[发明专利]控片及其制造方法与应用

说明书

本发明涉及一种控片及其制造方法与应用。上述控片包括硅晶片、二氧化硅层、氮掺杂碳化硅层以及氮化硅层，由于炉管制程制作形成的氮化硅层的介质致密度高、化学性质稳定，能够耐受清洗设备中HF/HNO₃溶液的腐蚀，其受刻蚀的速率远小于硅晶片，保持控片的尺寸和形状，赋予控片良好的稳定性和实用性，因此，上述控片的使用寿命更长，降低了破片的风险，因而也降低了生产成本，并且在HF/HNO₃溶液清洗过程中控片的稳定性好。氮掺杂碳化硅层可以作为一种停止层，不易被HF/HNO₃溶液腐蚀，然而其表面的颗粒和均匀性经过HF/HNO₃溶液腐蚀后会存在明显波动，从而能够对氮化硅层的局部或全部区域的完全消耗起到警示作用。

技术领域

本发明涉及晶圆生产技术领域，特别是涉及一种控片及其制造方法与应用。

背景技术

在半导体制造工艺中，晶圆生产设备在经过维修处理或者维护之后，或者刚刚搬入厂内之后，需要对机台进行预热处理、进行设备验机，以保证后续正式投入生产时生产设备的正常稳定运行。

在设备验机过程中，会先使用一些裸晶圆片(即硅晶片)来测试生产设备的工艺状态，以获取生产工艺参数。这些用于测试的裸晶圆片通常称为控片。控片通常会进行回收利用。而如果晶圆生产设备没有经过验机，立即进行晶圆的量产，在没有参数的监控下，容易造成产品不合格，从而影响产线的计划安排。

氢氟酸和硝酸的混合溶液(以下称为HF/HNO₃溶液)由于其酸性和氧化性能，被广泛应用在晶圆的氧化层和表面附着金属离子的清洗工艺中。对于使用HF/HNO₃溶液作为清洗液的设备，如晶圆清洗设备，在对机台设备进行稳定循环清洗的测试过程中，HF/HNO₃溶液会腐蚀控片，影响控片的回收利用。

HF/HNO₃溶液对控片的腐蚀的化学反应原理如下式所示：

Si+HNO₃+6HF→H₂SiF₆+HNO₂+H₂O+H₂

如图1所示，控片受到HF/HNO₃溶液腐蚀前表面仅有少量颗粒，而腐蚀后控片的表面颗粒明显增多。如图2所示，腐蚀后的控片表面变得非常粗糙。

随着腐蚀时间增加，控片被逐渐损耗变薄。经过实验可知，质量比为1:50的HF/HNO₃溶液对控片腐蚀速率为如图3所示，控片被不断腐蚀时，其边缘会变得越来越尖锐。如图4和图5所示，在此情况下，用于夹取控片的边缘接触爪(ECO)对控片施加的压强增加，从而容易使控片片发生破片。在过往的破片案例中发现，当控片厚度变薄到450μm的时候，已难以承受ECO的应力作用而发生破片。因此，计算可知，对于普通的12英寸、厚度为775μm的控片，受到该溶液腐蚀，只能维持约110min，随后被ECO夹取时将发生破片而报废。因此，针对传统的生产工艺需要时常更换控片，导致生产成本高。

发明内容

基于此，有必要提供一种控片及其制造方法与应用，以解决控片在验机过程中受HF/HNO₃溶液腐蚀而影响其回收利用的问题。

本发明的其中一个目的是提供一种控片，方案如下：

一种控片，其特征在于，包括：

硅晶片；

二氧化硅层，通过热氧化工艺对所述硅晶片进行热氧化而形成；

氮掺杂碳化硅层，形成于所述二氧化硅层上；以及

氮化硅层，通过炉管制程在所述氮掺杂碳化硅层远离所述二氧化硅层的一侧上沉积氮化硅而形成。

与现有方案相比，上述控片具有以下有益效果：