專利名稱：快速熱退火方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種快速熱退火方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的不斷發(fā)展，快速熱退火(RTA)工藝逐漸代替了傳統(tǒng)的高溫爐退火工藝。RTA由于其具有快速升溫和短暫的持續(xù)時(shí)間的特點(diǎn)，因此能夠在晶格缺陷的修復(fù)、激活離子和最小化離子擴(kuò)散三者之間取得優(yōu)化，這也使得其應(yīng)用越來越普遍。與此同時(shí)，在RTA工藝中對(duì)退火溫度均勻性的控制也提出了越來越高的要求。目前的RTA工藝中，雖然采用了在低溫臺(tái)階階段、升溫階段和降溫階段分別控制，以期達(dá)到升溫及降溫過程中的溫度控制均衡，但每一階段的控制過程中仍然采用同一個(gè)溫度補(bǔ)償模式來實(shí)現(xiàn)，即每一階段中邊緣區(qū)域和中心區(qū)域的燈管采用相同的功率，通過照射晶片以控制其溫度。這樣的溫度補(bǔ)償模式只能實(shí)現(xiàn)粗糙的溫度均勻性控制，對(duì)于日益精細(xì)化的半導(dǎo)體制造工藝來說，現(xiàn)有RTA工藝中晶片的溫度均勻性仍然有待提高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種快速熱退火方法，該方法能夠極大地提高晶片的溫度均勻性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案一種快速熱退火方法，包括低溫臺(tái)階階段，設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率大于中心區(qū)域的燈管功率；升溫階段，設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率小于中心區(qū)域的燈管功率；降溫階段，設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率大于中心區(qū)域的燈管功率。優(yōu)選的，在降溫階段，中心區(qū)域的燈管功率為0。優(yōu)選的，在低溫臺(tái)階階段，晶片邊緣區(qū)域輻射放出的熱量多于中心區(qū)域。優(yōu)選的，在低溫臺(tái)階階段，晶片邊緣區(qū)域輻射放出的多于中心區(qū)域的熱量等于邊緣區(qū)域接收的多于中心區(qū)域的熱量。優(yōu)選的，在升溫階段，晶片邊緣區(qū)域輻射吸收的熱量多于中心區(qū)域。優(yōu)選的，在升溫階段，晶片邊緣區(qū)域輻射吸收的多于中心區(qū)域的熱量等于邊緣區(qū)域接收的少于中心區(qū)域的熱量。優(yōu)選的，在降溫階段，晶片邊緣區(qū)域輻射放出的熱量多于中心區(qū)域。優(yōu)選的，在降溫階段，晶片邊緣區(qū)域輻射放出的多于中心區(qū)域的熱量等于邊緣區(qū)域接收的多于中心區(qū)域的熱量從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所提供的方法，在低溫臺(tái)階階段，設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率大于中心區(qū)域的燈管功率，這樣，就能補(bǔ)償晶片邊緣區(qū)域較中心區(qū)域輻射放熱過多的問題，從而使得晶片邊緣區(qū)域和中心區(qū)域的溫度相對(duì)均勻，同理，在升溫階段，設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率小于中心區(qū)域的燈管功率，降溫階段，設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率大于中心區(qū)域的燈管功率。本發(fā)明所提供的快速熱退火方法，相比邊緣區(qū)域和中心區(qū)域具有相同燈管功率的傳統(tǒng)方法來說，能夠極大地提高晶片的溫度均勻性。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種快速熱退火方法流程圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中低溫臺(tái)階階段晶片的溫度曲線示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中升溫階段晶片的溫度曲線示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長(zhǎng)度、寬度及深度的三維空間尺寸。正如背景技術(shù)部分所述，傳統(tǒng)的RTA工藝中，由于在每一階段的控制過程中均采用同一個(gè)溫度補(bǔ)償模式來實(shí)現(xiàn)，即每一階段中用來照射晶片的燈管，不論對(duì)應(yīng)于晶片中心區(qū)域還是邊緣區(qū)域，均設(shè)置成相同的功率，這樣的溫度補(bǔ)償模式最終使得晶片的溫度均勻性不是很好。發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，造成上述現(xiàn)象的本質(zhì)原因在于晶片邊緣區(qū)域和中心區(qū)域在吸熱和放熱過程中存在明顯的不同，由于晶片邊緣區(qū)域較中心區(qū)域空間大，因此，吸熱過程中，邊緣區(qū)域吸收的熱量明顯多于中心區(qū)域；放熱過程中，邊緣區(qū)域放出的熱量也明顯多于中心區(qū)域，這就造成了在相同功率的燈管的照射下，晶片上中心區(qū)域和邊緣區(qū)域具有不同的溫度，因此使得晶片上的溫度均勻性不夠好?；诖?