温度为温度400°C?1000°C，工艺压力200!111'01'1'?20001111'01'1'，氮气流量为3008。0]1?16008。011，退火时间10分钟?30分钟。
[0016]进一步的，所述氩气退火工艺处理的退火温度为温度500°C?1200°C，工艺压力200!111'01'1'?20001111'01'1'，氣气流量为4008。0]1?15008。011，退火时间10分钟?50分钟。
[0017]进一步的，所述氦气退火工艺处理的退火温度为温度500°C?1500°C，工艺压力200mTorr?2000mTorr，氦气流量为1008。011?10008。011，退火时间5分钟?30分钟。
[0018]本发明还提供一种采用上述的多晶硅炉管沉积膜厚监控装置的方法，包括以下步骤:
[0019]将若干待多晶硅沉积的产品晶圆和一片或两片顶部控片、一片或两片中部控片、一片底部控片按照规定顺序装载到晶舟中，其中，所述晶舟顶部装载所述顶部控片，中部装载所述中部控片，底部装载所述底部控片，所述待多晶硅沉积的产品晶圆相应地填充在所述顶部控片和所述中部控片之间的晶舟装载区以及所述中部控片与所述底部控片之间的晶舟装载区中，所述顶部控片和中部控片的表面均经过退火工艺处理，所述退火工艺包括氮气退火工艺、氩气退火工艺、氦气退火工艺中的至少一种；
[0020]将装载好所述待多晶硅沉积的产品晶圆和所有控片的所述晶舟置于炉管中进行多晶硅层制备工艺；
[0021]在所述多晶硅层制备工艺中，选取所述顶部控片、中部控片以及所述底部控片，来监测各个产品晶圆表面的多晶硅层生长厚度。
[0022]进一步的，当所述顶部控片具有上顶部控片、下顶部控片两片上、下紧邻的控片时，选取所述下顶部控片用于监测各个产品晶圆表面的多晶硅层生长厚度；当所述中部控片具有上中部控片、下中部控片两片上、下紧邻的控片时，选取所述下中部控片用于监测各个产品晶圆表面的多晶硅层生长厚度。
[0023]进一步的，对使用一次后的所有控片进行废弃处理。
[0024]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果:
[0025]1、可以在现有的三片控片监控方式下，将顶部控片、中部控片替换为表面经过退火处理后的控片，能够避免产品晶圆表面膜厚不一致的问题，同时保障控片监测数据的真实性和稳定性，提尚广品良率。
[0026]2、采用三片到五片控片监控方式即可实现多晶硅炉管沉积厚度的监测，控片使用片数较少，可增加产品晶圆的摆放数量，可以减少量测时间，降低监控成本，提高监控效率和生产效率。
【附图说明】
[0027]图1A是现有的一种多晶硅炉管沉积厚度监控装置的结构示意图；
[0028]图1B是对采用现有的多晶硅炉管沉积厚度监控装置形成的多晶硅层进行刻蚀后的SEM图；
[0029]图2是本发明实施例一的多晶硅炉管沉积厚度监控装置的结构示意图；
[0030]图3是本发明实施例二的多晶硅炉管沉积厚度监控装置的结构示意图；
[0031]图4是本发明实施例三的多晶硅炉管沉积厚度监控装置的结构示意图；
[0032]图5是本发明实施例四的多晶硅炉管沉积厚度监控装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0033]为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。
[0034]实施例一
