CN107611010A - 一种晶圆清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种晶圆清洗方法，应用于3D NAND器件制造工艺中，在衬底上形成堆叠层，并在堆叠层中刻蚀出沟道孔之后，在沟道孔形成存储层之前，采用清洗液进行清洗，而后，进行IPA转动干燥。在该方法中，采用IPA进行干燥，干燥过程中，由于IPA与晶圆上残留液体的表面张力的差异，IPA会将沟道孔中残留液体剥离下来，而后，通过晶圆转动以及IPA的挥发，将晶圆干燥，从而，提高深孔清洗质量，避免后续形成存储层后形成大量的颗粒缺陷，提升产品良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件及其制造领域，特别涉及一种晶圆清洗方法。
背景技术
在半导体制造工艺中，晶圆的清洗是最常用的工艺之一。晶圆的清洗的目的是去除附着在晶圆表面上的有机物、金属或其他颗粒等污染物，以避免污染物会对后续的工艺的不良影响。
3D NAND存储器件是一种集成度更高的存储器件结构，采用垂直堆叠多层数据存储单元的方式，实现堆叠式的3D NAND存储器结构。在3D NAND存储器件的制造工艺中，首先，形成绝缘层和牺牲层的堆叠层，而后，需要在堆叠层中刻蚀出通孔，作为沟道孔，沟道孔用于形成存储层。在形成存储层中的氧化硅层之前，要进行清洗工艺，通常分别采用SC1(氨水/双氧水/水混合液)清洗液和SC2(氯化氢/双氧水/水混合液)清洗液进行清洗，而后，采用氮气(N2)进行干燥。然而，在进行该清洗工艺之后，在沟道孔内形成存储层之后，在存储层下容易形成大量的掩埋颗粒缺陷(Buried particle defect)，这种缺陷与清洗工艺不干净相关，这会影响器件的良率。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种晶圆清洗方法，提高深孔清洗质量，提升产品良率。
为实现上述目的，本发明有如下技术方案：
一种晶圆清洗方法，在衬底上形成具有3D NAND器件的堆叠层，在所述堆叠层中形成沟道孔之后，在沟道孔形成存储层之前，进行晶圆清洗，所述晶圆清洗包括：采用清洗液进行清洗，而后，进行IPA转动干燥。
可选地，所述堆叠层由氧化硅与氮化硅交替层叠形成，所述沟道孔通过干法刻蚀形成。
可选地，所述采用清洗液进行清洗，包括：
采用SC1清洗液进行第一清洗；
采用去离子水进行第二清洗；
采用SC2清洗液进行第三清洗；
采用去离子水进行第四清洗。
可选地，所述第一清洗的工艺包括：
SC1清洗液中各组分的比例范围为NH4OH：H2O2：H2O＝1:2:50～1：2：100，温度范围为35～50℃，清洗的时间范围为32～62s。
可选地，所述第三清洗的工艺包括：
SC2清洗液中各组分的比例范围为HCl：H2O2：H2O＝1:1:50～1：1：100，温度范围为25～35℃，清洗的时间范围为65～75s。
可选地，所述沟道孔的深度大于3um。
可选地，所述进行IPA转动干燥的工艺包括：所述沟道孔的宽度为100-300nm。
可选地，采用清洗液进行清洗时，采用单片式机台。
本发明实施例提供的晶圆清洗方法，应用于3D NAND器件制造工艺中，在衬底上形成堆叠层，并在堆叠层中刻蚀出沟道孔之后，在沟道孔形成存储层之前，采用清洗液进行清洗，而后，进行IPA转动干燥。在该方法中，采用IPA进行干燥，干燥过程中，由于IPA与晶圆上残留液体的表面张力的差异，IPA会将沟道孔中残留液体剥离下来，而后，通过晶圆转动以及IPA的挥发，将晶圆干燥，从而，提高深孔清洗质量，避免后续形成存储层后形成大量的颗粒缺陷，提升产品良率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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示出了现有技术的清洗之后晶圆上缺陷分布的示意图；
