一种适配硅/碳化硅基底的超薄氮化硅保护层晶圆无损循环回收方法及晶圆结构与流程

本发明属于半导体薄膜工艺与高端晶圆再生复用，具体涉及一种适配硅/碳化硅基底的超薄氮化硅保护层晶圆无损循环回收方法及晶圆结构。

背景技术：

1、在8英寸半导体量产fab（量产晶圆厂）中，氧化硅dummy晶圆广泛用于pecvd（等离子体增强化学气相沉积）、lpcvd（低压化学气相沉积）、氧化扩散机台的腔体预热、工艺验证、膜厚校准、异常复盘、制程监控等场景，是产线不可或缺的耗材。对于月产能5万片的标准化8英寸量产产线，月度稳定消耗氧化硅dummy晶圆约400片。

2、目前行业通用回收方式为氢氟酸湿法浸泡剥离表层失效氧化硅薄膜。该工艺存在技术矛盾：浸泡时间不足则膜层残留超标，晶圆无法复用；延长浸泡时间彻底除膜则会腐蚀硅或碳化硅基底镜面抛光层，造成表面粗糙度上升、产生微观坑点，丧失工艺基准精度。为修复抛光面，传统工艺必须增设化学机械抛光工序，不仅消耗抛光耗材、占用机台产能、增加人工工时，还会持续损耗晶圆基底厚度，缩短晶圆使用寿命。

3、现有技术中少量氮化硅阻挡保护方案均采用几十纳米以上厚膜，会严重干扰氧化硅量测精度，无法用于工艺监控dummy晶圆场景，且无技术方案同时兼顾硅晶圆与碳化硅晶圆两类基底的批量无损再生需求。其中，8英寸硅晶圆与8英寸碳化硅晶圆采购成本差距巨大，传统工艺下两类晶圆复用次数仅1～2次，尤其是碳化硅晶圆的频繁报废，给量产fab带来极高的耗材运营成本。

技术实现思路

1、本发明提供一种适配硅/碳化硅基底的超薄氮化硅保护层晶圆无损循环回收方法，包括以下步骤：s1、提供8英寸抛光基底，所述基底为双面抛光硅晶圆或抛光碳化硅晶圆；s2、在所述基底抛光表面沉积厚度为10～20å的超薄氮化硅阻挡保护层；s3、在所述超薄氮化硅保护层表面沉积氧化硅功能薄膜，制备得到产线工艺校准、机台监控用氧化硅dummy晶圆；s4、晶圆使用完成后，采用氢氟酸湿法长时间浸泡刻蚀，完全剥离表层失效氧化硅薄膜；s5、通过氮化硅层隔绝氢氟酸接触硅/碳化硅基底抛光面，实现基底抛光层零腐蚀、零损伤；s6、经清洗烘干后得到无损再生晶圆，无需化学机械抛光修复；s7、再生晶圆可直接重新沉积氧化硅薄膜，实现多次循环复用。

2、进一步的，所述超薄氮化硅层采用lpcvd或pecvd工艺沉积，膜厚均匀性误差≤±1å，无针孔缺陷。

3、进一步的，氢氟酸浸泡时长不受刻蚀终点限制，可根据氧化硅膜层厚度任意延长浸泡时间，保证膜层完全无残留剥离。

4、进一步的，所述超薄氮化硅保护层的厚度为10å、15å或20å中的任意一种。

5、进一步的，再生晶圆稳定循环使用次数≥5次。

6、进一步的，所述方法同时适配8英寸硅/碳化硅基底”，工艺参数通用，产线设备通用。

7、进一步的，本发明还提供一种可无损循环再生的8英寸氧化硅dummy晶圆结构，由8英寸抛光基底、10～20å超薄氮化硅阻挡保护层、氧化硅功能薄膜自下而上依次堆叠构成；所述抛光基底为硅基底或碳化硅基底。

8、进一步的，所述超薄氮化硅阻挡保护层的膜厚均匀性误差≤±1å，无针孔缺陷。

9、进一步的，所述超薄氮化硅层采用pecvd工艺沉积于碳化硅基底表面，沉积温度为200～400℃，射频功率为100～300w，反应气体为sih4和nh3，sih4流量为50～200sccm，nh3流量为100～500sccm，沉积压强为0.5～2torr，所沉积的氮化硅膜层致密度高于采用lpcvd工艺沉积的氮化硅膜层，在同等氢氟酸浸泡条件下具有更低的腐蚀速率。