[0035]请参考图2，本实施例提出一种多晶硅炉管沉积膜厚监控装置，包括:一晶舟10、一片顶部控片TOP C/W、一片中部控片CTR C/W、一片底部控片BTM C/W以及若干待多晶硅沉积的产品晶圆20。其中，所述晶舟10的顶部装载所述顶部控片TOP C/W，中部装载所述中部控片CTR C/W，底部装载所述底部控片BTM C/W，所述待多晶硅沉积的产品晶圆20相应地填充在所述顶部控片TOP C/W和所述中部控片CTR C/W之间的晶舟装载区P1、P2、P3以及所述中部控片CTR C/W与所述底部控片BTM C/W之间的晶舟装载区P4、P5、P6中，所述顶部控片TOPC/W和中部控片CTR C/W的表面均经过退火处理，所述退火处理包括氮气退火处理、氩气退火处理、氦气退火处理中的至少一种。
[0036]本实施例中，晶舟装载区？1、？2、？3、？4、？5、？6中设有插槽，控片1'(^ C/W.CTR C/W、BTM C/W以及若干产品晶圆20均插入插槽中。所述晶舟10能够安装于垂直炉管或水平炉管中，其顶部与顶部控片TOP C/W之间以及其底部与底部控片BTM C/W之间均设有一段虚拟区11，且这两端的虚拟区11中均填充有多片挡片(Side Dummy)，用于放置于晶舟10顶部和底部来避免反应不均以及辅助填满晶舟。此外，相邻的装载区之间的分界处插槽中以及各个装载区也插有挡片(Extra Dummy)，用于辅助填满晶舟10，以及对炉管内的气流进行阻挡分层并均衡炉管内温度分布，使气流中的反应气体与产品晶圆20表面均匀接触，均匀受热，发生化学物理反应，淀积或生长多晶硅薄膜。通常情况下，虚拟区11中均填充的挡片的位置和数量固定不变，而各个装载区及其边界处所装载的挡片的数目需要根据所述产品晶圆20以及控片的数目决定，所述产品晶圆20、挡片和控片的总量等于所述晶舟10容纳的晶圆总量。例如，炉管的晶舟10上共可放置120片晶圆，其中晶舟10的顶部和底部的虚拟区11中各放置有15片挡片，控片有TOP C/W、CTR C/W、BTM C/W三片，如图2所示的所有装载区中产品晶圆20(Products)可放置87片，而当产品晶圆20不满87片时，则需用额外的挡片(Extra Dummy)来保证填满晶舟10。其中，所述顶部控片TOP C/W、中部控片CTR C/W、底部控片BTM C/W、挡片以及产品晶圆20的正面(即上表面)和/或背面(即下表面)为氧化硅层、氮化硅层或由氧化硅和氮化硅交替堆叠而成的复合层。优选的，所述顶部控片TOP C/W、中部控片CTR C/W、底部控片BTM C/W、挡片的正面的材质与所述产品晶圆20的正面的材质一致，所述顶部控片TOP C/W、中部控片CTR C/W、底部控片BTM C/W、挡片的背面的材质与所述产品晶圆20的背面的材质一致，以使得控片、挡片和产品晶圆20的正面和背面的膜层对热量的吸收和反射程度一致，以消除挡片、控片对位于其下方的产品晶圆20的影响，使各个位置的产品晶圆20表面的多晶硅薄膜的厚度和特性一致，提高产品良率。
[0037]本实施例中，所述顶部控片和中部控片的表面均经过高温退火工艺处理，目的是去除控片表面的污染以及控片内的应力，使控片表面重结晶，以修复控片表面的晶格缺陷，从而提高控片表面均匀性和平整度，使得控片的上下表面对热量的吸收和反射相一致，减少负载效应，从而使得顶部控片TOP C/W下方的产品晶圆20以及紧邻中部控片CTR C/W下方的产品晶圆20表面所处的反应气体浓度与其他位置的相一致，最终避免这两处的产品晶圆与同一腔室内的产品晶圆之间的多晶硅膜厚差异，保障控片监测数据的真实性和稳定性，提高产品良率。所述退火工艺处理可以选用一道氮气退火工艺、氩气退火工艺或氦气退火工艺实现；也可以采用氮气退火工艺、氩气退火工艺或氦气退火工艺中的两道工艺复合实现，例如先采用氮气退火工艺处理所述顶部控片和中部控片的表面，而后采用氩气退火工艺处理所述顶部控片和中部控片的表面，或者直接在退火炉中同时通入氮气和氩气混合气体进行氮气退火混合氩气退火的工艺来实现。