CN108257885B - 物理气相沉积中钛或氮化钛颗粒控片的使用方法 - Google Patents

物理气相沉积中钛或氮化钛颗粒控片的使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种物理气相沉积中钛或氮化钛颗粒控片的使用方法，包括：步骤A：提供作为控片的晶圆片；步骤B：在所述晶圆片的表面形成氧化层；步骤C：在所述氧化层上进行物理气象沉积，以检测钛或氮化钛颗粒质量；步骤D：检测完成后，采用钨化学机械研磨方式去除钛薄膜或氮化钛薄膜及部分氧化层；其中，研磨去除的氧化层的厚度不超过生长的氧化层的厚度；步骤E：在下一次检测中，使用研磨后的晶圆片重复步骤C和步骤D；步骤F：当经过多次检测氧化层被完全消耗掉后，重复执行步骤B至步骤E。上述方法，控片的回收率更高，能够使控片重复使用的次数更高，降低控片的使用成本。

Description

物理气相沉积中钛或氮化钛颗粒控片的使用方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种物理气相沉积中钛或氮化钛颗粒控片的使用方法。
背景技术
控片(control wafer)是用于监控生产制程的晶圆。半导体设备在制程上随时间或多或少都可能产生飘移，例如设计要生长3000埃厚度的氧化层，同样一台设备、采用同样的制程，经过一段时间后只能生长2500埃。如果该漂移发生在产品生产的过程中，该产品晶圆就需补长500埃，除了成本的增加，时间也有所损失。而还有一些制程，例如蚀刻，则因为无法补救造成产品的报废。
所以采用控片先跑一遍工序，待各项指标符合设计要求后，再使用产品晶圆进行生产，可以降低次品率。当控片跑完工序后，若指标不符合设计要求，工程师还可以针对性地进行调整。
控片的使用发生在半导体工艺的很多工序中。物理气相沉积(Physical VaporDeposition，PVD)工艺在很多工序中用来沉积钛或氮化钛的薄膜，而该工序对钛或氮化钛的颗粒要求非常高。因此，几乎需要日常性地对该PVD制程进行质量监控，这导致控片的使用频率非常高。由此，需要控片能够重复使用，以降低控片的使用成本。
在传统的使用控片对PVD进行质量监控的方法中，钛或氮化钛薄膜一般形成在由晶圆片生长的二氧化硅层上，该二氧化硅层生长的厚度在3000埃左右。检测完成后，使用酸槽(内含HF溶液)将钛或氧化钛薄膜和二氧化硅层一起腐蚀剥离。然后在腐蚀后的晶圆片上再生长二氧化硅层继续使用。
该方法会因腐蚀造成控片晶圆表面粗糙，导致控片不方便再次使用，控片回收率较低。此外，由于每次都将二氧化硅层完全剥离，导致控片的厚度减薄得非常快，一片控片最多只能重复使用10次左右，导致控片的使用成本较高。
发明内容
基于此，有必要提供一种重复使用次数可大大提高的控片的使用方法。
一种物理气相沉积中钛或氮化钛颗粒控片的使用方法，包括：
步骤A：提供作为控片的晶圆片；
步骤B：在所述晶圆片的表面形成氧化层；
步骤C：在所述氧化层上进行物理气象沉积，以检测钛或氮化钛颗粒质量；
步骤D：检测完成后，采用钨化学机械研磨方式去除钛薄膜或氮化钛薄膜及部分氧化层；其中，研磨去除的氧化层的厚度不超过生长的氧化层的厚度；
步骤E：在下一次检测中，使用研磨后的晶圆片重复步骤C和步骤D；
步骤F：当经过多次检测氧化层被完全消耗掉后，重复执行步骤B至步骤E。
在其中一个实施例中，研磨去除的氧化层的厚度不超过生长的氧化层的厚度的1/10。
在其中一个实施例中，所述氧化层的厚度为9000～10000埃；所去掉的氧化层的厚度小于1000埃。
在其中一个实施例中，在每一次步骤B形成的氧化层的厚度相同或不同。
在其中一个实施例中，在步骤B中，采用热氧化法在晶圆片的表面生长所述氧化层。
在其中一个实施例中，在每一次步骤C之前，还通过洗涤塔对晶圆片进行洗涤处理。
在其中一个实施例中，所述步骤A包括：对晶圆片进行清洁处理。
