CN103295880A

CN103295880A - 一种多晶硅炉管工艺中控片的改进结构及其制备方法和使用方法

Info

Publication number: CN103295880A
Application number: CN2013102204812A
Authority: CN
Inventors: 张乐成; 王智; 苏俊铭; 张旭升
Original assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Current assignee: Shanghai Huali Microelectronics Corp
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-06-04
Also published as: CN103295880B

Abstract

本发明涉及一种多晶硅炉管工艺中控片的改进结构及其制备方法和使用方法，其中，控片制备方法包括以下步骤：于一硅衬底的上表面上制备一保护层；于保护层上表面上制备二氧化硅薄膜。该制备方法构成本发明中控片的改进结构。使用方法包括以下步骤：步骤1、对控片前值测量；步骤2、判断前值是否超出规定；若超出规定，则进行步骤3；若未超出规定，进行步骤6；步骤3、去除控片的二氧化硅薄膜和保护层；步骤4、制备保护层覆盖硅衬底；步骤5、制备二氧化硅薄膜覆盖保护层，并对控片进行步骤1；步骤6、对控片进行多晶硅炉管工艺；步骤7、去除多晶硅层和二氧化硅薄膜，并进行步骤4、步骤5。本发明有效解决了衬底与酸液直接接触的问题。

Description

一种多晶硅炉管工艺中控片的改进结构及其制备方法和使用方法

技术领域

本发明涉及一种半导体器件加工工艺中控片的结构及其制备方法和使用方法，尤其涉及一种多晶硅炉管工艺中控片的改进结构及其制备方法和使用方法。

背景技术

在半导体的制造工艺中，为了保证炉管工艺的质量，在炉管工艺中需要使用控片对炉管内的工艺产品的颗粒数以及膜厚进行监控。

在现有的技术中，对于半导体结构中多晶硅的淀积是采用低压化学气相淀积的炉管进行工艺，在多晶硅炉管工艺中的控片一般采用硅-氧化硅的结构。该结构的制备方式如下：在硅衬底基片1’上使用热氧化的方法生长一层100纳米左右的二氧化硅2’层，形成的结构如图1所示。这样的结构使得控片与产品片表面性质相同，对反应气体有相同的吸附速度，从而能够保持控片与产品片的膜厚一致。

控片在后续的清洗过程中，采用的是氢氟酸来清洗硅片表面的二氧化硅层，由于，氢氟酸对于二氧化硅的刻蚀速度很快，因此，在对控片进行清洗时，及其容易发生硅衬底表面直接暴露于酸液中的情况，从而导致硅衬底表面的破坏。而该破坏在后续对控片重复使用时的氧化硅生长过程中会被加剧，通常在进行了5次的清洗之后，同一批控片中就有将近一般数量的控片因其硅衬底被破坏，导致其前值超出规格，而无法使用。

因此，为了降低控片的报废率和成本，提高控片的重复使用率，需要对控片的结构或者工艺方法作出相应的调整。

中国专利（授权公告号：CN1270366C）公开了一种半导体制程的晶圆控片的形成方法。在该发明的实施例中，首先提供一晶圆底材。然后，形成一氧化层于晶圆底材上。接着，形成一非晶硅层于氧化层上。之后，进行一离子植入制程以掺杂非晶硅与氧化层。其次，进行一回火制程以形成一晶圆控片。在回火制程后，可进行一量测程序以测定方块电阻值（Rs），并进行日程监控。另一方面，当日程监控完成后，湿法去除控片晶圆底材上的非晶硅层与氧化层，晶圆控片可以重复使用，降低日程监控成本。该专利虽然公开了一种控片的重复使用方法，但该方法针对的并不是多晶硅炉管工艺中的控片。

中国专利（公开号：CN102789965A）公开了一种晶圆控片重复利用的方法，包括：提供利用过的晶圆控片，所述利用过的晶圆控片表面形成有外延层；去除所述外延层；在去除所述外延层后，在低温条件下形成覆盖所述晶圆控片的保护层；去除所述保护层，形成新的晶圆控片。该专利中并没有解决控片上的氧化膜在清洗时破坏硅衬底表面的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种多晶硅炉管工艺中控片的改进结构及其制备方法和使用方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案为：