其中，所述氮气退火工艺处理的退火温度为温度400°(:?1000°(:，例如为450°(:、550°(:、600°(:、750°(:、850°(:、900°(:，工艺压力2001111'0^?2000mTorr，例如300mTorr、450mTorr、600mTorr、800mTorr、1150mTorr、1250mTorr、1350mTorr、1450mTorr、1650mTorr、170OmTorr、1850mTorr，氮气流量为300sccm?1600sccmj|^nS330sccm、420sccm、480sccm、550sccm、650sccm、750sccm、880sccm、950sccm、1350sccm、1550sccm，退火时间10分钟?30分钟，例如为15分钟、18分钟、20分钟、22分钟、26分钟；所述氩气退火工艺处理的退火温度为温度500°C?1200°(:，例如为650°(:、700。(:、800。(:、950。(:、1050。(:，工艺压力2001111'0^?20001111'0^例如3001111'0^4501111'0^600mTorr、800mTorr、950mTorr、1050mTorr、1150mTorr、1250mTorr、1350mTorr、1450mTorr、1650mTorr、1850mTorr，氣气流量为400sccm?1500sccm，例如为420sccm、480sccm、550sccm、650sccm、750sccm、880sccm、950sccm、1050sccm、1350sccm、1450sccm，退火时间 10分钟?50分钟，例如为15分钟、18分钟、20分钟、22分钟、25分钟、35分钟、38分钟、45分钟;所述氦气退火工艺处理的退火温度为温度500°(:?1500°(:，例如为550°(:、600°(:、750°(:、850。(:、900。(:、950。(:、1050。(:、1250。(:、1350。(:、1450。(:，工艺压力200mTorr?2000mTorr，例如300mTorr、450mTorr、600mTorr、800mTorr、1150mTorr、1450mTorr、1650mTorr、1850mTorr，氣气流量为 I OOsccm ?I OOOsccm，例如为 120 seem、150sccm、250 seem、3 50 seem、450 seem、550sccm、650sccm、750sccm、880sccm、950sccm，退火时间 5 分钟?30 分钟，例如为 6 分钟、8分钟、12分钟、15分钟、18分钟、20分钟、22分钟、25分钟、28分钟。
[0038]本实施例还提供一种采用上述的多晶硅炉管沉积膜厚监控装置的方法，包括以下步骤:
[0039]将若干待多晶硅沉积的产品晶圆和一片顶部控片TOP C/W、一片中部控片CTR C/W、一片底部控片BTM C/W按照规定顺序装载到晶舟10中，其中，所述晶舟10的顶部装载所述顶部控片TOP C/W，中部装载所述中部控片CTR C/W，底部装载所述底部控片BTM C/W，所述待多晶硅沉积的产品晶圆相应地填充在所述顶部控片TOP C/W和所述中部控片CTR C/W之间的晶舟装载区Pl、P2、P3以及所述中部控片与所述底部控片BTM C/W之间的晶舟装载区P4、P5、P6中，所述顶部控片TOP C/W和中部控片CTR C/W的表面均经过退火工艺处理，所述退火工艺包括氮气退火工艺、氩气退火工艺、氦气退火工艺中的至少一种，并且产品晶圆20的装载方式设定为从晶舟1的顶部控片TOP C/W下方依次向下加载；
[0040]将装载好所述待多晶硅沉积的产品晶圆20和顶部控片TOP C/W、中部控片CTR C/W、底部控片BTM C/W的所述晶舟10置于炉管中进行多晶硅层制备工艺；
