多晶硅检测晶圆的处理方法、回收利用方法

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种多晶硅检测晶圆的处理方法、回收利用方法。

背景技术

现有芯片工艺中，控片用于在正式生产前对新工艺进行测试和监控良率。由于控片作为辅助生产材料在生产过程中耗费量巨大，晶圆厂商通常将已使用过的控片经过各种工序处理后再利用，以减少控片的消耗量。多晶硅检测晶圆是控片的一种。基于现有工艺流程，非掺杂多晶硅刻蚀检测晶圆的回收利用失效率高达60％，给生产制造成本造成的压力很大，非掺杂多晶硅刻蚀检测晶圆的回收利用已经成为生产制造部门重点关注的问题。

提供一种多晶硅检测晶圆的回收利用方法，提高非掺杂多晶硅检测晶圆的回收利用率，降低生产成本，是亟需解决的问题，对晶圆厂商有非常大的经济价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多晶硅检测晶圆的处理方法、回收利用方法，提高多晶硅检测晶圆的回收利用率，降低生产成本。

为了解决上述问题，本发明提供了一种多晶硅检测晶圆的处理方法，在所述多晶硅检测晶圆被重复利用前执行如下工艺：化学机械研磨，所述化学机械研磨的压力大于4磅/平方英寸；以及晶圆清洗。

在一些实施例中，执行化学机械研磨的工艺前，所述多晶硅检测晶圆的表面具有氧化层。

在一些实施例中，执行化学机械研磨的工艺前，进一步包括步骤：去除多晶硅及氧化层。

在一些实施例中，采用湿法腐蚀的方法执行所述去除多晶硅及氧化层的步骤。

在一些实施例中，所述多晶硅检测晶圆的表面具有标记。

在一些实施例中，所述标记采用激光打标的方法形成。

在一些实施例中，所述清洗为湿法清洗。

在一些实施例中，所述湿法清洗为工业标准湿法清洗工艺。

在一些实施例中，所述化学机械研磨的研磨头为陶瓷材料。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种多晶硅检测晶圆的回收利用方法，包括以下步骤：检测所述多晶硅检测晶圆并获取缺陷前值；执行多晶硅加工工艺；多晶硅及氧化层腐蚀；化学机械研磨，所述化学机械研磨的压力大于4磅/平方英寸；晶圆清洗。

在一些实施例中，检测所述多晶硅检测晶圆包括检测所述多晶硅检测晶圆表面的缺陷的数量。

上述技术方案，通过在多晶硅检测晶圆被重复利用前执行如下工艺：化学机械研磨，所述化学机械研磨的压力大于4磅/平方英寸；以及晶圆清洗，大大减少所述多晶硅检测晶圆表面的缺陷，提高了多晶硅检测晶圆的回收利用率，使得所述多晶硅检测晶圆能够重复利用，减少了多晶硅检测晶圆的消耗，降低了生产成本。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例提供的多晶硅检测晶圆的处理方法的流程示意图；

图2是本发明第二实施例提供的多晶硅检测晶圆的回收利用方法的流程示意图；

图3A、图3B、图3C是本发明第二实施例提供的多晶硅检测晶圆的截面示意图；

图4A、图4B、图4C是本发明一实施例提供的多晶硅检测晶圆缺陷图形。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明第一实施例提供的多晶硅检测晶圆的处理方法的流程示意图，下面参阅图1，所述晶硅检测晶圆的处理方法在所述检测晶圆被重复利用前执行如下工艺：步骤S101，化学机械研磨，所述化学机械研磨的压力大于4磅/平方英寸；步骤S102，晶圆清洗。

下面参考步骤S101，化学机械研磨，所述化学机械研磨的压力大于4磅/平方英寸。化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，简称CMP)是半导体器件制造工艺中的一种不可或缺的实现工件表面平坦化的方法。化学机械研磨主要用于对硅片或者其它衬底材料进行平坦化处理。化学机械研磨将待研磨工件处在一定的向下的压力下，以及抛光液(由超细颗粒、化学氧化剂和液体介质组成的混合液)的作用下，使待研磨工件相对于一个抛光垫作旋转运动，借助抛光液中的磨粒的机械磨削作用及化学氧化剂的腐蚀作用来完成对待研磨工件表面的材料去除，获得光洁的表面。

在本实施例中，所述化学机械研磨的压力大于4磅/平方英寸，即所述化学机械研磨的压力大于4psi。相比于常规的化学机械研磨的压力为3～4磅/平方英寸，在本实施例所述化学机械研磨的大于4磅/平方英寸的压力能够使所述多晶硅检测晶圆紧贴于研磨平台，并且能够加大摩擦的力度，增大对所述多晶硅检测晶圆的研磨速度，增强对所述多晶硅检测晶圆的研磨效果。