10、进一步的，所述超薄氮化硅保护层的厚度为15å，采用pecvd工艺沉积，所沉积的氮化硅膜层中si-n键密度≥8.5×1022cm⁻3，膜层残余应力≤200mpa，经氢氟酸浸泡后，氮化硅膜层腐蚀速率≤0.1å/min。

11、本发明相较于传统工艺具有以下有益效果：彻底规避氢氟酸刻蚀两难问题，可长时间充分除膜、无氧化硅残留，同时完全保护基底抛光层，杜绝微观腐蚀与表面劣化；完全省去化学机械抛光再生工序，节省抛光液、抛光垫耗材，释放化学机械抛光机台产能，降低人工与设备工时成本；10～20å超薄氮化硅层量测误差小于0.5%，不影响氧化硅膜厚、折射率及工艺校准数据，完全满足量产精度要求；晶圆循环复用次数由传统1～2次提升至5次以上，大幅降低晶圆迭代报废频率。对于硅晶圆，稳定复用≥5次可使新片采购量降低60%以上，单月直接节省硅晶圆采购及再生加工成本超2.5万元，年度降本超30万元。对于碳化硅晶圆，实现零腐蚀、零粗糙度劣化、无厚度损耗，稳定循环复用≥5次，单次生命周期耗材成本降低60%以上，完全免除化学机械抛光工序。本发明完全依托现有lpcvd/pecvd、氢氟酸湿法槽设备，无需新增设备、无需改造产线工艺，可同时兼容硅基和碳化硅基两类氧化硅dummy晶圆批量再生。

1.一种适配硅/碳化硅基底的超薄氮化硅保护层晶圆无损循环回收方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的适配硅/碳化硅基底的超薄氮化硅保护层晶圆无损循环回收方法，其特征在于：所述超薄氮化硅层采用lpcvd或pecvd工艺沉积，膜厚均匀性误差≤±1å，无针孔缺陷。

3.根据权利要求1所述的适配硅/碳化硅基底的超薄氮化硅保护层晶圆无损循环回收方法，其特征在于：氢氟酸浸泡时长不受刻蚀终点限制，可根据氧化硅膜层厚度任意延长浸泡时间，保证膜层完全无残留剥离。

4.根据权利要求1所述的适配硅/碳化硅基底的超薄氮化硅保护层晶圆无损循环回收方法，其特征在于：所述超薄氮化硅保护层的厚度为10å、15å或20å中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的适配硅/碳化硅基底的超薄氮化硅保护层晶圆无损循环回收方法，其特征在于：再生晶圆稳定循环使用次数≥5次。

6.根据权利要求1所述的适配硅/碳化硅基底的超薄氮化硅保护层晶圆无损循环回收方法，其特征在于：所述方法同时适配8英寸硅/碳化硅基底”，工艺参数通用，产线设备通用。

7.一种可无损循环再生的8英寸氧化硅dummy晶圆结构，其特征在于：由8英寸抛光基底、10～20å超薄氮化硅阻挡保护层、氧化硅功能薄膜自下而上依次堆叠构成；所述抛光基底为硅基底或碳化硅基底。

8.根据权利要求7所述的可无损循环再生的8英寸氧化硅dummy晶圆结构，其特征在于：所述超薄氮化硅阻挡保护层的膜厚均匀性误差≤±1å，无针孔缺陷。

9.根据权利要求2所述的适配硅/碳化硅基底的超薄氮化硅保护层晶圆无损循环回收方法，其特征在于：所述超薄氮化硅层采用pecvd工艺沉积于碳化硅基底表面，沉积温度为200～400℃，射频功率为100～300w，反应气体为sih4和nh3，sih4流量为50～200sccm，nh3流量为100～500sccm，沉积压强为0.5～2torr，所沉积的氮化硅膜层致密度高于采用lpcvd工艺沉积的氮化硅膜层，在同等氢氟酸浸泡条件下具有更低的腐蚀速率。

10.根据权利要求9所述的适配硅/碳化硅基底的超薄氮化硅保护层晶圆无损循环回收方法，其特征在于：所述超薄氮化硅保护层的厚度为15å，采用pecvd工艺沉积，所沉积的氮化硅膜层中si-n键密度≥8.5×1022cm⁻3，膜层残余应力≤200mpa，经氢氟酸浸泡后，氮化硅膜层腐蚀速率≤0.1å/min。