一种监控晶圆[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 205984978 U(45)授权公告日 2017.02.22

(21)申请号 201620554494.2(22)申请日 2016.06.02

(73)专利权人 中芯国际集成电路制造（天津）有

限公司

地址 300385 天津市西青区中国天津市西

青经济开发区兴华道19号专利权人 中芯国际集成电路制造（上海）有

限公司(72)发明人 王智东　傅俊　

(74)专利代理机构 上海思微知识产权代理事务

所(普通合伙) 31237

代理人 屈蘅　李时云(51)Int.Cl.

H01L 23/544(2006.01)H01L 21/66(2006.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图3页

(54)实用新型名称

一种监控晶圆(57)摘要

本实用新型提供了一种监控晶圆，所述监控晶圆包括裸晶圆以及形成于所述裸晶圆上的图形化的膜层。使用本实用新型提供的监控晶圆对机台进行监控检测，可在不改变实际生产线检测设备的本身特性的情况下，提高对监控晶圆的缺陷检出率，从而提高机台的监控灵敏度。

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权　利　要　求　书

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1.一种监控晶圆，其特征在于：所述监控晶圆包括裸晶圆以及形成于所述裸晶圆上的图形化的膜层、金属层和缓冲层，所述图形化的膜层形成于所述金属层上，所述金属层形成于所述缓冲层上。

2.如权利要求1所述的监控晶圆，其特征在于：所述图形化的膜层为图形化的氧化层。3.如权利要求2所述的监控晶圆，其特征在于：所述图形化的氧化层的材质为二氧化硅。

4.如权利要求1所述的监控晶圆，其特征在于：所述缓冲层的材质为二氧化硅。5.如权利要求1所述的监控晶圆，其特征在于：所述金属层的材质为铜或铝。6.如权利要求1所述的监控晶圆，其特征在于：所述图形化的膜层为图形化的金属层。7.如权利要求6所述的监控晶圆，其特征在于：所述图形化的金属层的材质为铜或铝。8.如权利要求1所述的监控晶圆，其特征在于：所述图形化的膜层的图形为矩形阵列。

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说　明　书一种监控晶圆

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技术领域[0001]本实用新型涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种监控晶圆。

背景技术[0002]在半导体器件的制造过程中，晶圆需经过各个工艺流程的加工设备进行加工制造，而于制造过程中，晶圆表面可能会留有污染物，如颗粒物、金属粒子、有机物等。图1为晶圆表面检测到的污染物(图1虚线圈内)的示意图，这些附着于晶圆上的污染物，可能会影响后续所形成的器件的性能。这些污染物可能来源于空气环境中，也可能来源于晶圆的加工设备中。随着半导体芯片的集成度越来越高，对晶圆表面的清洁度要求也越来越严格，因此对生产工艺流程中的加工设备的监控，特别是加工设备的清洁度的监控显得尤为重要。[0003]图2为使用监控晶圆对机台进行监控测试的流程示意图。如图2所示，使用监控晶圆对机台进行监控测试，尤其是对机台的清洁度进行监控测试时，将一监控晶圆放置于机台内运行，该监控晶圆一般为裸晶圆或于裸晶圆上生长有硅薄膜的晶圆片；所述监控晶圆于机台内运行完毕后，使用检测设备对监控晶圆进行检测，并根据检测设备检测出的缺陷判断机台的清洁度，从而确认机台是否异常。[0004]上述监控方法中，需使用检测设备对监控晶圆进行缺陷检测，再根据检测结果判定机台的异常状况。现有的晶圆缺陷的检测设备，其工作的基本原理是将光学显微镜下获得的芯片上的图像转换成为数据图像，然后通过与相邻芯片上的数据图像进行比较来检测缺陷所在的位置。然而，由于裸晶圆及裸晶圆上生长有硅薄膜的晶圆片，均没有经过蚀刻而形成图形，因此检测设备对于裸晶圆及裸晶圆上生长有硅薄膜的晶圆片的检测灵敏度较低。这种情况下往往导致量产中的产品已检测到缺陷，但是使用裸晶圆对加工设备进行监控检测时却未能侦测到异常，使得异常机台继续投入使用，造成更多不良的晶圆片，甚至更多的不良影响批次。[0005]图3为生产中的晶圆产品于日常抽检时的缺陷数量图，在图3中，横坐标代表日期，纵坐标代表晶圆上的缺陷数量。图4为对机台进行日常监控测试时监控晶圆上的缺陷数量图，在图4中，横坐标代表日期，纵坐标代表监控晶圆上的缺陷数量。参考图3与图4所示，当机台处于异常状态下，生产的晶圆产品中已检测到大量缺陷(如图3中虚线框所示)，然而在对应的时间段内使用监控晶圆对异常机台进行监控测试时，监控晶圆上的缺陷数量于正常范围内波动(如图4中虚线框所示)，并未检测到异常，即使用上述监控晶圆对机台进行监控的灵敏度低，无法及时监控到机台异常。[0006]因此，有必要提供一种监控晶圆以提高机台的监控灵敏度，及时发现和解决实际生产中的问题，并且不改变生产线上工艺设备的特性本身。发明内容[0007]为解决现有技术中，对生产工艺流程中的加工设备的监控，特别是加工设备的清洁度的监控的灵敏度较低的问题。