[0041]在所述多晶硅层制备工艺中，选取所述顶部控片TOP C/W、中部控片CTR C/W、底部控片BTM C/W，来监测各个产品晶圆表面的多晶硅层生长厚度。
[0042]优选的，对使用一次后的顶部控片TOP C/W、中部控片CTR C/W、底部控片BTM C/W进行废弃处理，不再重复利用，以避免重复利用时顶部控片TOP C/W、中部控片CTR C/W、底部控片BTM C/W表面特性改变对后续产品晶圆多晶硅沉积厚度的不利影响，避免监控数据异常。
[0043]由上所述，本实施例的多晶硅炉管沉积膜厚监控装置及方法，采用了表面均经过退火处理过的顶部控片和中部控片以及现有的底部控片三片控片，即可实现多晶硅沉积膜厚监控，控片使用片数较少，量测成本较低，测控可靠稳定。
[0044]实施例二
[0045]请参考图3，本发明提出一种多晶硅炉管沉积膜厚监控装置，包括:一晶舟10、上顶部控片TOP C/W1、下顶部控片TOP C/W2、一片中部控片CTR C/W、一片底部控片BTM C/W以及若干待多晶硅沉积的产品晶圆20。其中，所述晶舟10的顶部装载上顶部控片TOP C/W1、下顶部控片C/W2，且上顶部控片TOP C/W1、下顶部控片TOP C/W2紧邻放置，中部装载所述中部控片CTR C/W，底部装载所述底部控片BTM C/W，所述待多晶硅沉积的产品晶圆20相应地填充在所述下顶部控片TOP C/W2和所述中部控片CTR C/W之间的晶舟装载区P1、P2、P3以及所述中部控片CTR C/W与所述底部控片BTM C/W之间的晶舟装载区P4、P5、P6中，所述上顶部控片TOP C/W1、下顶部控片C/W2和中部控片CTR C/W的表面均经过退火处理，所述退火处理包括氮气退火处理、氩气退火处理、氦气退火处理中的至少一种。
[0046]本实施例还提供一种采用上述的多晶硅炉管沉积膜厚监控装置的方法，包括以下步骤:
[0047]将若干待多晶硅沉积的产品晶圆和上顶部控片TOP C/W1、下顶部控片TOP C/W2、一片中部控片CTR C/W、一片底部控片BTM C/W按照规定顺序装载到晶舟10中，其中，所述晶舟10的顶部装载所述上顶部控片TOP C/W1、下顶部控片TOP C/W2，中部装载所述中部控片CTR C/W，底部装载所述底部控片BTM C/W，所述待多晶硅沉积的产品晶圆相应地填充在所述下顶部控片TOP C/W2和所述中部控片CTR C/W之间的晶舟装载区P1、P2、P3以及所述中部控片与所述底部控片BTM C/W之间的晶舟装载区P4、P5、P6中，所述上顶部控片TOP C/W1、下顶部控片TOP C/W2和中部控片CTR C/W的表面均经过退火工艺处理，所述退火工艺包括氮气退火工艺、氩气退火工艺、氦气退火工艺中的至少一种，并且产品晶圆20的装载方式设定为从晶舟1的下顶部控片TOP C/W2下方依次向下加载；
[0048]将装载好所述待多晶硅沉积的产品晶圆20和上顶部控片TOPC/W1、下顶部控片TOP C/W2、中部控片CTR C/W、底部控片BTM C/W的所述晶舟10置于炉管中进行多晶硅层制备工艺；
[0049]在所述多晶硅层制备工艺中，选取所述下顶部控片TOP C/W2、中部控片CTR C/W、底部控片BTM C/W，来监测各个产品晶圆表面的多晶硅层生长厚度。
[0050]本实施例与实施例一相比，增加了一片顶部控片，从而能够通过4片控片来实现多晶硅炉管沉积厚度的监控。在晶舟顶部装载有两片顶部控片，上顶部控片TOP C/W1可用于遮挡和保护下顶部控片TOP C/W2的正面及其下方紧邻的产品晶圆20的正面，使下顶部控片TOP C/W2及其下方紧邻的产品晶圆20不受上方热量差异的影响，进而使得依据下顶部控片TOP C/W2、中部控片CTR C/W、底部控片BTM C/W的监测结果更加可靠。
[0051 ] 实施例三
