[发明专利]使用晶片亮度来监测激光退火工艺和激光退火工具

说明书

提供了一种用于监测半导体晶片的激光退火的方法。在退火后，捕获晶片的许多区域的图像。这些区域的表面亮度由计算机进行测量，并且确定这些表面亮度测量的统计量，诸如它们的平均值和它们的标准差。使用退火的晶片的表面亮度与电阻之间的相关性，表面亮度统计量可以用来确定退火工艺是否产生了符合最终用户规格的晶片。在制造以及定期或之后维护两者期间，表面亮度统计量还可以用于监测退火工具。

技术领域

本发明涉及半导体晶片的激光退火，更具体地，涉及监测激光退火的晶片的质量。

背景技术

半导体晶片的退火是晶片制造中的步骤。退火用于激活掺杂剂材料，从而改变晶片的电性能。过去已使用炉退火或快速热退火进行退火。然而，半导体晶片退火的另一方法是通过激光退火。

在激光退火中，使用XY扫描仪将激光束引导到晶片表面的各个部分。激光束扫过晶片表面的小部分(被称为块)(在IPG Photonics Corporation的IX-6100^TM工具的情况下，约25mm×25mm正方形)，暂时停留在表面上的许多点中的每一个点处以便加热该点。在对晶片表面上的每个点进行加热之后，XY扫描仪将激光束引导到下一点以进行退火。然后，将晶片放置在其上的载物台相对于XY扫描仪移动，并且激光束扫过晶片表面的新的部分。

工艺相机的焦点固定在激光的相同焦点上，并且允许载物台竖直移动，使得工艺相机的焦点以及因此激光的焦点位于晶片的表面上。

激光束在晶片表面的每个点上的瞬时停留使该表面具有退火图案。SiC晶片(W1、W2、W3和W4)的示例退火图案在图1中示出。每对竖直对准的照片示出了针对不同晶片的退火图案，每对中的上部照片示出了相应晶片上的块的中心处的退火图案，并且下部照片示出了相应晶片上的块的边缘处的退火图案。晶片之间的退火图案不均匀，跨每个晶片的表面的退火图案也不均匀，这可能是由于在这种情况下退火工艺缺乏稳定性。然而，缺乏均匀性对于观察者而言可能是不明显的。

针对特定的晶片配方(指定了期望的晶片电性能，并且通常由使用晶片的客户提供)，晶片的制造商在每个点上设置激光功率、激光焦点和激光停留时间(在本文中被统称为退火工艺属性)。在退火工艺之后，通过人眼在视觉上检查晶片的表面。晶片上的退火图案的均匀性指示晶片的电性能的均匀性。由于实际上仅使用整个晶片的一部分，因此表面的均匀性的视觉图(visual gauge)也可以用于选择具有更高均匀性的部分。晶片之间的退火图案的均匀性也可以用于判断晶片之间的电性能的均匀性。

客户的RSD(on)测量提供了晶片的电性能，并且晶片制造商可以使用该反馈来改变退火工艺属性以便获得期望的电性能。然而，可能需要数周才能获得该反馈。

此外，人眼的视觉检查不允许客观评估晶片的退火图案的均匀性。以这种方式评价退火图案最多提供对退火工艺的定性评估。

最后，使用人眼的视觉检查很慢。检查晶片的典型的超过四千张2000μm×2000μm图像是不切实际的，更不用说针对全部晶片检查大量的图像了，并且几乎不可能在工艺变化影响产品质量之前识别出该工艺变化(例如，退火工艺中的不稳定性)。

需要一种在激光退火之后检查半导体晶片的方法，该方法提供对晶片的退火图案的客观且自动的评估并根据退火图案来确定晶片的电性能。与通过视觉检查和依靠客户反馈而允许的对退火工艺属性的改变相比，这种方法将允许晶片制造商在短得多的时间内改变退火工艺属性(实际上是改变退火工具本身)。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于监测半导体晶片的激光退火工艺的方法。使用激光对晶片进行激光退火。确保照明条件处于预定条件。测量晶片的多个表面亮度，每次测量在晶片的不同部分进行。确定测量的表面亮度的亮度统计量。亮度统计量用于确定晶片是否表现出期望的电特性。