，本發(fā)明提供了一種快速熱退火方法，該方法包括低溫臺(tái)階階段，設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率大于中心區(qū)域的燈管功率；升溫階段，設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率小于中心區(qū)域的燈管功率；降溫階段，設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率大于中心區(qū)域的燈管功率。下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明所提供的快速熱退火方法。參見圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種快速熱退火方法流程圖，所述方法具體包括如下步驟步驟Sl 低溫臺(tái)階階段，設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率大于中心區(qū)域的燈管功率。在進(jìn)行RTA工藝時(shí)，晶片被放入通有Ar或N2的快速熱處理機(jī)(RTP)中，首先進(jìn)行低溫臺(tái)階階段處理，所述低溫臺(tái)階階段的持續(xù)時(shí)間可以為20s左右。參考圖2，在低溫(一般在600°C到800°C之間)臺(tái)階階段，由于晶片11邊緣區(qū)域的輻射放熱空間遠(yuǎn)大于晶片中心區(qū)域，因此，對(duì)于照射晶片的燈管，不論對(duì)應(yīng)于晶片中心區(qū)域還是邊緣區(qū)域，如果均設(shè)置成相同的功率，則最終將使得晶片11邊緣區(qū)域的輻射放熱較多，從而顯示出邊緣較冷、中心較熱的特征，在此階段晶片11的溫度曲線圖上表現(xiàn)為邊緣區(qū)域?qū)?yīng)的曲線12較中心區(qū)域?qū)?yīng)的曲線13呈下降趨勢(shì)。針對(duì)此現(xiàn)象，本發(fā)明實(shí)施例中設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率大于中心區(qū)域的燈管功率。在沒有設(shè)置之前，系統(tǒng)中給定的邊緣區(qū)域和中心區(qū)域的燈管功率為相同的功率，且均由溫度控制器閉路控制，而此步驟中通過設(shè)置提高了晶片邊緣區(qū)域的燈管功率，且所述邊緣區(qū)域和中心區(qū)域的燈管功率仍由溫度控制器閉路控制，這時(shí)，晶片在不同功率燈管的照射作用下，其邊緣區(qū)域接收到的熱量會(huì)多于中心區(qū)域，而邊緣區(qū)域輻射放出的熱量也多于中心區(qū)域，因此，晶片邊緣區(qū)域接收到的多于中心區(qū)域的熱量正好可以補(bǔ)償其輻射放出的多于中心區(qū)域的熱量，從而使得晶片邊緣區(qū)域和中心區(qū)域的溫度大致相同，提高了晶片的溫度均勻性。設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率大于中心區(qū)域的燈管功率，即提高邊緣區(qū)域和中心區(qū)域燈管的功率比例，此步驟中邊緣區(qū)域和中心區(qū)域燈管的功率比例大于1。具體實(shí)施過程中，可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置所述功率比例為不同的數(shù)值。步驟S2 升溫階段，設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率小于中心區(qū)域的燈管功率。低溫臺(tái)階階段完成后，進(jìn)入升溫階段，所述升溫階段的持續(xù)時(shí)間可以為aiiin左右，所述升溫階段所達(dá)到的溫度為1050 1200°C。參考圖3，在升溫階段，由于晶片11邊緣區(qū)域的輻射吸熱空間遠(yuǎn)大于晶片中心區(qū)域，因此，對(duì)于照射晶片的燈管，不論對(duì)應(yīng)于晶片中心區(qū)域還是邊緣區(qū)域，如果均設(shè)置成相同的功率，則最終將使得晶片11邊緣區(qū)域的輻射吸熱較多，從而顯示出邊緣較熱、中心較冷的特征，在此階段晶片11的溫度曲線圖上表現(xiàn)為邊緣區(qū)域?qū)?yīng)的曲線14較中心區(qū)域?qū)?yīng)的曲線15呈上升趨勢(shì)。針對(duì)此現(xiàn)象，本發(fā)明實(shí)施例中設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率小于中心區(qū)域的燈管功率。在沒有設(shè)置之前，系統(tǒng)中給定的邊緣區(qū)域和中心區(qū)域的燈管功率為相同的功率(此階段中相同的燈管功率不同于低溫臺(tái)階階段中相同的燈管功率)，且均由溫度控制器閉路控制，而此步驟中通過設(shè)置降低了晶片邊緣區(qū)域的燈管功率，且所述邊緣區(qū)域和中心區(qū)域的燈管功率仍由溫度控制器閉路控制，這時(shí)，晶片在不同功率燈管的照射作用下，其邊緣區(qū)域接收到的熱量會(huì)少于中心區(qū)域，但考慮到邊緣區(qū)域輻射吸收的熱量多于中心區(qū)域，即邊緣區(qū)域輻射吸收的多于中心區(qū)域的熱量正好可以補(bǔ)償邊緣區(qū)域接收的少于中心區(qū)域的熱量，因此，通過降低邊緣區(qū)域的燈管功率，能夠?qū)崿F(xiàn)晶片邊緣區(qū)域和中心區(qū)域溫度的大致相同，提高了晶片的溫度均勻性。設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率小于中心區(qū)域的燈管功率，即降低邊緣區(qū)域和中心區(qū)域燈管的功率比例，此步驟中邊緣區(qū)域和中心區(qū)域燈管的功率比例小于1。具體實(shí)施過程中，可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置該功率比例為不同的數(shù)值。步驟S3 降溫階段，設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率大于中心區(qū)域的燈管功率。升溫階段完成后，進(jìn)入降溫階段，所述降溫階段的持續(xù)時(shí)間約為5min左右，溫度降至100°C以下即可。