图2示出了图1中缺陷的扫描电子显微镜照片；
图3示出了根据本发明实施例的清洗之前晶圆的剖面结构示意图；
图4示出了本发明实施例的清洗方法中采用IPA进行干燥的原理示意图；
图5示出了采用现有技术及本发明实施例的清洗方法清洗之后多片晶圆上缺陷分布的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
正如背景技术中的描述，为了进一步提高NAND存储器件的集成度，目前提出了一种3D NAND存储器件，是采用垂直堆叠多层数据存储单元的方式，实现堆叠式的3D NAND存储器结构。
该这种3D NAND存储器件的制造工艺中，首先，在衬底上形成绝缘层和牺牲层的堆叠层，而后，需要在堆叠层中刻蚀出通孔，作为沟道孔，沟道孔用于形成存储层。在形成存储层中的氧化硅层之前，要进行清洗工艺，通常分别采用SC1(氨水/双氧水/水混合液)清洗液和SC2(氯化氢/双氧水/水混合液)清洗液进行清洗，而后，采用氮气(N2)进行干燥。
在进行清洗之后，在沟道孔中形成存储层中的第一层，存储层包括电荷捕获层和沟道层，通常地，电荷捕获层为ONO(Oxide-Nitride-Oxide)，即氧化物、氮化物和氧化物的叠层，沟道层为多晶硅，存储层中的第一层为电荷捕获层中的氧化物层，在上述清洗之后，即进行该氧化物层的沉积，该氧化物层为高k的氧化物。在沉积之后，发现了大量的缺陷(defect)，参考图1所示，为缺陷扫描后的晶圆上缺陷分布的示意图，其中，黑点代表缺陷，在晶圆的右侧发现了大量的缺陷。之后，进一步对缺陷进行分析，参考图2所示，为缺陷分析时的照片，其中图(A)为缺陷扫描的SEM(扫描电子显微镜)照片，图(B)为缺陷剖面的SEM照片，可以看到缺陷为掩埋颗粒缺陷。
对于上述的缺陷，发明人进行了研究和实验，认为这种缺陷的出现，与清洗工艺的不干净相关，由于在清洗时，沟道孔的是深槽，清洁和干燥不彻底都会引起上述的缺陷。为此，提出了一种晶圆清洗方法，在衬底上形成具有3D NAND器件的堆叠层，在所述堆叠层中形成沟道孔之后，在沟道孔形成存储层之前，进行晶圆清洗，所述晶圆清洗包括：采用清洗液进行清洗，而后，进行IPA转动干燥。
在该方法中，采用IPA进行干燥，干燥过程中，由于IPA与晶圆上残留液体的表面张力的差异，IPA会将沟道孔中残留液体剥离下来，而后，通过晶圆转动以及IPA的挥发，将晶圆干燥，从而，提高深孔清洗质量，避免后续形成存储层后形成大量的颗粒缺陷，提升产品良率。
为了更好地理解本发明的技术方案和技术效果，以下将结合具体的实施例进行详细的描述。
参考图3所示，该方法是在衬底100上形成具有3D NAND器件的堆叠层110，且在堆叠层110中形成沟道孔120之后、进行存储层的沉积之前进行的。
为了便于理解本发明的技术方案，先结合具体的实施例对清洗之前的主要制造工艺进行详细的描述。
首先，在步骤S101，提供衬底100，参考图3所示。
衬底100为半导体衬底，例如可以为Si衬底、Ge衬底、SiGe衬底、SOI(绝缘体上硅，Silicon On Insulator)或GOI(绝缘体上锗，Germanium On Insulator)等。在其他实施例中，所述半导体衬底还可以为包括其他元素半导体或化合物半导体的衬底，例如GaAs、InP或SiC等，还可以为叠层结构，例如Si/SiGe等，还可以其他外延结构，例如SGOI(绝缘体上锗硅)等。通常地，衬底为体硅衬底。
接着，在步骤S102，在衬底100上形成堆叠层110，所述堆叠层110为牺牲层1102和绝缘层1101交替层叠而形成，参考图3所示。
