一种建立全局调节模型进行优化快速热退火的方法与流程

本发明涉及半导体器件制造领域，尤其涉及一种建立全局调节模型进行优化快速热退火的方法。

背景技术：

随着半导体工业的发展，集成电路向体积小、速度快、低功耗方向发展。半导体器件的特征尺寸不断按比例缩小，掺杂元素在退火后的横向和纵向扩散程度也相应减小，结深要浅。为了控制掺杂元素的扩散，业界普遍采用快速热退火工艺(rtp)。对快速热退火工艺腔内晶圆的温度调节，目前的调节预估模型仅仅影响附近区域，而现实中，每个温度计的温度调节会影响整片晶圆。

在集成电路制造过程中，时常出现：由于快速热退火机台工艺腔内晶圆受热不均，造成后续晶圆制造工艺出现阻值均一性波动的情况。例如：退火过程中晶圆各区域实际吸收热量不一样，会使得晶圆温度相关参数(阻值、膜厚等)均一性不好，造成半导体器件的相关参数变化，仅影响附近区域的调节预估模型与实际有差距，而且以近区预估模型进行机台温度补偿往往无法达到预期目的。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种建立全局调节模型进行优化快速热退火的方法，应用于退火时对晶圆的热补偿，其中，包括以下步骤：

步骤s1、进行试验，收集、处理晶圆试验数据，确立全局调节模型；

步骤s2、根据所述全局调节模型计算所需的温度补偿量，控制机台退火温度。

其中，所述步骤s1包括以下步骤：

步骤s11、测定晶圆阻值的温度敏感系数；

步骤s12、提供n个试验晶圆，将n-1个对应温度计分别置于作业腔的不同区域，n至少为4；

步骤s13、设定温度补偿值，每次使用1枚所述试验晶圆，进行n-1次温度补偿试验；

步骤s14、设定温度补偿值为0，对剩余所述试验晶圆进行试验，作为基线阻值数据；

步骤s15、收集所述晶圆的阻值数据；

步骤s16、将所述阻值数据减去所述基线阻值数据，得到每个温度计进行温度补偿设定后晶圆各区域阻值的变化值；

步骤s17、将所述每个温度计进行温度补偿设定后晶圆各区域阻值的变化值乘以所述温度敏感系数，得到温度数据的变化值；

步骤s18、将所述温度数据的变化值进行标准化，得到试验晶圆温度补偿变化1℃时，晶圆的全局温度变化值；

步骤s19、计算所述温度补偿值为1时温度补偿与所述晶圆的全局温度变化值的关系系数a。

其中，所述温度补偿值的范围为3～10℃。

其中，所述收集晶圆试验数据的步骤如下：

步骤s151、在所述试验晶圆的横向取m个数据点进行横向数据的收集，m至少为13；

步骤s152、在所述试验晶圆的纵向取m个数据点进行纵向数据的收集；

步骤s153、将每个所述纵向数据和对应所述横向数据相加，取平均值，得到m个所述试验晶圆的阻值数据，m至少为13。

其中，所述温度补偿试验每次只改变一个温度计的温度补偿量，剩余n-2个温度计的温度补偿为0，n至少为4。

其中，所述步骤s11的测定方法为：调整所述作业腔的作业温度至三个温度，分别于所述三个温度下进行晶圆试验，获取记录三个温度下晶圆的平均阻值，依据下述公式计算温度敏感系数：

式中，sensitivity为温度敏感系数，r1为第一温度试验中试验晶圆的平均阻值，r2为第二温度试验中试验晶圆的平均阻值，r3为第三温度试验中试验晶圆的平均阻值。

其中，所述关系系数a的计算方法为：

offset(n-1)x1＝a(n-1)xm*deltamx1，

式中，offset(n-1)x1为标准化后温度计需要补偿的温度值，a(n-1)xm为所述温度补偿值为1时温度补偿与所述晶圆的全局温度变化值的关系系数，deltamx1为温度计设定补偿值时，晶圆上m个点的温度变化。

其中，所述温度补偿量满足公式：

式中，offset(n-1)x1为标准化后温度计需要补偿的温度值，a(n-1)xm为所述温度补偿值为1时温度补偿与所述晶圆的全局温度变化值的关系系数，rsm×1为试验晶圆的阻值数据，target为目标阻值，sensitivity为温度敏感系数。