参考步骤S102，晶圆清洗。所述清洗是指在所述化学机械研磨工艺后的进一步清洗，为下一步工艺做准备。

在本实施例中，所述多晶硅检测晶圆回收利用后主要是用于进入氧化炉生长氧化层，为了重复利用所述多晶硅检测晶圆，步骤S102所述的清洗，为下一步进入氧化炉生长氧化层做准备。

在本实施例中，执行化学机械研磨的工艺前，所述多晶硅检测晶圆的表面具有氧化层。

为了能回收利用所述晶硅检测晶圆，需要将所述多晶硅检测晶圆表面的多晶硅及氧化层去掉。因此在执行化学机械研磨的工艺前，进一步包括步骤：去除多晶硅及氧化层。

在本实施例中，采用湿法腐蚀的方法执行所述去除多晶硅及氧化层的步骤。

在现有技术的工艺处理中，通常只采用多晶硅及氧化层腐蚀的方法处理需要回收利用的所述多晶硅检测晶圆。但是从所述多晶硅检测晶圆的实际检测结果看，只采用多晶硅及氧化层腐蚀的方法并完成清洗后的所述多晶硅检测晶圆表面的缺陷还有很多，无法满足所述多晶硅检测晶圆回收利用的要求。在一些测试结果中，所述多晶硅检测晶圆的回收利用失效率超过60％。因此亟需一种新的多晶硅检测晶圆的处理方法，减少所述多晶硅检测晶圆表面的缺陷，提高所述多晶硅检测晶圆回收利用率。

在本实施例中，所述多晶硅检测晶圆的表面具有标记。

本实施例中，为了区分待回收利用的所述多晶硅检测晶圆与其他的晶圆片，以及能够在后续工艺流程中管控与追踪不同功能的晶圆片，所述多晶硅检测晶圆的表面具有特定的检测晶圆专用标识。

在本实施例中，所述标记采用激光打标的方法形成。即在晶圆下线时，采用激光给不同功能的晶圆做统一标记。所述标记能够在工艺流程中时刻被读取，保证所述多晶硅检测晶圆在工艺流程中能够被识别及被追踪。

在本实施例中，所述清洗为湿法清洗。所述湿法清洗即采用液体化学溶剂和去离子水，氧化、蚀刻和溶解所述多晶硅检测晶圆表面的各种污染物，所述污染物包括颗粒、有机物、以及金属离子污染。

在本实施例中，所述湿法清洗为工业标准湿法清洗工艺，即RCA清洗工艺。在本实施例中，所述多晶硅检测晶圆回收利用后主要是用于进入氧化炉生长氧化层，因此清洗所述多晶硅检测晶圆主要用于为所述多晶硅检测晶圆进入氧化炉做准备。所述RCA清洗工艺中，进氧化炉前的清洗主要依次执行以下步骤：(1)去除有机物和细颗粒；(2)冲洗；(3)去除薄氧化层；(4)冲洗；(5)去除金属污染；(6)冲洗；(7)干燥。

在一些实施例中，在RCA清洗工艺中引入了兆声清洗，所述兆声清洗能够减少液体化学溶剂以及去离子水的消耗量，缩短所述多晶硅检测晶圆在清洗液中的浸蚀的时间，缩短总的清洗时长，提高清洗效率。

在另一些实施例中，采用干法清洗与湿法清洗相结合的清洗方法。

在本实施例中，所述化学机械研磨的压力为5磅/平方英寸，是相对高压的化学机械研磨。相对高压的化学机械研磨，能够使所述检测晶圆紧贴研磨平台，并且加大摩擦的力度，对所述多晶硅检测晶圆的研磨效果更好，能够更好地清除所述多晶硅检测晶圆表面的缺陷。

在本实施例中，所述化学机械研磨的研磨头为陶瓷材料。陶瓷材料具有高耐磨的特点。

在本实施例中，采用高研磨率的研磨液。

本实施例中的化学机械研磨方法采用相对高压的研磨压力、以高耐磨的陶瓷材料制成的研磨头以及高研磨率的研磨液，是一种特色相对高压化学机械研磨。在本实施例中，所述特色相对高压化学机械研磨工艺除了对所述多晶硅检测晶圆表面的多晶硅具有研磨效果，对所述多晶硅检测晶圆表面的硅也有一定的研磨效果。当去除所述多晶硅检测晶圆表面的硅的时候，能够同步去除所述多晶硅检测晶圆表面的缺陷。