根据垂直方向所需形成的存储单元的个数来确定堆叠层130的层数，堆叠层130的层数例如可以为32层、64层、128层等，此处堆叠层的层数是指其中牺牲层的层数，牺牲层在后续的步骤中将被替换为金属层，绝缘层用于将金属层间隔开，金属层为存储器件的控制栅，该层数决定了垂直方向上存储单元的个数，因此，堆叠层的层数越多，越能提高集成度。可以理解的是，在本发明实施例的图示中，仅示意性的示例出其中的几层，在实际器件结构中，堆叠层具有更多的层数。
可以根据后续工艺中的刻蚀选择性来确定绝缘层和牺牲层的材料，通常地，绝缘层为氧化硅(SiO2)层，牺牲层为氮化硅层。可以采用化学气相沉积、原子层沉积或其他合适的沉积方法，依次交替沉积氮化硅和氧化硅，形成该堆叠层110；而后，通过刻蚀工艺，使得堆叠层110的边缘为阶梯结构，阶梯结构用于后续形成控制栅上的接触，堆叠层的中央区域用于形成沟道孔和沟道孔中的存储区。
而后，在步骤S103，在堆叠层中形成沟道孔120。
该沟道孔120为堆叠层110中的通孔，可以采用干法刻蚀技术，例如RIE(反应离子刻蚀)的方法，刻蚀堆叠层，直到暴露出衬底表面，或过刻蚀部分衬底，从而，来形成该沟道孔120，堆叠层的厚度决定了沟道孔的深度，对于32层的堆叠层，厚度在3um左右，形成的沟道孔的深度也在3um左右。形成沟道孔120之后，通常，通过选择性外延生长(SelectiveEpitaxial Growth)，先在沟道孔110底部原位生长出外延结构122，该外延结构122起到连接沟道孔中的存储区的作用，以及在去除氮化硅层时起到支撑堆叠层的作用。
之后，在沟道孔中形成存储层。NAND存储器件的存储层包括电荷捕获层和沟道层，首先在沟道孔中形成电荷捕获层，通常地，电荷捕获层为ONO的叠层，ONO(Oxide-Ntride-Oxide)即氧化物、氮化物和氧化物。该清洗工艺即是在进行电荷捕获层的氧化物沉积之前进行的清洗步骤。
在清洗时，首先，采用清洗液进行清洗。
根据衬底上已形成的结构和清洗前的工艺，来选择合适清洗液进行清洗，本实施中，堆叠层由氧化硅与氮化硅交替层叠形成，沟道孔之前通过干法刻蚀工艺形成，可能会形成一些有机物的副产物，因此，采用SC1和SC2依次进行清洗，具体的，通过以下步骤完成。
在步骤S201，采用SC1清洗液进行第一清洗。
SC1溶液为NH4OH、H2O2和H2O的混合溶液，在一些实施例中，SC1清洗液中各组分的比例可以为：NH4OH：H2O2：H2O＝1：2：50～1：2：100，温度可以为35-50，清洗的时间可以为32～62s。
在一个具体的实施例中，SC1溶液中各组分的比例为：NH4OH:H2O2：H2O＝1：2：50,温度为35℃，清洗的时间为62s。该步骤中，可以去除晶圆上附着的有机物以及颗粒等污染物。
在步骤S202，采用去离子水进行第二清洗。
该步骤中，以大量的去离子水(DI water)清洗晶圆，可以去除上一步骤中残留的SC1清洗液。
在步骤S203，采用SC2清洗液进行第三清洗。
SC2溶液为HCl、H2O2和H2O的混合溶液，在一些实施例中，SC2清洗液中各组分的比例可以为：HCl：H2O2：H2O＝1：1:50～1:1:100，温度可以为25-35℃，清洗的时间可以为65～75s。
在一个具体的实施例中，SC2溶液中组分的比例为：HCL:H2O2：H2O＝1：1：50，温度为25℃，清洗的时间为65s。该步骤中，可以去除晶圆上附着的金属等污染物。
在步骤S204，采用去离子水进行第四清洗。
该步骤中，以大量的去离子水(DI water)清洗晶圆，可以去除上一步骤中残留的SC2清洗液。
之后，进行IPA转动干燥。
在具体的干燥过程中，先将晶圆至于IPA(异丙醇)蒸汽环境中，而后，晶圆进行转动，晶圆吸附于底座之上，通过底座的转动带动晶圆转动。