[0052]请参考图4，本发明提出一种多晶硅炉管沉积膜厚监控装置，包括:一晶舟10、顶部控片TOP C/W、上中部控片CTR C/W1、下中部控片CTR C/W2、一片底部控片BTM C/W以及若干待多晶硅沉积的产品晶圆20。其中，所述晶舟10的顶部装载顶部控片TOP C/W，中部装载所述上中部控片CTR C/W1、下中部控片CTR C/W2，且上中部控片CTR C/W1、下中部控片CTR C/W2紧邻放置，底部装载所述底部控片BTM C/W，所述待多晶硅沉积的产品晶圆20相应地填充在所述顶部控片TOP C/W和所述上中部控片CTR C/W1之间的晶舟装载区P1、P2、P3以及所述下中部控片CTR C/W2与所述底部控片BTM C/W之间的晶舟装载区P4、P5、P6中，所述顶部控片TOP C/W、上中部控片CTR C/W1、下中部控片CTR C/W2的表面均经过退火处理，所述退火处理包括氮气退火处理、氩气退火处理、氦气退火处理中的至少一种。
[0053]本实施例还提供一种采用上述的多晶硅炉管沉积膜厚监控装置的方法，包括以下步骤:
[0054]将若干待多晶硅沉积的产品晶圆20和顶部控片TOP C/W、上中部控片CTR C/W1、下中部控片CTR C/W2、一片底部控片BTM C/W按照规定顺序装载到晶舟10中，其中，所述晶舟10的顶部装载所述顶部控片TOP C/W，中部装载所述上中部控片CTR C/W1、下中部控片CTRC/W2，底部装载所述底部控片BTM C/W，所述待多晶硅沉积的产品晶圆相应地填充在所述顶部控片TOP C/W和所述上中部控片CTR C/W1之间的晶舟装载区P1、P2、P3以及所述下中部控片CTR C/W2与所述底部控片BTM C/W之间的晶舟装载区P4、P5、P6中，所述顶部控片TOP C/W和上中部控片CTR C/W1、下中部控片CTR C/W2的表面均经过退火工艺处理，所述退火工艺包括氮气退火工艺、氩气退火工艺、氦气退火工艺中的至少一种，并且产品晶圆20的装载方式设定为从晶舟1的顶部控片TOP C/W下方依次向下加载；
[0055]将装载好所述待多晶硅沉积的产品晶圆20和顶部控片TOP C/W、上中部控片CTRC/W1、下中部控片CTR C/W2、底部控片BTM C/W的所述晶舟10置于炉管中进行多晶硅层制备工艺；
[0056]在所述多晶硅层制备工艺中，选取所述顶部控片TOP C/W、下中部控片CTR C/W2、底部控片BTM C/W，来监测各个产品晶圆表面的多晶硅层生长厚度。
[0057]本实施例与实施例一相比，增加了一片中部控片，从而能够通过4片控片来实现多晶硅炉管沉积厚度的监控。在晶舟10中部装载有两片中部控片，上中部控片CTR C/W1可用于遮挡和保护下中部控片CTR C/W2的正面及其下方紧邻的产品晶圆20的正面，使下中部控片CTR C/W2及其下方紧邻的产品晶圆20不受上方热量差异的影响，进而使得依据顶部控片TOP C/W、下中部控片CTR C/W2、底部控片BTM C/W的监测结果更加可靠。
[0058]实施例四
[0059]请参考图4，本发明提出一种多晶硅炉管沉积膜厚监控装置，包括:一晶舟10、上顶部控片TOP C/W1、下顶部控片TOP C/W2、上中部控片CTR C/W1、下中部控片CTR C/W2、一片底部控片BTM C/W以及若干待多晶硅沉积的产品晶圆20。其中，所述晶舟10的顶部装载上顶部控片TOP C/W1、下顶部控片TOP C/W2，且上顶部控片TOP C/W1、下顶部控片TOP C/W2紧邻放置，中部装载所述上中部控片CTR C/W1、下中部控片CTR C/W2，且上中部控片CTR C/WU下中部控片CTR C/W2紧邻放置，底部装载所述底部控片BTM C/W，所述待多晶硅沉积的产品晶圆20相应地填充在所述下顶部控片TOP C/W2和所述上中部控片CTR C/W1之间的晶舟装载区P1、P2、P3以及所述下中部控片CTR C/W2与所述底部控片BTM C/W之间的晶舟装载区P4、P5、P6中，所述上顶部控片TOP C/W1、下顶部控片TOP C/W2、上中部控片CTR C/W1、下中部控片CTR C/W2的表面均经过退火处理，所述退火处理包括氮气退火处理、氩气退火处理、氦气退火处理中的至少一种。