本发明一实施例对25枚所述多晶硅检测晶圆做了对照实验。下面参阅表1，表1是本实施例提供的多晶硅检测晶圆的处理方法的对照实验数据表格。

表1多晶硅检测晶圆的处理方法的对照实验数据

本实施例主要关注表格数据中第二列Slot ID、第六列Remark、第七列Size、以及第九列Size。其中，第二列Slot ID是槽编号，每枚多晶硅检测晶圆与之所处的槽编号一一对应；第六列Remark是现有技术的工艺处理中，只采用多晶硅及氧化层腐蚀的方法处理后，所述多晶硅检测晶圆后的回收结果，其中ok表示达到回收要求，defect NG表示缺陷/不良；第七列Size为只采用采用多晶硅及氧化层腐蚀的方法处理并进行晶圆清洗后，多晶硅检测晶圆表面不同尺寸的缺陷颗粒数；第九列Size是再经过本发明的特色相对高压化学机械研磨方法处理并进行晶圆清洗后，多晶硅检测晶圆表面不同尺寸的缺陷颗粒数。第七列Size、以及第九列Size分别由四个尺寸的缺陷颗粒数组成，四个尺寸的缺陷颗粒数相加即为缺陷颗粒总数。

从表1的第七列Size的数据可以看出，采用现有多晶硅及氧化层腐蚀的方法对所述多晶硅检测晶圆做处理并进行清洗后，表面缺陷颗粒总数小于50的多晶硅检测晶圆的数量只有13枚，能够满足重复利用要求(Remark为ok)的多晶硅检测晶圆只有11枚。从表1的第九列Size的数据可以看出，采用前文中所述的特色相对高压化学机械研磨方法处理并按照步骤S102晶圆清洗(本实施例中是湿法清洗)后，所述多晶硅检测晶圆的所述缺陷颗粒总数都在50以内，四种尺寸的缺陷颗粒数都大幅降低，不少尺寸的缺陷颗粒数降为零。

实验结果表明，对所述多晶硅检测晶圆进行多晶硅及氧化层腐蚀后，采用所述特色相对高压化学机械研磨对所述多晶硅检测晶圆进行研磨，能大大降低所述多晶硅检测晶圆表面的缺陷颗粒数。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种多晶硅检测晶圆的回收利用方法。

图2是本发明第二实施例提供的多晶硅检测晶圆的回收利用方法的流程示意图。下面参阅图2，所述多晶硅检测晶圆的回收利用方法包括循环执行以下步骤：步骤S201，检测所述多晶硅检测晶圆并获取缺陷前值；步骤S202，执行多晶硅加工工艺；步骤S203，多晶硅及氧化层腐蚀；步骤S204，化学机械研磨，所述化学机械研磨的压力大于4磅/平方英寸；步骤S205，晶圆清洗。在本实施例中，所述多晶硅检测晶圆的表面已具有检测晶圆专用标识，用于区分多晶硅检测晶圆与其他的晶圆片，以便在工艺流程中，对所述多晶硅检测晶圆进行识别和管控。

参考步骤S201，检测所述多晶硅检测晶圆并获取缺陷前值。本步骤用于检测并记录在多晶硅工艺前，所述多晶硅检测晶圆表面的缺陷情况。所述缺陷前值即为此时检测的缺陷值。如果检测结果满足要求，则可以将所述多晶硅检测晶圆重复利用并进入下一工艺步骤。

能够清除掉所述多晶硅检测晶圆表面的绝大部分的缺陷，是本方法能够多次循环执行的关键。

参考步骤S202，执行多晶硅加工工艺。本步骤执行常规的生产流程中的多晶硅加工工艺。在本实施例中，所述多晶硅加工工艺包括：步骤S2021，热氧化生长衬底氧化层；步骤S2022，衬底氧化层的膜厚测量；步骤S2023，非掺杂多晶硅沉积；步骤S2024，非掺杂多晶硅的膜厚测量。

图3A、图3B、图3C是本发明第二实施例提供的多晶硅检测晶圆的截面示意图。图3A所示为执行步骤S202前多晶硅检测晶圆的状态，所述多晶硅检测晶圆包括衬底硅片301。图3B所示为执行步骤S2021后多晶硅检测晶圆的状态，所述多晶硅检测晶圆包括衬底硅片301和氧化层302。图3C所示为执行步骤S2023后多晶硅检测晶圆的状态，所述多晶硅检测晶圆包括衬底硅片301、氧化层302、以及多晶硅303。在本实施例中，所述氧化层302工艺要求为1000埃(A)，所述多晶硅303工艺要求为2000埃(A)。

