专利名称：分区域激光退火及前馈工艺控制的制作方法
技术领域：
本发明的系统及方法通常涉及半导体工艺，尤其涉及一种晶片扫描和退火的系统
及方法。
背景技术：
半导体器件尺寸日益减小，并且栅极电介质也变得越来越薄。以这样小的尺寸，任何穿过栅极电介质层到达下层沟道区的隧穿显著增加了栅极到沟道的漏电流，并增加功耗。因而需要栅极电介质具有高的密度和更少的孔隙。 高k(介电常数)材料通常用作金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)器件的栅极电介质。但是，高k材料具有密度低于传统热生长、低k二氧化硅的缺点。 一种改善密度的方法是退火，通过退火增加材料的密度，并进而改善其电学特性。 —些传统的栅极电介质退火方法是通过快速热退火(RTA)或者炉内退火实施，这些退火工艺需要大约70(TC高的温度。由于晶片通常需要长时间保持在高温下，因此传统的快速热退火和炉内退火具有形成聚结、高热预算成本以及高杂质扩散的缺点。
激光尖峰退火(Laser Spike Annealing, LSA)已发展用于克服RTA的缺陷。传统LSA方法涉及到弧形扫描，即激光以弧形越过半导体晶片进行扫描。例如，图1A和图1B显示了传统的半导体晶片100的LSA弧形扫描工艺。如图IA所示，半导体晶片IOO放置在底座102上，其中底座102可以如图示箭头进行移动。以与半导体晶片100平面垂直的轴成9角度，激光源104将光束106射到半导体晶片100上。图1B显示了传统越过半导体晶片100表面的激光束106的扫描路径108a-108g。在传统弧形扫描工艺中，激光束106将首先扫描路径108a，然后接下来是路径108b，如此等等直至执行最后的倒置"填充"扫描108g。
虽然传统LSA弧形扫描方法克服了 RTA的一些缺点，但是半导体晶片100可能具有更大的材料特性变化，这些变化难于考虑使用传统的LSA方法。这些材料变化可以从一个管芯延伸到另一个管芯，这可能不利地影响形成在这些管芯和晶片100上的集成电路的性能。 因此，需要提出一种改善的半导体晶片的激光退火方法。
发明内容
在一些实施例中，一种方法包括将半导体晶片划分为多个管芯区域，产生所述半导体晶片的绘图，利用激光对半导体晶片的多个管芯区域的第一个管芯区域进行扫描，基于半导体晶片的绘图以及关于多个管芯区域的第二个管芯区域的第一次测量值对激光的参数进行调整，以及扫描第二个管芯区域。所述绘图基于每个管芯区域的第一次测量来表现管芯区域的特性。所述调整步骤在第一个管芯区域的扫描之后执行。 在一些实施例中， 一种系统包括激光源、底座和与所述激光源和所述底座进行信号通信的处理器。所述底座用来支撑半导体晶片。所述激光源被配置用来相对于所述底座移动，或者所述底座被配置用来相对于所述激光源移动。所述处理器被配置用于将半导体晶片划分为多个管芯区域，控制所述底座与所述激光源之间的相对移动，以及基于所述半导体晶片的图像对用于扫描每个所述多个管芯区域的所述激光源的参数单独进行调整。所述图像基于在各个管芯区域的第一次测量的对应数值来表现所述半导体晶片各个管芯区域的特性。 在一些实施例中，提出了一种编码有程序代码的机器可读存储介质。当所述程序代码由处理器执行时，所述处理器执行一种方法。所述方法包括将半导体晶片划分为多个管芯区域，产生所述半导体晶片的图像，利用激光对半导体晶片的多个管芯区域的第一个管芯区域进行扫描，对在半导体晶片多个单独管芯区域的每个管芯区域中测试结构特性的测量进行接收，基于半导体晶片的图像以及关于多个管芯区域的第二个管芯区域的第一次测量值对激光的参数进行调整，以及扫描第二个管芯区域。所述图像基于在每个管芯区域的第一次测量来表现管芯区域的特性。所述调整步骤在第一个管芯区域的扫描之后执行。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
图1A显示了一种传统的激光扫描装置； 图1B显示了一种传统激光扫描退火系统的扫描路径； 图2为本发明的改善激光退火方法的流程图； 图3A显示了根据图2所示激光退火方法的划分为多个管芯区域的半导体晶片；
图3B显示了根据图3A的实施例晶片中经过Rs和Tw测量的管芯区域示例；
图4A显示了根据图2所示方法的划分为多个管芯的半导体晶片以及管芯的扫描顺序； 图4B显示了根据图2所示方法的扫描位于半导体晶片上的管芯的激光扫描路径的一个实施例； 图5A显示了根据图2所示方法的扫描位于半导体晶片上的管芯的激光扫描路径的另一个实施例； 图5B显示了根据图2所示方法的扫描位于半导体晶片上的管芯的激光扫描路径的又一个实施例； 图5C显示了根据图2所示方法的扫描位于半导体晶片上的管芯的激光扫描路径的再一个实施例； 图5D显示了根据图2所示方法的扫描位于半导体晶片上的管芯的激光扫描路径的另一个实施例； 图6显示了一种示例激光扫描系统的方框图。