[0060]本实施例还提供一种采用上述的多晶硅炉管沉积膜厚监控装置的方法，包括以下步骤:
[0061 ] 将若干待多晶硅沉积的产品晶圆20和上顶部控片TOP C/W1、下顶部控片TOP C/W2、上中部控片CTR C/W1、下中部控片CTR C/W2、一片底部控片BTM C/W按照规定顺序装载到晶舟10中，其中，所述晶舟10的顶部装载所述上顶部控片TOP C/W1、下顶部控片TOP C/W2，中部装载所述上中部控片CTR C/W1、下中部控片CTR C/W2，底部装载所述底部控片BTMC/W，所述待多晶硅沉积的产品晶圆相应地填充在所述下顶部控片TOP C/W2和所述上中部控片CTR C/W1之间的晶舟装载区P1、P2、P3以及所述下中部控片CTR C/W2与所述底部控片BTM C/W之间的晶舟装载区P4、P5、P6中，所述上顶部控片TOP C/W1、下顶部控片TOP C/W2和上中部控片CTR C/W1、下中部控片CTR C/W2的表面均经过退火工艺处理，所述退火工艺包括氮气退火工艺、氩气退火工艺、氦气退火工艺中的至少一种，并且产品晶圆20的装载方式设定为从晶舟1的顶部控片TOP C/W下方依次向下加载；
[0062]将装载好所述待多晶硅沉积的产品晶圆20和上顶部控片TOPC/W1、下顶部控片TOP C/W2、上中部控片CTR C/W1、下中部控片CTR C/W2、底部控片BTM C/W的所述晶舟10置于炉管中进行多晶硅层制备工艺；
[0063]在所述多晶硅层制备工艺中，选取所述下顶部控片TOP C/W2、下中部控片CTR C/W2、底部控片BTM C/W，来监测各个产品晶圆表面的多晶硅层生长厚度。
[0064]本实施例与实施例一相比，增加了一片顶部控片、一片中部控片，从而能够通过5片控片来实现多晶硅炉管沉积厚度的监控。在晶舟顶部装载有两片顶部控片，上顶部控片TOP C/W1可用于遮挡和保护下顶部控片TOP C/W2的正面及其下方紧邻的产品晶圆20的正面，使下顶部控片TOP C/W2及其下方紧邻的产品晶圆20不受上方热量差异的影响，同时在晶舟10中部装载有两片中部控片，上中部控片CTR C/W1可用于遮挡和保护下中部控片CTRC/W2的正面及其下方紧邻的产品晶圆20的正面，使下中部控片CTR C/W2及其下方紧邻的产品晶圆20不受上方热量差异的影响，进而使得依据下顶部控片TOP C/W2、下中部控片CTRC/W2、底部控片BTM C/W的监测结果更加可靠。
[0065]显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种多晶硅炉管沉积膜厚监控装置，其特征在于，包括:一晶舟、一片或两片顶部控片、一片或两片中部控片、一片底部控片以及若干待多晶硅沉积的产品晶圆；其中，所述晶舟顶部装载所述顶部控片，中部装载所述中部控片，底部装载所述底部控片，所述待多晶硅沉积的产品晶圆相应地填充在所述顶部控片和所述中部控片之间的晶舟装载区以及所述中部控片与所述底部控片之间的晶舟装载区中，所述顶部控片和中部控片的表面均经过退火工艺处理，所述退火工艺包括氮气退火工艺、氩气退火工艺、氦气退火工艺中的至少一种。2.如权利要求1所述的多晶硅炉管沉积膜厚监控装置，其特征在于，所述顶部控片由上顶部控片、下顶部控片两片上、下紧邻放置组成。3.