CN103887147A - 用于多晶硅化学机械研磨制程中缺陷检测晶圆的制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于多晶硅化学机械研磨制程中缺陷检测晶圆（控片）的制作方法，在硅衬底上沉积一薄层氧化硅薄膜后，再在氧化硅层上沉积一层氮化硅阻挡层，然后再在氮化硅阻挡层上沉积一层多晶硅薄膜，并在循环使用中保留该氮化硅层。本发明增加了氮化硅阻挡层，可以有效解决在控片的循环使用过程中对硅衬底造成损伤产生COP缺陷而影响测机结果的问题，从而减少检测过程的误差，获得能够真实表征机器性能的检测数据。

Description

用于多晶硅化学机械研磨制程中缺陷检测晶圆的制作方法
技术领域
本发明涉及半导体领域中的晶圆制作方法，尤其一种多晶硅化学机械研磨制程中用于检测缺陷的晶圆制作方法。
背景技术
在多晶硅化学机械研磨的制程中，需要检测该制程造成的晶圆表面缺陷率有多高，根据缺陷率来判断是否需要对设备和工艺进行改进。在对该制程的设备做测试（测机）前，需先准备相应的检测晶圆，即控片。对于多晶硅化学机械研磨制程来说，因为研磨的对象为多晶硅薄膜，其硬度比氧化硅和氮化硅低，所以用常规的氧化硅或氮化硅膜来检测缺陷的方法不适用于多晶硅研磨制程。对该制程来说，采用相同材质的多晶硅薄膜作为检测缺陷的控片是更加有效的。
制作一片空白晶圆来作为缺陷检测晶圆，制作缺陷检测晶圆时，先在硅衬底上沉积一层氧化硅薄膜，再在氧化硅薄膜上沉积一层多晶硅薄膜，形成的晶圆从下至上的剖面堆叠结构为：硅衬底/氧化物层/多晶硅层。对缺陷检测晶圆进行多晶硅化学机械研磨，研磨后，部分多晶硅层被移除，检测研磨后的晶圆（多晶硅层）表面是否有微尘、微细划伤或划痕，从而评判设备或制程的状态是否可以用于正常生产。研磨后的晶片，再经过酸槽清洗去除残余的多晶硅和氧化硅层后，可以重新在硅衬底上依次沉积氧化硅薄膜和多晶硅薄膜，再次用于缺陷检测，因此，该缺陷检测晶圆可以重复循环利用。但是在循环利用过程中，在酸槽的过刻蚀和炉管（生长氧化物和多晶硅薄膜）的高温作用下，单晶硅衬底将会产生大量的空洞性缺陷（COP），其数量远远大于化学机械研磨制程中产生的缺陷，在具有COP的硅衬底上再次沉积氧化硅薄膜和多晶硅薄膜后，多晶硅薄膜上也会存在缺陷，这会导致对多晶硅化学机械研磨制程的研磨缺陷率检测失效。随着缺陷检测晶圆的循环利用次数越多，单晶硅衬底上产生的COP就越多，多晶硅薄膜上的缺陷也越多，研磨缺陷率的检测误差就越大，从而导致检测数据失效。
发明内容
本发明提供一种用于多晶硅化学机械研磨制程中缺陷检测晶圆的制作方法，可以解决在晶圆循环利用的过程中对硅衬底的损伤而产生大量的COP缺陷，从而解决测机晶圆本身的缺陷问题对测机数据的干扰。
为了达到上述目的，本发明提供了一种用于多晶硅化学机械研磨制程中缺陷检测的晶圆制作方法，该方法包含以下步骤：
步骤1、准备硅衬底；
步骤2、在硅衬底上沉积一层氧化硅薄膜；
步骤3、在氧化物层上沉积一层氮化硅阻挡层；
步骤4、在氮化硅阻挡层上沉积一层多晶硅薄膜；
步骤5、该制备的控片用于多晶硅化学机械研磨制程设备的测试，以表征研磨过程对晶圆表面造成的缺陷情况；
步骤6、通过酸槽制程清洗去除残余的多晶硅层，并保留氮化硅阻挡层；
步骤7、在氮化硅阻挡层上沉积一层多晶硅薄膜，返回步骤5。
在晶圆的循环利用中，多晶硅薄膜层在检测过程中被部分研磨掉，然后通过酸槽清洗去除残余的多晶硅层，再重新沉积一层多晶硅薄膜层，进行下次检测，不断重复上述过程。
所述的氮化硅阻挡层的厚度为1000A~3000A。
该晶圆从下至上的剖面堆叠结构为：硅衬底/氧化物层/氮化硅阻挡层/多晶硅层。