在其中一个实施例中，在步骤B中，在晶圆的两个表面都形成所述氧化层，并在执行步骤C和步骤D时，选用其中一个表面的氧化层；以及在步骤F中，当其中一个表面的氧化层被消耗完后，使用另一个表面的氧化层。
在其中一个实施例中，当一个表面的氧化层被耗尽后，执行到步骤B时，立即在氧化层耗尽的表面再次形成氧化层。
在其中一个实施例中，当两个表面的氧化层被耗尽后，执行到步骤B时，在两个表面再次形成氧化层。
上述方法，通过钨化学机械研磨方式，可以使一次形成的氧化层到达多次重复使用。而控片晶圆则完全不会因为腐蚀或其他原因出现表面粗糙的情况。因此回收率更高。配合多次氧化过程，能够使控片重复使用的次数更高，大大提高控片的使用次数，降低控片的使用成本。
附图说明
图1为一实施例的控片的使用方法流程图；
图2为物理气相沉积的原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，进行进一步说明。
图1为一实施例的控片的使用方法流程图。该方法包括以下步骤S110～S160。
步骤S110：提供作为控片的晶圆片。控片是用于监控生产制程的晶圆，在本实施例中，是用来监控采用物理气相沉积(PVD)法形成的钛或氮化钛(TI/TIN)薄膜的颗粒的质量。晶圆片为“裸晶圆”(bare wafer)，也即没有经过其他工艺的空白晶圆。在本步骤中，还可以包括对晶圆片的清洁处理步骤。
步骤S120：在所述晶圆片的表面形成氧化层。该氧化层可以是二氧化硅(SiO2)层，用来作为形成钛或氮化钛薄膜的衬底。该氧化层上还可以形成槽或缺口，以测试钛或氮化钛薄膜在槽或缺口的侧壁及底部形成的状况。在本实施例中，氧化层的厚度比传统的控片上形成的氧化层的厚度大，一般为9000～10000埃。该氧化层可以采用热氧化法在晶圆片的一个表面形成，也可以采用诸如沉积等其他方式形成所述氧化层。
步骤S130：在所述氧化层上进行物理气象沉积，以检测钛或氮化钛颗粒质量。本步骤包括物理气象沉积的步骤和检测的步骤。其中，物理气象沉积的步骤用于将钛或氮化钛薄膜形成在氧化层上。检测的步骤根据形成的钛或氮化钛薄膜，检测钛或氮化钛颗粒的质量是否符合要求。
参考图2，物理气象沉积的原理简述如下：采用氩离子轰击靶材，使靶材中的原子飞散并附着在衬底上。靶材的材料为想要附着的材料，本实施例中即为钛靶材。氧化层上形成钛或氮化钛的薄膜后，即可执行上述的检测步骤。
步骤S140：检测完成后，采用钨化学机械研磨方式去除钛薄膜或氮化钛薄膜及部分氧化层；其中，研磨去除的氧化层的厚度不超过生长的氧化层的厚度的1/10。化学机械研磨(Chemical Mechanical Polish,CMP)是一种在晶圆表面添加腐蚀性化学品同时伴随采用研磨盘机械研磨抛光晶圆表面薄膜的工艺，可以选择性的使用不同的腐蚀液来抛光不同的表面物质，本实施例中使用抛光金属钨的化学机械研磨工艺(WCMP)，其对金属类薄膜研磨速度远大于对氧化层的研磨速度。WCMP可以比较好地控制减薄的厚度，且研磨后晶圆表面的平坦度一般很高。因此采用WCMP可以做到在去除钛薄膜或氮化钛薄膜后，研磨掉很少一部分氧化层，并使氧化层的表面保持较好的平整度。研磨掉的氧化层的厚度可以在1000埃左右。
步骤S150：在下一次检测中，使用研磨后的晶圆片重复步骤C和步骤D。由于研磨后控片上继续保留了一部分的氧化层，且其表面具有较好的平整度。因此可以直接将该控片用于下一次的检测。也即在氧化层上采用PVD形成钛薄膜或氮化钛薄膜，然后检测钛薄膜或氮化钛薄膜的质量，达到监控的目的。
由上可以看出，一次氧化可以到达10次左右的重复使用。而控片晶圆则完全不会因为腐蚀或其他原因出现表面粗糙的情况。因此回收率更高。
步骤S160：当经过多次检测氧化层被完全消耗掉后，重复执行步骤B至步骤E。一次氧化形成的氧化层经过10次左右被完全研磨掉，也经过了10次左右的监控。控片的剩余厚度还可以进行再次氧化，形成9000-10000埃的厚度的氧化层，并重复上述过程，再次提供10次左右的监控。一般地，控片的原始厚度至少可以进行4次氧化，从而提高至少40次左右的监控，大大提升了控片的使用率，减少了控片的使用成本。
