形貌测试片及其形成方法

形貌测试片及其形成方法
【专利摘要】本发明提供一种形貌测试片及其形成方法，包括：提供一待回收的标准监控片，所述标准监控片包括一半导体衬底及设置于所述半导体衬底上的掺杂区；清洗所述标准监控片以去除所述标准监控片上的杂质；在所述标准监控片上形成一保护层；研磨所述保护层但不暴露出所述掺杂区，形成形貌测试片。通过对标准监控片进行清洗、形成保护层、再研磨的方法回收标准监控片并再利用为形貌测试片，提高了标准监控片的回收利用率，降低了生产成本。
【专利说明】形貌测试片及其形成方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造【技术领域】，特别涉及一种形貌测试片及其形成方法。

【背景技术】
[0002] 在半导体制造过程中，为控制阈值电压，需要进行离子注入。离子注入的过程是在 真空系统中进行的，首先把掺杂原子离子化，再将能量加速后的离子注入至材料的特定区 域，注入离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变 化，从而优化材料表面性能，形成一个具有特殊性质的注入层。
[0003] 离子注入是否稳定可靠，对器件的性能有着举足轻重的影响。生产中，通常会使用 标准监控片来监控离子注入效果，标准监控片的制作流程是：首先，提供一半导体衬底，所 述半导体衬底为裸片（bare wafer);接着，在半导体衬底的预定区域进行监控程式的离子 注入，形成掺杂区；接着，进行退火，以激活注入的杂质，形成标准监控片；之后，使用钨探 针将掺杂区与外接电路相连进行阻值量测，根据掺杂区的阻值稳定程度来判断离子注入的 稳定性。由于每种注入离子都有与之对应的监控程式，所以日常的标准监控片的消耗量十 分巨大,导致生产成本较高。
[0004] 半导体制造领域，后段制程（BE0L)研发过程中需要确认设计工艺是否达到要求， 验证方法通常选择在提供的晶圆上进行设计工艺的图形结构制作，通过检测该图形结构来 确定设计是否达到要求。所述提供的晶圆称之为形貌测试片（structure wafer)，在后段制 程研发过程中需要数量也非常可观。


【发明内容】

[0005] 本发明将离子注入后的标准监控片回收再利用，回收处理后作为后段制程的形貌 测试片使用，降低生产成本。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种形貌测试片的形成方法，包括：
[0007] 提供一待回收的标准监控片，所述标准监控片包括一半导体衬底及设置于所述半 导体衬底上的掺杂区；
[0008] 清洗所述标准监控片以去除所述标准监控片上的杂质；
[0009] 在所述标准监控片上形成一保护层；
[0010] 研磨所述保护层但不暴露出所述掺杂区，形成形貌测试片。
[0011] 可选的，在形貌测试片的形成方法中，所述保护层为二氧化硅层。
[0012] 可选的，在形貌测试片的形成方法中，所述标准监控片是用于离子注入工艺的标 准监控片。
[0013] 可选的，在形貌测试片的形成方法中，所述标准监控片的掺杂区上残留有探测针 孔。
[0014] 可选的，在形貌测试片的形成方法中，所述保护层的厚度大于探测针孔的深度与 研磨厚度之和。
[0015] 可选的，在形貌测试片的形成方法中，清洗所述标准监控片的步骤包括：
[0016] 使用第一清洗液清洗所述标准监控片；
[0017] 使用第二清洗液清洗所述标准监控片；以及
[0018] 使用第三清洗液清洗所述标准监控片。
[0019] 可选的，在形貌测试片的形成方法中，所述第一清洗液为为氨水与双氧水的混合 溶液。
[0020] 可选的，在形貌测试片的形成方法中，所述第二清洗液为盐酸与双氧水的混合溶 液。
[0021] 可选的，在形貌测试片的形成方法中，所述第三清洗液为稀释的氢氟酸溶液。
[0022] 根据发明的另一方面，本发明还提供了一种形貌测试片，所述形貌测试片采用上 述任一项所述的方法形成。
[0023] 与现有技术相比，本发明通过对标准监控片进行清洗、形成保护层、再研磨的方法 回收标准监控片并再利用为形貌测试片，提高了标准监控片的回收利用率，降低了生产成 本。