在使用酸槽去除残余多晶硅层时，由于酸槽对氧化硅和氮化硅的刻蚀速率不同（多晶硅的刻蚀速率远大于氮化硅），过刻蚀过程会在到达氮化硅阻挡层的时候结束，这样就确保了硅衬底不会受到过刻蚀的损害，从而保证了硅衬底上不会产生空洞性缺陷（COP），晶圆在后续的循环利用中，后沉积的多晶硅薄膜层上也不会产生由于硅衬底的COP而引起的缺陷，这样就能保证得到化学机械研磨制程的真实准确的缺陷检测数据，减少由于测机晶圆的问题而导致的测机数据不合格的情况。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是采用本发明之前和采用本发明之后检测到的晶圆表面缺陷数量图表。
具体实施方式
以下根据图1和图2，具体说明本发明的较佳实施例。
如图1所示，本发明提供一种用于多晶硅化学机械研磨制程中缺陷检测的晶圆制作方法，该方法包含以下步骤：
步骤1、准备硅衬底；
步骤2、在硅衬底上沉积一层氧化物薄膜；
步骤3、在氧化物层上沉积一层氮化硅阻挡层；
步骤4、在氮化硅阻挡层上沉积一层多晶硅薄膜；
步骤5、该制备的控片用于多晶硅化学机械研磨制程设备的测试，以表征研磨过程对晶圆表面造成的缺陷情况；
步骤6、通过酸槽制程清洗去除残余的多晶硅层，并保留氮化硅阻挡层；
步骤7、在氮化硅阻挡层上沉积一层多晶硅薄膜，返回步骤5。
所述的氮化硅阻挡层的厚度为1000A~3000A。
该晶圆从下至上的剖面堆叠结构为：硅衬底/氧化物层/氮化硅阻挡层/多晶硅层。
在晶圆的循环利用中，多晶硅薄膜层在检测过程中被部分研磨掉，并检测其表面缺陷从而表征研磨制程产生的缺陷情况，然后通过酸槽清洗去除残余的多晶硅层，再重新沉积一层多晶硅薄膜层，进行下次检测，不断重复上述过程。
在使用酸槽去除残余多晶硅层时，由于酸槽对氧化硅和氮化硅的刻蚀速率不同（多晶硅刻蚀速率远大于氮化硅），过刻蚀过程会在到达氮化硅阻挡层的时候结束，这样就确保了硅衬底不会受到过刻蚀的损害，从而保证了硅衬底上不会产生空洞性缺陷（COP），晶圆在后续的循环利用中，后沉积的多晶硅薄膜层上也不会产生由于硅衬底的COP而引起的缺陷，这样就能保证得到化学机械研磨制程的真实准确的缺陷检测数据，减少由于测机晶圆的问题而导致的测机数据不合格的情况。
如图2所示，右侧是未采用本发明之前检测到的缺陷数据，左侧是采用了本发明之后检测到的缺陷数据，从图中可以看出，采用本发明后，避免了由于硅衬底COP缺陷引起的缺陷，使得缺陷率明显下降。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种用于多晶硅化学机械研磨制程中缺陷检测的晶圆制作方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：
步骤1、准备硅衬底；
步骤2、在硅衬底上沉积一层氧化硅薄膜；
步骤3、在氧化硅层上沉积一层氮化硅阻挡层；
步骤4、在氮化硅阻挡层上沉积一层多晶硅薄膜；
步骤5、该制备的控片用于多晶硅化学机械研磨制程设备的测试，以表征研磨过程对晶圆表面造成的缺陷情况；
步骤6、通过酸槽制程清洗去除残余的多晶硅层，并保留氮化硅阻挡层；
步骤7、在氮化硅阻挡层上沉积一层多晶硅薄膜，返回步骤5。
2.如权利要求1所述的用于多晶硅化学机械研磨制程中缺陷检测的晶圆制作方法，其特征在于，在晶圆的循环利用中，多晶硅薄膜层在检测过程中被部分研磨掉，然后通过酸槽清洗去除残余的多晶硅层，再重新沉积一层多晶硅薄膜层，进行下次检测，不断重复上述过程。
3.如权利要求1所述的用于多晶硅化学机械研磨制程中缺陷检测的晶圆制作方法，其特征在于，所述的氮化硅阻挡层的厚度为1000A~3000A。
4.一种利用如权利要求1所述的用于多晶硅化学机械研磨制程中缺陷检测的晶圆制作方法所得到的晶圆，其特征在于，该晶圆从下至上的剖面堆叠结构为：硅衬底/氧化物层/氮化硅阻挡层/多晶硅层。
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