在降溫階段，系統(tǒng)中設(shè)定的邊緣區(qū)域和中心區(qū)域的燈管功率均為0，但由于晶片邊緣區(qū)域的輻射放熱空間遠(yuǎn)大于晶片中心，因此，晶片邊緣區(qū)域的輻射放熱較多，從而顯示出邊緣較冷、中心較熱的特征，此階段中晶片的溫度曲線圖和圖2相同，表現(xiàn)為邊緣區(qū)域?qū)?yīng)的曲線12較中心區(qū)域?qū)?yīng)的曲線13呈下降趨勢(shì)。針對(duì)此現(xiàn)象，本發(fā)明實(shí)施例中設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率大于中心區(qū)域的燈管功率，即設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管具有一定的功率，所述一定的功率可根據(jù)具體情況而設(shè)定，此時(shí)中心區(qū)域的燈管功率仍是系統(tǒng)設(shè)定的0。這種情況下，晶片只受到邊緣區(qū)域燈管的照射，故晶片邊緣區(qū)域接收到熱量多于中心區(qū)域，而邊緣區(qū)域輻射放出的熱量也多于中心區(qū)域，因此，晶片邊緣區(qū)域接收到的多于中心區(qū)域的熱量正好可以補(bǔ)償其輻射放出的多于中心區(qū)域的熱量，從而使得晶片邊緣區(qū)域和中心區(qū)域的溫度大致相同，提高了晶片的溫度均勻性。從上述實(shí)施例可以看出，本發(fā)明所提供的方法，在低溫臺(tái)階階段，設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率大于中心區(qū)域的燈管功率；升溫階段，設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率小于中心區(qū)域的燈管功率；降溫階段，設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率大于中心區(qū)域的燈管功率；這樣，就能補(bǔ)償晶片邊緣區(qū)域較中心區(qū)域輻射放熱過多或輻射吸熱過多的問題，從而使得晶片邊緣區(qū)域和中心區(qū)域的溫度相對(duì)均勻，因此，本發(fā)明所提供的快速熱退火方法，相比邊緣區(qū)域和中心區(qū)域具有相同燈管功率的傳統(tǒng)方法來說，能夠極大地提高晶片的溫度均勻性，而且能夠改善晶片的形變和應(yīng)力。對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種快速熱退火方法，其特征在于，包括低溫臺(tái)階階段，設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率大于中心區(qū)域的燈管功率；升溫階段，設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率小于中心區(qū)域的燈管功率；降溫階段，設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率大于中心區(qū)域的燈管功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，降溫階段，中心區(qū)域的燈管功率為0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，低溫臺(tái)階階段，晶片邊緣區(qū)域輻射放出的熱量多于中心區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，低溫臺(tái)階階段，晶片邊緣區(qū)域輻射放出的多于中心區(qū)域的熱量等于邊緣區(qū)域接收的多于中心區(qū)域的熱量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，升溫階段，晶片邊緣區(qū)域輻射吸收的熱量多于中心區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，升溫階段，晶片邊緣區(qū)域輻射吸收的多于中心區(qū)域的熱量等于邊緣區(qū)域接收的少于中心區(qū)域的熱量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，降溫階段，晶片邊緣區(qū)域輻射放出的熱量多于中心區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，降溫階段，晶片邊緣區(qū)域輻射放出的多于中心區(qū)域的熱量等于邊緣區(qū)域接收的多于中心區(qū)域的熱量。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開了一種快速熱退火方法，該方法包括低溫臺(tái)階階段，設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率大于中心區(qū)域的燈管功率；升溫階段，設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率小于中心區(qū)域的燈管功率；降溫階段，設(shè)置邊緣區(qū)域的燈管功率大于中心區(qū)域的燈管功率。本發(fā)明所提供的方法，根據(jù)邊緣區(qū)域和中心區(qū)域輻射放熱和輻射吸熱特性的不同，在各個(gè)階段設(shè)置邊緣區(qū)域和中心區(qū)域具有不同的燈管功率，從而使得晶片邊緣區(qū)域和中心區(qū)域具有大致相同的溫度，提高了晶片的溫度均勻性。
文檔編號(hào)H01L21/324GK102560682SQ20101060769
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者周祖源, 孟昭生 申請(qǐng)人:無錫華潤(rùn)上華半導(dǎo)體有限公司, 無錫華潤(rùn)上華科技有限公司