【专利附图】

【附图说明】
[0024] 图1是使用后留有针孔的标准监控片的掺杂区的结构示意图；
[0025] 图2是图1的AA'方向剖面结构示意图；
[0026] 图3是形成保护层后的标准监控片结构示意放大图；
[0027] 图4是形貌测试片的结构示意图；
[0028] 图5是本发明一实施例的形貌测试片的形成方法流程图。

【具体实施方式】
[0029] 在【背景技术】中已经提及，目前标准监控片和形貌测试片的用量很大，导致生产成 本较高。基于此，本申请发明人将标准监控片回收并利用为形貌测试片，以降低生产成本。 但处理的难点有两个：一是标准监控片经过测量掺杂区后，标准监控片表面已布满了深度 约为10微米的探测针孔（图1，图2)。二是探针的主要成分为钨，探测针孔附近会有钨成 分的残留污染。现在常用的回收再利用方法是将标准监控片回收，然后进行研磨处理，以去 除掺杂区上的探测针孔，之后，将其转化成形貌测试片。这种通过研磨的方法回收再利用标 准监控片的方法，会造成一定数量的碎片、划伤等不良，使得标准监控片的利用率不高。
[0030] 以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要 求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非 精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0031] 图1?图4是本发明一实施例形貌测试片形成过程的器件结构示意图，图5是本 发明一实施例的形貌测试片的形成方法流程图，结合图1?图5,本发明提供了一种形貌测 试片的形成方法，包括：
[0032] 步骤S10 :提供一待回收的标准监控片10,所述标准监控片10包括一半导体衬底 11及形成于所述半导体衬底上的掺杂区12 ;
[0033] 步骤S11 :清洗所述标准监控片10以去除所述标准监控片10上的杂质；
[0034] 步骤S12 :在所述标准监控片10上形成一保护层14 ;
[0035] 步骤S13 :研磨所述保护层14但不暴露所述掺杂区12,形成形貌测试片20。
[0036] 本发明通过对标准监控片进行清洗以去除标准监控片10上的杂质，然后形成保 护层并进行研磨以使其平坦化，从而将标准监控片再利用为形貌测试片，提高了标准监控 片的回收利用率，降低了生产成本。
[0037] 下面结合图1至图4详细说明本发明的形貌测试片的形成方法。
[0038] 首先，执行步骤S10,提供一待回收的标准监控片10,所述标准监控片10包括一半 导体衬底11及设置于所述半导体衬底11上的掺杂区12。本实施例中，所述标准监控片10 是离子注入工艺的标准监控片。利用标准监控片10进行离子注入工艺监控时，使用钨探针 将掺杂区12与外接电路相连以进行阻值量测，根据掺杂区12的阻值稳定程度来判断离子 注入的稳定性。由于使用了钨探针，因此所述掺杂区12上残留有探测针孔13,所述探测针 孔13分布在所述掺杂区12表面，探测针孔13的深度通常是10微米左右，造成半导体衬底 11表面凹凸不平，无法直接作为后段制程的形貌测试片使用。
[0039] 接着，执行步骤S11，清洗所述标准监控片10以去除所述标准监控片10上的杂 质，根据实际需要选择合适的清洗液，例如，本实施例中，使用了钨探针测量标准监控片10 的阻值，故，标准监控片10上具有钨残留，为此需要采用去除钨残留的清洗液进行清洗。优 选实施例中，采用湿法清洗（Wet Clean)工艺，具体地说，使用第一清洗液、第二清洗液、第 三清洗液清洗所述标准监控片10。所述第一清洗液为氨水与双氧水的混合溶液即SC1， 通过氧化和微蚀刻方法来去除标准监控片10表面的颗粒物；所述第二清洗液为盐酸与双 氧水的混合溶液即SC2,用于溶解碱金属离子和铝、铁及镁之氢氧化物，另外盐酸中氯离子 与残留金属离子发生络合反应形成易溶于水溶液的络合物，可彻底去除金属污染物，标准 监控片10上的钨残留就是通过第二清洗液去除的；所述第三清洗液为稀释氢氟酸水溶液 (DHF)，稀释氢氟酸水溶液被用以去除原生保护层及SCI和SC2溶液清洗后双氧水在晶圆表 面上氧化生成的一层化学保护层。通过上述清洗步骤，可以较佳的控制标准监控片的清洁 度。当然，在其他实施例中，也可以只采用上述清洗液中的一种或者两种。