具体实施例方式
现在，对一种执行激光尖峰退火(LSA)扫描的改善系统和方法描述如下。LSA扫描可以由图6所示处理器601控制。 图6为一种示例系统的方框图。如图6所示，半导体晶片600被放置在底座602上，其中底座602可以如箭头指示移动。激光源604以与半导体晶片600平面垂直的轴成9角度，将光束606投射到半导体晶片600上。处理器601对激光源604的至少一个参数进行控制，并接收激光的信息(可以包括激光参数设置及/或测量)。处理器601还连接到底座602上，用来控制底座并接收底座的位置数据。处理器601从计算机可读存储介质603中读取数据和计算机程序指令，以及将数据存储到该计算机可读存储介质中。
图2显示了本发明实施例执行LSA扫描的改善方法200的流程图。在方块202中，半导体晶片300被划分为一或多个管芯302，如图3A所示。 在方块204中，在一或多个管芯302的每个管芯中几个位置处的测试结构上，可以执行预退火方块电阻测量304及/或热波测量306，并且将测量存储在计算机可读存储介质603中。在一些实施例中，一或多个方块电阻测量304可以在管芯302的lmmXlmm的面积上执行，并且一或多个热波测量306可以在管芯302的50 ii mX 50 ii m的面积上执行。但是，本技术领域的普通技术人员应当了解，也可以执行其他尺寸的一或多个方块电阻测量304和热波测量306。此外，本技术领域的普通技术人员应当了解，可以执行包括光致发光成像(PLI)测量的其他测量，但是不局限于此。 方块电阻和热波测量可以用来在每个管芯的基础上产生半导体晶片300的绘图。管芯302的绘图可以识别晶片300的每个管芯302内部的缺陷。通过LSA扫描，可以减轻在方块电阻测量304或者热波测量306过程中检测到的一些缺陷。例如，晶片300的热波成像可以识别具有高掺杂浓度的管芯302面积，其中高掺杂浓度可能是晶片300离子注入的结果。这些高掺杂浓度可以通过LSA扫描减轻，其中LSA扫描可以扩散甚至除去该高掺杂浓度。由晶片100的预扫描测量产生的绘图可以存储在计算机可读存储介质603中，并且如下文所述在LSA扫描过程中使用，以调整激光束的特性。 在方块206中，由预退火测量产生的绘图可以由处理器601使用，从而在执行LSA扫描的同时，用于单独对各个管芯的激光的参数进行调整。例如，激光的强度可以被单独调整用于每个管芯，进而提供改正缺陷或激活掺杂物所需的退火量。绘图可以使用在前馈系统中，从而激光的可调整参数(例如波长、强度、曝光持续时间等)可以随着激光移动越过半导体晶片300或管芯302a-302c而变化。 在方块208中执行分区LSA扫描。图4A显示了半导体晶片300的扫描顺序(例如扫描顺序线310a-310d)的例子。图2的虚线表示步骤206和208可以重复执行(例如，每次其他管芯将被退火时激光可以被调整)。如图4A所示，通过多个线性扫描路径310a-310d，可以执行晶片300的LSA扫描，其中在线性扫描路径310a-310d中管芯302被顺序扫描。例如，通过扫描顺序线310a-310d，一行或一列的管芯302可以如图所示被依次扫描。本领域普通技术人员应当了解，该扫描顺序可以从左到右、从右到左、从上到下、从下到上执行等等。此外，本领域普通技术人员应当了解，管芯302也可以按照非线性或者无序的形式被扫描。 图4A的细节A如图4B显示，并且显示了激光束扫描路径308a-308c的例子。请注意，虽然这里描述了激光相对于晶片300移动，但是晶片300也可以位于底座上，底座可以相对于激光束移动晶片300。 一种商业提供的底座例子包括超LSA 100 (Ultra LSA)底座，但是不局限于该例子。如图4B所示，激光束的扫描路径308a-308c可以从管芯302a的一部分(例如顶部314)绕到另一部分(例如底部316)。 一旦管芯302a扫描完毕，激光束则可以移动到另一个管芯，例如相邻的管芯302b，如图4A所示的扫描顺序310a-310d所示。下一个管芯320b的扫描路径308b可以与前一个管芯302a的扫描路径308a相同。在一些实施例中，扫描路径308a-308c可以互相不同，并且可以这样执行，即激光在不关闭的情况下无缝地从一个管芯302a移动到另一个管芯302b。 图5A-5D显示了各种可以执行的扫描路径408a-408c、508a-508c、608a-608c以及708a-708c。本领域的普通技术人员应当了解，也可以执行其他扫描整个晶片的管芯上的扫描路径。 在方块210中，可以执行晶片300的后扫描方块电阻测量或热波测量。这些后扫描测量可以用于确认激光扫描的参数，并确保前面的工艺控制是最佳的。