有益效果：通过收集晶圆的阻值、膜厚等参数数据，通过自建的全局调节模型依据晶圆参数变化对晶圆进行热量补偿，保证晶圆不同区域受热一致，半导体器件的电性参数稳定。

附图说明

图1现有工艺中快速热退火晶圆全局温度变化工艺增益曲线；

图2本发明流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

在一个较佳的实施例中，提出了一种建立全局调节模型进行优化快速热退火的方法，应用于退火时对晶圆的热补偿，其中，包括以下步骤：

步骤s1、进行试验，收集、处理晶圆试验数据，确立全局调节模型；

步骤s2、根据所述全局调节模型计算所需的温度补偿量，控制机台退火温度。

上述技术方案中，通过收集晶圆的阻值、膜厚等参数数据，通过自建的全局调节模型依据晶圆参数变化对晶圆进行热量补偿，保证晶圆不同区域受热一致，半导体器件的电性参数稳定。

在一个较佳的实施例中，首先进行晶圆阻值温度敏感性的测定；设定作业腔作业温度为600℃，随后，分别以590℃、600℃、610℃进行三次晶圆测试，测得三枚晶圆的阻值的平均值分别为158ω、127ω和98ω；晶圆阻值的温度敏感系数(sensitivity)满足公式：

式中，sensitivity为温度敏感系数，r1为第一温度试验中试验晶圆的平均阻值，r2为第二温度试验中试验晶圆的平均阻值，r3为第三温度试验中试验晶圆的平均阻值。

上述技术方案中，温度敏感系数的计算结果为-3ω/℃。

在一个较佳的实施例中，使用4枚晶圆，放置3个对应温度计t1～t3于作业腔的不同位置，设定温度计的补偿温度为3℃，做3次温度补偿变化试验，且每次只变化其中一个温度计的温度，其余两个温度计的温度补偿为0。剩余的1枚晶圆以温度补偿为0进行试验，得到的试验数据作为基线阻值数据，具体温度设置如表1。

表1

上述技术方案中，晶圆的数量不得少于4枚，且温度补偿的取值需要能消除噪声干扰，取值范围可以为3～10℃。

在一个较佳的实施例中，在晶圆表面分别对横向和纵向进行扫描，每个方向取13个数据点，将横向第一个数据点的数据与对应纵向第一个数据点的数据相加除以2，得到第一个点的阻值数据；依次类推，得到三组阻值数据：

rs1＝[130.7127.6126.1137.9124.5112.9139.4112.9124.5137.9126.1127.6130.7]^t

rs2＝[129.9132.4128.3124.7133.5130.7128.8130.7133.5124.7128.3132.4129.9]^t

rs3＝[130.3129.2128.9133.1128.5124.9133.4124.9128.5133.1128.9129.2130.3]^t

补偿温度为0的基线阻值数据为：

rs0＝[130.1130.0130.3130.7130.5130.9130.4130.9130.5130.7130.3130.0130.1]^t

上述技术方案中，横向和纵向分别测量多个数据点，数据点的数量不可小于13个，此举可消除由于测量或者晶圆本身问题产生的坏点。

在一个较佳的实施例中，将三组阻值数据减去基线阻值数据，乘以温度敏感系数，随后以offsetn-1＝[000···1]^t为标准，对得到的数据进行标准化，以deltan-1＝[delta1delta2······deltam]^t的形式整理试验数据，得到三组温度补偿变化1℃时，晶圆的全局温度变化值：

delta1＝[-0.10.40.7-1.213-1.531-1.20.70.4-0.1]

delta2＝[0.1-1.213-1.50.10.80.1-1.531-1.20.1]

delta3＝[0.43-1.5-0.11-0.10.6-0.11-0.1-1.530.4]

上述技术方案中，对数据进行标准化处理的目的是方便对晶圆进行全局温度调节。

在一个较佳的实施例中，将3次试验中晶圆上13个点的温度变化情况在同一坐标系中画出，得到如图1所示的工艺增益曲线(processgaincurves)。

在一个较佳的实施例中，利用晶圆上13个点的温度变化delta对温度计补偿offset的影响情况为线性关系，建立方程：

offset3x1＝a3x13*delta13x1

式中，offset3x1为温度计需要补偿的温度值，a3x13为温度补偿值为1时温度补偿与所述晶圆的全局温度变化值的关系系数，delta13x1为温度计设定补偿值时，晶圆上13个点的温度变化。

将三组数据带入，可计算出a3x13。

在一个较佳的实施例中，对于晶圆产品，设定一目标阻值，再测出其横向和纵向13个数据点阻值的平均值数据即可得出每个温度计需要补偿的温度值。每个温度计需要补偿的温度值满足：

其中，offset3x1为温度计需要补偿的温度值，a3x13温度补偿值为1时温度补偿与所述晶圆的全局温度变化值的关系系数，rs13×1为试验晶圆纵向和横向13个点的平均阻值，target为目标阻值，sensitivity为温度敏感系数。

上述技术方案中，通过计算，得到：

offset3x1＝[0.80.4-0.2]

接下来，即可根据算出的温度补偿量，对机台退火温度进行补偿。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。