在该IPA干燥工艺中，随着IPA聚集引起的浓度差异，而导致晶圆片表面张力差异，进而将晶圆表面的水剥离，达到干燥的效果。
该方法尤其适用于高深宽比的沟道孔的清洗，在一些实施例中，沟槽孔的深度可以在3um以上，进一步的，沟道孔的宽度范围可以为100～300nm，通过IPA干燥之后，可以达到较好的干燥效果，使得后续工艺顺利进行。
在一个具体的实施例中，在深度4.2um，宽度160nm的深槽结构的沟道清洗工艺中，采用IPAdry的方式，在高速旋转下，将晶圆片表面的水剥离，达到较好的干燥效果，避免对后续工艺的影响。
参考图4所示，为采用IPA进行干燥的原理示意图，在干燥过程中，由于IPA和液体表面张力的差异，将晶圆放置于IPA蒸汽环境中之后，IPA将深槽表面上的水剥离掉，沟槽表面上为IPA，在后续晶圆转动时水分更容易被甩干，IPA会蒸发掉，从而，提高深孔清洗质量，避免后续形成存储层后形成大量的颗粒缺陷，提升产品良率。该方法尤其适用于具有深槽结构的晶圆的清洗。
为了更好的理解本发明的技术效果，以下结合具体的实验数据进行说明。参考图5所示，其中，图(A)为采用现有技术的清洗方法清洗多片晶圆之后，进行缺陷扫描的缺陷分布示意图，图(B)为采用本发明实施例的清洗方法清洗多片晶圆之后，进行缺陷扫描的缺陷分布示意图，其中，黑点代表缺陷，该清洗步骤是在形成沟道孔之后、沉积存储层中的氧化物层之前进行的清洗。可以看到，现有技术的方法在清洗之后，缺陷密集的分布在晶圆的各个部分，存在大量的缺陷；而采用本发明的清洗方法之后，缺陷情况大大改善，缺陷的数量大大减少，降低至可以正常缺陷数量范围。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1.一种晶圆清洗方法，其特征在于，在衬底上形成具有3D NAND器件的堆叠层，在所述堆叠层中形成沟道孔之后，在沟道孔形成存储层之前，进行晶圆清洗，所述晶圆清洗包括：采用清洗液进行清洗，而后，进行IPA转动干燥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述堆叠层由氧化硅与氮化硅交替层叠形成，所述沟道孔通过干法刻蚀形成。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述采用清洗液进行清洗，包括：
采用SC1清洗液进行第一清洗；
采用去离子水进行第二清洗；
采用SC2清洗液进行第三清洗；
采用去离子水进行第四清洗。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一清洗的工艺包括：
SC1清洗液中各组分的比例范围为NH4OH：H2O2：H2O＝1:2:50～1∶2∶100，温度范围为35～50℃，清洗的时间范围为32～62s。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第三清洗的工艺包括：
SC2清洗液中各组分的比例范围为HCl：H2O2：H2O＝1:1:50～1∶1∶100，温度范围为25～35℃，清洗的时间范围为65～75s。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述沟道孔的深度大于3um。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述进行IPA转动干燥的工艺包括：所述沟道孔的宽度为100-300nm。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，采用清洗液进行清洗时，采用单片式机台。
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