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本实用新型提供一种监控晶圆，包括裸晶圆以及形成于所述裸晶圆上的图形化的

膜层。

可选的，图形化的膜层为图形化的氧化层。

[0010]可选的，监控晶圆还包括形成于所述裸晶圆上的缓冲层和形成于所述缓冲层上的金属层，所述图形化的氧化层形成于所述金属层上。[0011]可选的，图形化的氧化层的材质为二氧化硅。[0012]可选的，缓冲层的材质为二氧化硅。[0013]可选的，金属层的材质为铜或铝。[0014]可选的，图形化的膜层为图形化的金属层。[0015]可选的，监控晶圆还包括形成于所述裸晶圆上的缓冲层，所述图形化的金属层形成于所述缓冲层上。[0016]可选的，图形化的金属层的材质为铜或铝。[0017]可选的，缓冲层的材质是二氧化硅。[0018]可选的，图形化的膜层的图形为矩形阵列。[0019]与现有技术相比，本实用新型提供的监控晶圆包括裸晶圆以及形成于所述裸晶圆上的图形化的膜层，即所述监控晶圆表面具有图形，可在不改变生产线上检测设备的本身特性的前提下，使得检测设备对监控晶圆上的缺陷具有更高的缺陷检出率，从而提高机台的监控灵敏度。[0020]进一步的，本实用新型提供的监控晶圆具有金属层，当对带有液体参与的机台进行监控测试时，所述金属层可与机台内的液体接触，由于金属置于空气中，金属表面可自然形成一金属氧化物薄膜，金属氧化膜为带有极性的群组，有利于空气或水中的微量有机分子附着于晶圆表面上。因此利用金属薄膜的这一特质，能更为明显的体现机台的清洁度状况，同时检测设备也能更容易的检测到监控晶圆上的缺点，当设备处于异常状况时，能及时的发现异常，以避免不良影响扩大化。附图说明[0021]图1为晶圆表面的污染物示意图；[0022]图2为使用监控晶圆对机台进行监控测试的流程示意框图；[0023]图3为生产中的晶圆产品于日常抽检时的缺陷数量图；[0024]图4为现有技术中对机台进行监控测试时监控晶圆上缺陷数量图；[0025]图5为本实用新型实施例一的监控晶圆的结构示意图；[0026]图6为本实用新型实施例二的监控晶圆的结构示意图；[0027]图7为本实用新型实施例三的监控晶圆的结构示意图；[0028]图8采用现有技术的监控晶圆以及本实用新型实施例二的监控晶圆对机台进行监控检测时的缺陷数量对比图。

具体实施方式[0029]下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明，以便对本实用新型的构思、所解决的技术问题、构成技术方案的技术特征和带来的技术效果有更进一步的了解。但

