CN103646915A - SiCN薄膜中C元素的去除方法及监控片再生工艺 - Google Patents

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朱玉传
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Abstract

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其是一种SiCN薄膜中C元素的去除方法，以及含有SiCN薄膜的监控片的循环再生处理工艺。其中，C元素的去除方法为：使用O3等离子体对SiCN薄膜中的C元素进行灰化处理，氧自由基与SiCN薄膜中的C元素反应形成CO或CO2被抽离。本发明使用O3灰化工艺代替传统的O2灰化工艺，O3可在较低能量下形成氧自由基，所以O3等离子体与O2等离子体相比，氧化能力更强，从而C元素的去除能力也更强，以达到优化SiCN的循环再使用目的，增加硅片的重复使用次数，降低生产成本。

Description

SiCN薄膜中C元素的去除方法及监控片再生工艺
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其是一种SiCN薄膜中C元素的去除方法，以及含有SiCN薄膜的监控片的循环再生处理工艺。
背景技术
在Cu金属互联工艺中，NDC（SiCN）薄膜材料通常与Low-k（低介电常数）材料相配合，用于铜互连介质层材料。因为NDC和Low-k材料中都含有一定成分的C元素，所以材料的介电常数得以降低，从而提高器件的信号响应速度。但由于NDC这种薄膜实际为“掺氮碳化硅（SiCN）”，Low-k材料实际为SiOC，它们的薄膜成分中都含有C元素，目前的湿法刻蚀工艺很难对日常监测的NPW（NonProductive Wafer监控片）进行循环再生（recycle）。
Low-k材料（SiOC）的recycle做法，通常是在湿法刻蚀前，先对SiOC薄膜进行O2灰化（Ash）处理，去除薄膜中的C元素，再用相应的酸（HF）进行recycle。但是存在O2等离子体灰化工艺存在去除效率不高，灰化处理时间长（一般为80s/片）等问题。
而NDC薄膜（SiCN）的实际循环使用效果更差，批量recycle中经常存在NDC薄膜去除不干净，导致NDC NPW无法循环使用。这是因为普通的O2灰化氧化能力不足以去除SiCN薄膜中的C元素，导致后续的酸（HF）处理无法完全去除NDC薄膜。所以在半导体工厂的实际量产中，NDC NPW通常是直接委外做再生（reclaim）处理。委外再生（reclaim）是将硅片包装运输到半导体厂以外的专业公司，利用特殊的化学研磨设备，不仅研磨去除Si衬底上的薄膜，而且还去除一部分硅衬底。再生（reclaim）不仅成本昂贵，而且与正常硅片相比，再生后的硅片更薄，这更加限制了NPW的再生次数，导致NDC监控片的使用成本昂贵。
发明内容
本发明所要解决的技术问题为优化SiCN薄膜中C元素的去除方法，以及含有SiCN薄膜的监控片的循环再生处理工艺。
本发明所采用的技术方案是：
一种SiCN薄膜中C元素的去除方法，使用O3等离子体对SiCN薄膜中的C元素进行灰化处理，氧自由基与SiCN薄膜中的C元素反应形成CO或CO2被抽离。
以及，一种含SiCN薄膜的监控片再生工艺，包括如下步骤：S1，对SiCN监控片进行O3等离子体灰化处理，氧自由基与SiCN薄膜中的C元素反应形成CO或CO2被抽离；S2，对监控片进行氢氟酸湿法刻蚀；S3，进行颗粒度检测与膜厚测量，以确认循环再生效果；S4，硅片投入循环再用。
使用O3灰化工艺代替传统的O2灰化工艺，O3可在较低能量下形成氧自由基，所以O3等离子体与O2等离子体相比，氧化能力更强，从而C元素的去除能力也更强，以达到优化SiCN的循环再使用目的，增加硅片的重复使用次数，降低生产成本。
附图说明
通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1是本发明的SiCN监控片的循环再生工艺流程图；
图2是本发明的SiCN监控片的循环再生工艺示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明针对日常生产监控使用的SiCN监控片的循环使用问题，使用一种新的灰化工艺，通过使用氧化能力更强的O3等离子体（O3plasma）替代传统工艺中的O2等离子体,对SiCN薄膜中的C元素进行灰化去除。
与氧气（O2）相比，臭氧（O3）的氧化能力更强，且更易形成氧自由基。氧自由基与SiCN薄膜中的C元素反应形成CO或CO2被抽离；将SiCN薄膜还原形成类似SiN薄膜后，通过相应的酸（通常为HF）即可将薄膜去除。
O3等离子体与O2等离子体相比，具有更强的氧化能力，其离解原理比较如下：
O2等离子体离解原理：
1.e+O2→e+O+O
2.e+O→2e+O+
O3等离子体离解原理：
1.e+O3→e+O2+O
2.e+O→2e+O+
从以上原理比较可以看出，O3灰化工艺和O2灰化工艺之间的差别主要在于第一步离解，O2的解离能较大，为498.34kJ·mol-1；而O3解离能较小，为142.67kJ·mol-1，即在较低的能量下就能离解，并且O3的氧化能力比O2强。因此，使用O3等离子体替代O2等离子体可以大大提高去除C元素的能力，以实现SiCN的循环再使用目的。
参见图1及图2所示，本发明公开了一种优化的含SiCN薄膜的监控片的循环再生工艺，包括如下步骤：S1，对SiCN监控片进行O3等离子体灰化处理，氧自由基与SiCN薄膜中的C元素反应形成CO或CO2被抽离；S2，对监控片进行氢氟酸湿法刻蚀；S3，进行颗粒度检测与膜厚测量，以确认循环再生效果；S4，硅片投入循环再用。
本发明使用O3灰化工艺代替传统的O2灰化工艺，O3可在较低能量下形成氧自由基，所以O3等离子体与O2等离子体相比，氧化能力更强，从而C元素的去除能力也更强，以达到优化SiCN的循环再使用目的，增加硅片的重复使用次数，降低生产成本。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (2)

1.一种SiCN薄膜中C元素的去除方法，其特征在于：使用O3等离子体对SiCN薄膜中的C元素进行灰化处理，氧自由基与SiCN薄膜中的C元素反应形成CO或CO2被抽离。
2.一种含SiCN薄膜的监控片再生工艺，其特征在于包括如下步骤：S1，对SiCN监控片进行O3等离子体灰化处理，氧自由基与SiCN薄膜中的C元素反应形成CO或CO2被抽离；S2，对监控片进行氢氟酸湿法刻蚀；S3，进行颗粒度检测与膜厚测量，以确认循环再生效果；S4，硅片投入循环再用。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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