如权利要求1所述的多晶硅炉管沉积膜厚监控装置，其特征在于，所述中部控片由上中部控片、下中部控片两片上、下紧邻放置组成。4.如权利要求1所述的多晶硅炉管沉积膜厚监控装置，其特征在于，所述顶部控片、中部控片、底部控片的正面为氧化硅层、氮化硅层或由氧化硅和氮化硅交替堆叠而成的复合层;所述顶部控片、中部控片、底部控片的背面为氧化硅层、氮化硅层或由氧化硅和氮化硅交替堆叠而成的复合层。5.如权利要求1所述的多晶硅炉管沉积膜厚监控装置，其特征在于，所述顶部控片、中部控片、底部控片均为一次性利用晶圆。6.如权利要求1所述的多晶硅炉管沉积膜厚监控装置，其特征在于，所述晶舟能够安装于垂直炉管或水平炉管中。7.如权利要求1所述的多晶硅炉管沉积膜厚监控装置，其特征在于，所述晶舟顶部与所述顶部控片之间以及所述晶舟底部与所述底部控片之间均设有一段虚拟区，所述虚拟区中填充有多片挡片。8.如权利要求1所述的多晶硅炉管沉积膜厚监控装置，其特征在于，所述挡片的正面为氧化硅层、氮化硅层或由氧化硅和氮化硅交替堆叠而成的复合层;所述挡片的背面为氧化硅层、氮化硅层或由氧化硅和氮化硅交替堆叠而成的复合层。9.如权利要求1所述的多晶硅炉管沉积膜厚监控装置，其特征在于，所述氮气退火工艺处理的退火温度为温度400°C?1000°C，工艺压力200mTorr?2000mTorr，氮气流量为3008(3011?16008(3011，退火时间10分钟?30分钟。10.如权利要求1所述的多晶硅炉管沉积膜厚监控装置，其特征在于，所述氩气退火工艺处理的退火温度为温度500°C?1200°C，工艺压力200mTorr?2000mTorr，氩气流量为4008(3011?15008(3011，退火时间10分钟?50分钟。11.如权利要求1所述的多晶硅炉管沉积膜厚监控装置，其特征在于，所述氦气退火工艺处理的退火温度为温度500°C?1500°C，工艺压力200mTorr?2000mTorr，氦气流量为I OOsccm?I OOOsccm，退火时间5分钟?30分钟。12.—种采用权利要求1至11中任一项所述的多晶硅炉管沉积膜厚监控装置的方法，其特征在于，包括以下步骤: 将若干待多晶硅沉积的产品晶圆和一片或两片顶部控片、一片或两片中部控片、一片底部控片按照规定顺序装载到晶舟中，其中，所述晶舟顶部装载所述顶部控片，中部装载所述中部控片，底部装载所述底部控片，所述待多晶硅沉积的产品晶圆相应地填充在所述顶部控片和所述中部控片之间的晶舟装载区以及所述中部控片与所述底部控片之间的晶舟装载区中，所述顶部控片和中部控片的表面均经过退火工艺处理，所述退火工艺包括氮气退火工艺、氩气退火工艺、氦气退火工艺中的至少一种； 将装载好所述待多晶硅沉积的产品晶圆和所有控片的所述晶舟置于炉管中进行多晶硅层制备工艺； 在所述多晶硅层制备工艺中，选取所述顶部控片、中部控片以及所述底部控片，来监测各个产品晶圆表面的多晶硅层生长厚度。13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，当所述顶部控片具有上顶部控片、下顶部控片两片上、下紧邻的控片时，选取所述下顶部控片用于监测各个产品晶圆表面的多晶硅层生长厚度；当所述中部控片具有上中部控片、下中部控片两片上、下紧邻的控片时，选取所述下中部控片用于监测各个产品晶圆表面的多晶硅层生长厚度。14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，对使用一次后的所有控片进行废弃处理。
【文档编号】H01L21/66GK105870034SQ201610307824
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月11日
【发明人】徐涛, 陈宏 , 王卉, 曹子贵, 梁肖, 陈广伦
【申请人】上海华虹宏力半导体制造有限公司