可以理解，上述氧化层的厚度不限于所提出的厚度。一次氧化所能够提供的监控次数也可以随之改变。控片本身所能够提供的氧化次数也根据每次氧化的厚度随之改变。
进一步地，在每一次步骤S130之前，还通过洗涤塔对晶圆片进行洗涤处理。经过WCMP过程的晶圆进行洗涤处理，可以保证具有部分氧化层的控片能够直接用于一次检测。
可以理解，上述步骤S120中，可以在晶圆的两个表面都形成所述氧化层，并在执行步骤S130和步骤S140时，选用其中一个表面的氧化层。两个表面的氧化层甚至可以交替用于监控使用并减薄。同时，在执行步骤S160时，当其中一个表面的氧化层被消耗完后，使用另一个表面的氧化层。这样一次氧化可以达到更多次数的监控使用
在一个实施例中，当一个表面的氧化层被耗尽后，执行到步骤S120时，可以立即在氧化层耗尽的表面再次形成氧化层，而不需要等待另一个表面的氧化层也被耗尽。在另一实施例中，可以等到两个表面的氧化层均被耗尽后，执行到步骤S120时，在两个表面再次同时形成氧化层。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种物理气相沉积中钛或氮化钛颗粒控片的使用方法，包括：
步骤A：提供作为控片的晶圆片；
步骤B：在所述晶圆片的表面形成氧化层；
步骤C：在所述氧化层上进行物理气相沉积，以检测钛或氮化钛颗粒质量；
步骤D：检测完成后，采用钨化学机械研磨方式去除钛薄膜或氮化钛薄膜及部分氧化层，以使研磨去除的氧化层的厚度不超过生长的氧化层的厚度的1/10；
步骤E：在下一次检测中，使用研磨后的晶圆片重复步骤C和步骤D；
步骤F：当经过多次检测氧化层被完全消耗掉后，重复执行步骤B至步骤E；
在步骤B中，在晶圆的两个表面都形成所述氧化层，并在执行步骤C和步骤D时，选用其中一个表面的氧化层；以及在步骤F中，当其中一个表面的氧化层被消耗完后，使用另一个表面的氧化层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化层的厚度为9000～10000埃；所去掉的氧化层的厚度小于1000埃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述晶圆片的表面形成所述氧化层的方法包括热氧化法或沉积。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在每一次步骤B形成的氧化层的厚度相同。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在每一次步骤B形成的氧化层的厚度不同。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤B中，采用热氧化法在晶圆片的表面生长所述氧化层。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在每一次步骤C之前，还通过洗涤塔对晶圆片进行洗涤处理。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括：对晶圆片进行清洁处理。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当一个表面的氧化层被耗尽后，执行到步骤B时，立即在氧化层耗尽的表面再次形成氧化层。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当两个表面的氧化层被耗尽后，执行到步骤B时，在两个表面再次形成氧化层。
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