一种多晶硅炉管工艺中的控片，其中，所述控片包括一硅衬底，所述硅衬底的上表面覆盖有一层保护层，所述保护层的上表面覆盖有二氧化硅薄膜；

其中，所述保护层为在湿法去除所述二氧化硅薄膜的溶液中的刻蚀速率小于二氧化硅薄膜的刻蚀速率的薄膜。

所述的多晶硅炉管工艺中的控片，其中，所述湿法去除所述二氧化硅薄膜的溶液为氢氟酸；所述保护层为氮化硅薄膜。

所述的多晶硅炉管工艺中的控片，其中，所述氮化硅薄膜的厚度为20-100纳米。

所述的多晶硅炉管工艺中的控片，其中，所述二氧化硅薄膜的厚度为10-20纳米。

一种应用所述的控片进行多晶硅炉管工艺的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

步骤1、对所述控片进行炉管工艺前的前值测量；

步骤2、判断所述前值是否超出所述炉管工艺的规定；若所述前值超出所述炉管工艺的规定，则进行步骤3；若所述前值未超出所述炉管工艺的规定，则进行步骤6；

步骤3、去除位于所述控片的硅衬底之上的所述二氧化硅薄膜和保护层；

步骤4、制备保护层完全覆盖所述硅衬底的上表面；

步骤5、制备二氧化硅薄膜覆盖所述保护层的上表面，形成所述控片的结构，并对所述控片进行步骤1中的所述测量；

步骤6、对所述控片进行所述多晶硅炉管工艺，在所述多晶硅炉管工艺完成后，于所述控片的所述二氧化硅薄膜上形成一层多晶硅层；

步骤7、去除所述多晶硅层和所述二氧化硅薄膜，并进行步骤4、步骤5。

一种所述的多晶硅炉管工艺中的控片的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

于一硅衬底的上表面上制备一保护层；

于所述保护层上表面上制备二氧化硅薄膜；

所述的多晶硅炉管工艺中的控片的制备方法，其中，所述湿法去除所述二氧化硅薄膜的溶液为氢氟酸；所述保护层为氮化硅薄膜。

所述的多晶硅炉管工艺中的控片的制备方法，其中，采用低压化学气相淀积工艺制备所述氮化硅薄膜。

所述的多晶硅炉管工艺中的控片的制备方法，其中，所述氮化硅薄膜的厚度为20-100纳米。

所述的多晶硅炉管工艺中的控片的制备方法，其中，所述二氧化硅薄膜的厚度为10-20纳米。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明通过对现有技术中的控片结构进行改进，在硅衬底和二氧化硅薄膜之间增加一层氮化硅薄膜，从而使控片在回收之后，对多晶硅和二氧化硅的清洗时，能够保证硅衬底不直接与二氧化硅的清洗液接触，有效避免了现有技术中硅衬底因二氧化硅层完全去除后，其表面直接与清洗液接触而导致的损伤，从而降低了控片的报废率，提高了控片的反复使用率，在规模化的生产中，具有节省成本的有益效果。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1是现有技术中的控片结构示意图；

图2是本发明多晶硅炉管工艺中控片的结构示意图；

图3是本发明多晶硅炉管工艺中控片的制备方法步骤示意图；

图4是本发明多晶硅炉管工艺中控片的使用步骤示意图。

具体实施方式

本发明提供一种半导体工艺中的控片的改进结构，尤其为一种多晶硅炉管工艺中控片的改进结构；本发明还提供一种针对该控片结构的制备方法。

本发明中的控片的结构也可应用于挡片中，其结构相同，只是在用途上有所差别，具有本发明中所述的结构的挡片同样包含于本发明中。

下面结合附图对本发明中的控片结构进行详细描述。

图2是本发明多晶硅炉管工艺中控片的结构示意图。如图2所示，本发明中的控片结构包括一硅衬底，在硅衬底1的表面覆盖有一层保护层，在该保护层上覆盖有一层氧化层。

其中，上述的保护层的作用是当控片在清洗时，保护下方的硅衬底表面不被清洗液所破坏。具体的，在多晶硅炉管工艺中，是在产品的二氧化硅层上淀积一层多晶硅层，因此，在多晶硅炉管工艺中的控片中的氧化层也为与产品中相同的二氧化硅2，而上述的保护层为氮化硅3层。

图3是本发明多晶硅炉管工艺中控片的制备方法步骤示意图。如图3所示，按照以下的方法制备上述的控片结构。

首先，在硅衬底上沉积一层氮化硅薄膜，对于该氮化硅薄膜的沉积可采用低压化学气相淀积法（LPCVD，low pressure chemical vapor deposition）；采用的设备可以是炉管，也可以是单片作业的腔体设备或其他设备，优选的，可以采用炉管进行该氮化硅薄膜的沉积；该氮化硅薄膜的厚度控制在20-100纳米，如20、40、50、80、100纳米，凡是厚度在20-100纳米的氮化硅薄膜均符合本发明的要求，故在此处不对氮化硅薄膜的厚度进行一一列举。

然后，在沉积有氮化硅薄膜的硅衬底上制备一层二氧化硅薄膜，使该二氧化硅薄膜覆盖于氮化硅薄膜的上表面。其中，对于该二氧化硅薄膜的制备优选的采用低压化学气相淀积法；采用的设备可以是炉管，也可以是单片作业的腔体设备或其他设备，优选的，可以采用炉管进行该二氧化硅薄膜的制备；该二氧化硅薄膜的厚度为应控制在10-20纳米，如10、15、20纳米，反是厚度在10-20纳米范围内的二氧化硅薄膜均符合本发明的要求，故在此处不对二氧化硅薄膜的厚度进行一一列举。