步骤S202中所述多晶硅加工工艺完成后，可直接用于其他工艺流程。

步骤S203，多晶硅及氧化层腐蚀。在本实施例中，由于包含步骤S2021：热氧化生长衬底氧化层以及步骤S2023：非掺杂多晶硅沉积，在执行化学机械研磨的工艺前，首先对所述多晶硅检测晶圆执行多晶硅及氧化层湿法腐蚀的方法。本步骤清除所述多晶硅303以及所述氧化层302，但是仍有不少缺陷位于所述多晶硅检测晶圆表面，无法满足回收利用的要求，需要执行下一步骤S204。

步骤S204，化学机械研磨，所述化学机械研磨的压力大于4磅/平方英寸。在本实施例中，采用所述特色相对高压化学机械研磨方法对所述多晶硅检测晶圆进行研磨，即采用相对高的研磨压力、以高耐磨的陶瓷材料制成的研磨头以及高研磨率的研磨液。

步骤S205，晶圆清洗。在本实施例中，采用RCA清洗工艺对所述多晶硅检测晶圆进行清洗。

步骤S205完成后，所述多晶硅检测晶圆的状态回到图3A中所示，只包括所述衬底硅片301。并且所述衬底硅片301表面的缺陷满足重复利用要求。

处理完成所述的多晶硅检测晶圆后，回到步骤S201，检测所述多晶硅检测晶圆并获取缺陷前值，检测后满足要求的所述的多晶硅检测晶圆进入后续的步骤S202、步骤S203、步骤S204、以及步骤S205。将每次获取的所述缺陷前值，并进行比较，也能够直接地展示多晶硅检测晶圆的回收利用的效果。

在一些实施例中，检测所述多晶硅检测晶圆包括检测所述多晶硅检测晶圆表面的缺陷的数量。

在本实施例中，所述多晶硅检测晶圆用于热氧化生长衬底氧化层的工艺，要求多晶硅检测晶圆进机台氧化炉炉管前的缺陷颗粒数小于50。

在本实施例中，检测所述多晶硅检测晶圆包括检测所述多晶硅检测晶圆表面的缺陷的数量以及检测所述缺陷是否在所述多晶硅检测晶圆的表面形成特殊的缺陷图形。

图4A、图4B、图4C是本发明一实施例提供的多晶硅检测晶圆缺陷图形。

如图4A所示，多晶硅检测晶圆表面缺陷颗粒数为305，超过50的要求，因此检测所述多晶硅检测晶圆不符合重复利用的要求。继续参阅图4A，绝大部分缺陷集中位于所述多晶硅检测晶圆表面的中部，会在所述多晶硅检测晶圆表面的中部形成一个圆形图像，所述圆形图像即为一种特殊的缺陷图形。所述多晶硅检测晶圆表面形成特殊的缺陷图形，会影响后续所述多晶硅检测晶圆在氧化炉中衬底氧化层生长的均匀性。

下面参阅图4B，所述多晶硅检测晶圆表面的缺陷的颗粒数为32，未超出限定值50。但是，由于缺陷尺寸偏大并且大部分缺陷集中位于所述多晶硅检测晶圆表面的中部，所述多晶硅检测晶圆表面的中部形成了一个块状图像，所述块状图像也是一种特殊的缺陷图形。因此也会影响后续所述多晶硅检测晶圆在氧化炉中衬底氧化层生长的均匀性，不符合多晶硅检测晶圆重复利用的要求。

参阅图4C，所述多晶硅检测晶圆表面的缺陷的颗粒数为11，未超出限定值50，且缺陷在所述多晶硅检测晶圆表面比较分散，未形成特殊的缺陷图形。图4C中的多晶硅检测晶圆符合多晶硅检测晶圆重复利用的要求。

在本实施例中，所述多晶硅检测晶圆表面的缺陷的数量超出限定值，或者所述多晶硅检测晶圆的表面形成特殊的缺陷图形，以上两种情况任意一种出现，则所述多晶硅检测晶圆不符合重复利用的要求。

上述技术方案，通过在多晶硅检测晶圆被重复利用前执行如下工艺：化学机械研磨，所述化学机械研磨的压力大于4磅/平方英寸；以及晶圆清洗，大大提高了多晶硅检测晶圆的回收利用率，使得所述多晶硅检测晶圆能够重复利用，减少了多晶硅检测晶圆的消耗，降低了生产成本。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅是本发明的优选实施例，并非用于限定本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。