[0040] 接着，执行步骤S12,在所述标准监控片10上形成一保护层14,所述保护层14优 选为二氧化硅层，由于所述标准监控片10表面有探测针孔13,根据表面复制效应，二氧 化硅层生长得并不平坦。所述保护层14的形成方法可以利用等离子体化学气相沉积技 术（PCVD，Plasma Chemical Vapor Deposition)或低压化学气相沉积技术（LPCVD，Low Pressure Chemical Vapor Deposition)形成物理特征与娃相近的二氧化娃层，二氧化娃 层的厚度需要考虑到覆盖探测针孔的深度，以及留给下一步化学机械研磨（CMP)工艺的余 量，即所述保护层14的厚度大于探测针孔13的深度与研磨厚度之和。
[0041] 最后，执行步骤S23,研磨所述保护层14但不暴露出所述掺杂区12,形成形貌测试 片20。所述研磨方法可以是化学机械研磨，以使所述形貌测试片20的表面平坦化。
[0042] 根据本发明的另一面，还提供一种采用上述方法形成的形貌测试片20。可利用该 形貌测试片20进行形貌测试，以确认后段制程（BE0L)研发过程中设计工艺是否达到要求。 [0043] 综上所述，本发明的形貌测试片及其形成方法，通过对标准监控片进行清洗、形成 保护层、再研磨的方法回收，并再利用为后段制程的形貌测试片，提高了标准监控片的回收 利用率降低了生产成本。
[0044] 上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发 明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护 范围。
【权利要求】
1. 形貌测试片的形成方法，其特征在于，包括： 提供一待回收的标准监控片，所述标准监控片包括一半导体衬底及设置于所述半导体 衬底上的掺杂区； 清洗所述标准监控片以去除所述标准监控片上的杂质； 在所述标准监控片上形成一保护层； 研磨所述保护层但不暴露出所述掺杂区，形成形貌测试片。
2. 如权利要求1所述形貌测试片的形成方法，其特征在于，所述保护层为二氧化硅层。
3. 如权利要求1所述形貌测试片的形成方法，其特征在于，所述标准监控片是用于离 子注入工艺的标准监控片。
4. 如权利要求3所述形貌测试片的形成方法，其特征在于，所述标准监控片的掺杂区 上残留有探测针孔。
5. 如权利要求4所述形貌测试片的形成方法，其特征在于，所述保护层的厚度大于探 测针孔的深度与研磨厚度之和。
6. 如权利要求1所述形貌测试片的形成方法，其特征在于，清洗所述标准监控片的步 骤包括： 使用第一清洗液清洗所述标准监控片； 使用第二清洗液清洗所述标准监控片；以及 使用第三清洗液清洗所述标准监控片。
7. 如权利要求6所述形貌测试片的形成方法，其特征在于，所述第一清洗液为氨水与 双氧水的混合溶液。
8. 如权利要求6所述形貌测试片的形成方法，其特征在于，所述第二清洗液为盐酸与 双氧水的混合溶液。
9. 如权利要求6所述形貌测试片的形成方法，其特征在于，所述第三清洗液为稀释的 氢氟酸溶液。
10. -种形貌测试片，其特征在于，采用如权利要求1至9任一项所述的方法形成。
【文档编号】H01L21/66GK104157587SQ201410390809
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日
【发明者】邱裕明 申请人:上海华力微电子有限公司