下面结合控片在氮化硅炉管工艺中的使用过程，对本发明的氮化硅炉管工艺中控片的使用方法进行解释说明。

图4是本发明多晶硅炉管工艺中控片的使用步骤示意图。如图4所示，首先，在硅片的硅衬底表面制备一层上述的氮化硅薄膜，使该氮化硅薄膜完全覆盖硅衬底的表面；然后，在该氮化硅薄膜的表面制备一层上述的二氧化硅薄膜，使该二氧化硅薄膜完全覆盖氮化硅薄膜表面从而形成本发明中的控片结构。

接着，对该控片进行颗粒数以及膜厚的前值测量。

若测量得到的前值超过规定，则将控片在清洗液中进行清洗，以去除控片上的氮化硅薄膜和二氧化硅薄膜，在清洗时对二氧化硅薄膜的清洗采用氢氟酸作为清洗液，而氢氟酸与二氧化硅薄膜反应完后对下方的氮化硅薄膜几乎不产生反应，因此，在去除二氧化硅薄膜时，能够保证控片的硅衬底不与氢氟酸清洗液直接接触。之后，再回到在硅衬底表面制备氮化硅和二氧化硅的步骤中，以形成本发明中的控片的结构，接着，再次进行控片颗粒数以及膜厚的前值测量。

若测量得到的前值在规定的范围内，则将控片与产品一同送入炉管内进行多晶硅的淀积，起到监测工艺的作用，待多晶硅淀积工艺完毕后，对控片进行清洗，去除多晶硅和二氧化硅，在去除多晶硅和二氧化硅的过程中由于在硅衬底上还覆盖有氮化硅薄膜，该氮化硅薄膜可以阻隔酸液和硅衬底表面，使得硅衬底的表面不直接暴露于酸液中，从而有效避免了酸液对硅衬底可能带来的损伤。在去除二氧化硅薄膜后的控片上再次沉积二氧化硅薄膜，形成本发明中的控片的结构，接着，再次进行控片颗粒数以及膜厚的前值测量。

可见，通过上述的循环步骤，使控片在使用完之后，进行清洗和重新沉积二氧化硅薄膜，在清洗的过程中，由于氮化硅薄膜的存在，将控片的硅衬底和清洗酸液进行隔离，使控片硅衬底的表面不直接与酸液接触，避免了由于硅衬底表面被酸液破坏而造成的损伤。

综上所述，本发明对多晶硅炉管工艺中的控片结构进行改进，在传统控片结构中增加一层氮化硅薄膜，且该薄膜位于硅衬底和二氧化硅薄膜之间，使得控片在回收清洗过程中，去除二氧化硅薄膜的同时，硅衬底不直接和酸液进行接触，避免了酸液对硅衬底的破坏，提高了控片反复使用的次数，在实际的生产中，能够有效减少控片的报废率，从而节约生产成本。

对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims

1.一种多晶硅炉管工艺中的控片，其特征在于，所述控片包括一硅衬底，所述硅衬底的上表面覆盖有一层保护层，所述保护层的上表面覆盖有二氧化硅薄膜；

2.如权利要求1所述的多晶硅炉管工艺中的控片，其特征在于，所述湿法去除所述二氧化硅薄膜的溶液为氢氟酸；所述保护层为氮化硅薄膜。

3.如权利要求2所述的多晶硅炉管工艺中的控片，其特征在于，所述氮化硅薄膜的厚度为20-100纳米。

4.如权利要求1所述的多晶硅炉管工艺中的控片，其特征在于，所述二氧化硅薄膜的厚度为10-20纳米。

5.一种应用如权利要求1-4中任意一项所述的控片进行多晶硅炉管工艺的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1、对所述控片进行炉管工艺前的前值测量；

步骤4、制备保护层完全覆盖所述硅衬底的上表面；

6.一种如权利要求1-4中任意一项所述的多晶硅炉管工艺中的控片的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

于一硅衬底的上表面上制备一保护层；

于所述保护层上表面上制备二氧化硅薄膜；

7.如权利要求6所述的多晶硅炉管工艺中的控片的制备方法，其特征在于，所述湿法去除所述二氧化硅薄膜的溶液为氢氟酸；所述保护层为氮化硅薄膜。

8.如权利要求7所述的多晶硅炉管工艺中的控片的制备方法，其特征在于，采用低压化学气相淀积工艺制备所述氮化硅薄膜。

9.如权利要求8所述的多晶硅炉管工艺中的控片的制备方法，其特征在于，所述氮化硅薄膜的厚度为20-100纳米。

10.如权利要求6所述的多晶硅炉管工艺中的控片的制备方法，其特征在于，所述二氧化硅薄膜的厚度为10-20纳米。