例如，如果后扫描测量，例如Rs、 TW及/或PLI测量识别出晶片不具有一致特性，那么激光束的参数(例如，扫描长度、激光波长、激光强度)可以利用前馈控制系统进行调整。 在方块212中，晶片300可以经历电阻保护氧化物(RPO)形成以及完成集成电路所必需的其他工艺步骤。 将半导体晶片划分为多个管芯302a-302c以及在每个管芯302a-302c的基础上扫描半导体晶片300，可以有利地使得每个晶片302a-302c以比传统弧形扫描获得的管芯特性更一致的方式进行退火。 本发明可以计算机执行程序以及实施这些程序的设备的形式体现。本发明也可以体现在被编码有计算机程序代码的有形机器可读存储介质中，例如随机存取存储器(RAM)、软盘、只读存储器(ROM)、只读光盘(CD-ROM)、蓝光光盘、DVD ROM、硬盘驱动器、闪存或者任何其他机器可读存储介质，其中当计算机程序代码加载到计算机中并执行时，计算机变成执行本发明的特定机器。当在通用处理器上执行时，计算机程序代码片段配置该处理器产生特定的逻辑电路。本发明或者也可以体现在由专用集成电路形成的数字信号处理器中，用于执行根据本发明原理的方法。 虽然已根据示例实施例对本发明作出描述，但是本发明不局限于此。更确切地，所附权利要求应当被广泛地构造，从而包括本发明实施例的其他变化，其中这些变化可以在不脱离本发明等同原理的范围下，由本领域的普通技术人员实现。
权利要求
一种方法，包括提供具有多个管芯区域的半导体晶片；对每个单独管芯区域内的测试结构的特性进行测量；以及对于每个单独管芯区域(1)基于管芯区域内所述测试结构的测量特性对激光参数进行调整；以及(2)利用基于管芯区域内所述测试结构的测量特性调整的所述激光，对管芯区域进行退火。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述测量在每个单独管芯区域中多个位置处执行。
3. 如权利要求1所述的方法，其中所述测量为所述半导体晶片的方块电阻测量、热波测量或者光致发光成像测量的其中一个。
4. 如权利要求1所述的方法，其中所述对测试结构特性进行测量的步骤包括将所述测量的结果存储在计算机可读存储介质中。
5. 如权利要求1所述的方法，其中所述参数为激光的强度。
6. 如权利要求1所述的方法，其中所述参数为激光的波长。
7. 如权利要求1所述的方法，其中所述参数为激光的持续时间。
8. —种系统，包括激光源；用来支撑半导体晶片的底座，其中所述激光源被配置用来相对于所述底座移动，或者所述底座被配置用来相对于所述激光源移动；以及与所述激光源和所述底座进行信号通信的处理器，所述处理器被配置用于控制所述底座与所述激光源之间的相对移动；以及基于所述半导体晶片的绘图对扫描每个所述多个管芯区域的所述激光源的参数单独进行调整，所述绘图基于在各个管芯区域的第一次测量的对应数值来表现所述半导体晶片各个管芯区域的特性。
9. 如权利要求8所述的系统，其中所述第一次测量为方块电阻测量。
10. 如权利要求9所述的系统，其中所述第一次测量为热波测量。
11. 如权利要求9所述的系统，其中所述激光源的参数为所述激光的强度和/或波长。
12. —种编码有程序代码的机器可读存储介质，其中当所述程序代码由处理器执行时，所述处理器执行一种方法，所述方法包括对在半导体晶片的多个单独管芯区域的每个管芯区域中的测试结构的特性测量进行接收；以及对于每个单独管芯区域(1) 基于管芯区域内所述测试结构的测量特性调整激光的参数；以及(2) 控制所述激光对管芯区域进行退火，其中基于在管芯区域内所述测试结构的测量特性调整所述激光。
13. 如权利要求12所述的机器可读存储介质，其中所述测量执行在每个单独管芯区域内的多个位置处。
14. 如权利要求12所述的机器可读存储介质，其中所述测量包括所述半导体晶片的方块电阻测量、热波测量；和/或所述半导体晶片的光致发光成像测量。
15.如权利要求12所述的机器可读存储介质，其中所述参数为所述激光的强度、波长和/或所述激光扫描的持续时间。
全文摘要
本发明涉及分区域激光退火及前馈工艺控制。一种方法，包括将半导体晶片划分为多个管芯区域，产生所述半导体晶片的绘图，利用激光对半导体晶片的多个管芯区域的每一个进行扫描，以及基于通过半导体晶片绘图确定的管芯区域数值在扫描过程中对激光的参数进行调整。所述绘图基于在每个管芯区域的第一次测量来表现管芯区域的特性。
文档编号H01L21/66GK101789366SQ200910177848
公开日2010年7月28日 申请日期2009年9月28日 优先权日2009年1月26日
发明者杨宗儒, 陈其贤, 黃循康 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司