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是，需要说明的是，对这些实施方式的说明是示意性的，并不构成对本实用新型的具体限定。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。[0030]发明人发现，通常晶圆缺陷检测设备对带有图形的晶圆的检测灵敏度均大于对裸晶圆的检测灵敏度，基于此，本实用新型提供一种监控晶圆，所述监控晶圆包括裸晶圆以及形成于所述裸晶圆上的图形化的膜层。由于所述监控晶圆上形成有图形化的膜层，使得检测设备对监控晶圆上的缺陷具有了更高的缺陷检出率，提高机台的监控灵敏度。[0031]下面结合剖面示意图对本实用新型的监控晶圆进行更详细的描述。[0032]图5为本实用新型实施一的监控晶圆的结构示意图，如图5所示，所述监控晶圆包括裸晶圆110以及形成于所述裸晶圆110上的图形化的膜层120。较佳的，所述图形化的膜层120是图形化的金属层，所述图形化的金属层具有图形，其是通过图形化工艺(比如光刻和刻蚀工艺)形成。由于金属置于空气中，金属表面易被氧化形成一金属氧化物薄膜，金属氧化物薄膜为带有极性的群组(如‐OH)，因此当有机分子带有极性群组时，则会以氢键或疏水键附着于金属氧化膜上，有利于空气或水中的微量有机分子附着于晶圆表面上。例如当采用该监控晶圆进行机台的清洁度监控时，利用金属薄膜的这一特质，能更为明显的体现机台的清洁度状况，同时检测设备也能更容易的检测到监控晶圆上的缺点，从而可及时发现机台的异常状况，避免不良影响的扩大。当然，本实用新型并不限制图形化的膜层120的材质，所述图形化的膜层120也可以为图形化的氧化层或者图形化的氮化层。[0033]此外，本实用新型提供的监控晶圆还可以是于所述裸晶圆上至少形成有两层薄膜，并对其中一层或多层薄膜进行图形化(光刻和蚀刻)，形成带有图形的晶圆片。优选方案中，所述监控晶圆上沉积的多层薄膜中包含一金属薄膜，所述金属薄膜至少部分暴露出来。利用该监控晶圆进行机台的清洁度监控时，所述机台往往包含带有液体参与的部分，所述暴露出来的金属薄膜可与机台内的液体接触。如上所述，由于金属表面易被氧化形成金属氧化膜薄膜，所述金属氧化物薄膜为带有极性的群组，从而有利于液体中的微量有机分子附着于晶圆表面上。进一步的，所述监控晶圆上的多层薄膜均由不与机台内的液体发生反应的材质制成，例如，所述液体是水，那么除金属层外的其它薄膜的材质为二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(SiON)中的一种或多种，这样，所述监控晶圆可重复利用，减少资源浪费。[0034]以下结合附图6对本实用新型提供的具有三层薄膜的监控晶圆进一步举例说明。如图6所示，本实施例中，所述监控晶圆上生长有三层薄膜，所述三层薄膜分别为：形成于裸晶圆210上的缓冲层220，形成于所述缓冲层220上的金属层230，以及形成于所述金属层230上的图形化的氧化层240。其中，所述图形化的氧化层240是通过光刻和蚀刻工艺形成的。所述图形化的氧化层240的图形为矩形，所述图形的尺寸例如是80μm*80μm。本实施例中，所述缓冲层220与图形化的氧化层240均为SiO2层，所述金属层230为铜(Cu)层或铝(Al)层。目前，很多生产线上并不具备刻蚀金属层如铜层的条件，但普遍具备刻蚀氧化层的条件，因此，本实施例中，图形化的氧化层240上形成有图形，而金属层230上未形成图形，可满足普遍生产线的生产要求。[0035]以下结合附图7对本实用新型提供的具有两层薄膜的监控晶圆进一步举例说明。如图7所示，所述监控晶圆上生长有两层薄膜，所述两层薄膜分别为：形成于裸晶圆310上的

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缓冲层320，以及形成于所述缓冲层320上的图形化的金属层330。同样的，所述图形化的金属层330是通过光刻和蚀刻形成的。所述图形化的金属层330的图形为矩形，所述图形的尺寸例如是80μm*80μm。本实施例中，所述缓冲层320为SiO2层，所述金属层330为Al层。本实施例中监控晶圆只需形成两层薄膜，工艺更为简单。[0036]图8为采用不同的监控晶圆对机台进行监控测试时，监控晶圆上的缺陷数量比对图。如图8所示，于2015年5月8日之前采用裸晶圆对机台进行监控测试，于2015年5月8日之后采用实施例二提供的监控晶圆对机台进行监控测试，可明显看出2015年5月8日之后于监控晶圆上检测出的缺陷较之前有明显的波动且波动较大，据统计，采用实施例一提供的监控晶圆之后缺陷检出率为之前的缺陷检出率的3.9倍，有效地提高了机台的监控灵敏度。[0037]上述是以监控机台的清洁度为例说明了监控晶圆的工作原理，但应理解，所述监控晶圆并不局限于监控清洁度，还可用于监控机台的其它性能，实验发现，只要采用有图形的监控晶圆就有利于提高晶圆缺陷检测设备的灵敏度。[0038]上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，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。

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说　明　书　附　图

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图1

图2

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图3

图4

图5

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说　明　书　附　图

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图6

图7

图8

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